JP2015002275A

JP2015002275A - 太陽電池モジュールの電力配分回路

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Publication number: JP2015002275A
Application number: JP2013126242A
Authority: JP
Inventors: 隆夫山田; Takao Yamada; 祟大関; Takashi Ozeki; 加藤　和彦; 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: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2015-01-05

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】第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２と、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２のＯＮ／ＯＦＦを相補的に、且つ周期的に切り換えて、直列に接続されている太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２間で、発電出力が大きい太陽電池モジュールＭ１からその出力電力の一部を、フライバックトランスＴ１、Ｔ２を介して発電出力の小さい太陽電池モジュールＭ２へ配分し、システム全体の電流電圧特性を改善する。【選択図】図５

Description

本発明は、太陽光発電システムに用いられる太陽電池の設置環境が悪く、一部が日陰等になった場合や、太陽電池間の出力特性にバラツキを生じた場合でも、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（モジュール）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、それぞれの部位の太陽電池モジュールの発電能力を十分に発揮させることができない場合がある。

図１９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Ｄ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が両方とも日向に設置されていて、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２０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２１に太い実線で示すような、階段状の出力特性を示す。

図２１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。このようなことから、今後如何なる設置環境に対しても、高いシステム効率を維持できるシステムの開発が望まれる。

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の電力配分回路は、複数直列に接続された太陽電池モジュールのそれぞれに設けられるものであって、太陽電池モジュールの正極端子と当該太陽電池モジュールの負極端子に両端がそれぞれ繋がった第１の充放電路と、他の電力配分回路と共通に使用される、第１の電力配分線路と第２の電力配分線路に両端がそれぞれ繋がった第２の充放電路と、前記第１の充放電路の一部を構成する１次側巻線と、第２の充放電路の一部を構成する２次側巻線を有するフライバックトランスと、前記フライバックトランスの１次側巻線と直列に、第１の充放電路中に組み込まれた第１のスイッチング素子と、前記フライバックトランスの２次側巻線と直列に、第２の充放電路中に組み込まれた第２のスイッチング素子と、前記第１の充放電路中に組み込まれ、少なくとも、第１のスイッチング素子と並列に接続されたコンデンサを有する第１の平滑回路と、前記第２の充放電路中に組み込まれ、少なくとも、第２のスイッチング素子と並列に接続されたコンデンサを有する第２の平滑回路と、他の電力配分回路と共有するパルス発振器から供給される同期信号に基づいて、第１のスイッチング素子と第２スイッチング素子を相補的に且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路を備えている。

前記電力配分回路においては、スイッチング制御回路は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の両方が同時にＯＦＦ状態になる短絡防止期間が存在するように、これら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。

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、出力電力にバラツキが生じた場合に、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て、本来、出力電力として利用することが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。
また、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、本発明の電力配分回路が主に、ＦＥＴやリレー等で構成されるスイッチング素子と、フライバックトランス、及び、コンデンサ等を用いた、簡単な回路構成であるため、製造コストを安くできる。

また、従来のＡＣ太陽電池モジュールを用いたシステムでは、日陰が無い時も、常時ＡＣ／ＤＣ変換による回路損失が生じているのに対して、本発明の電力配分回路は、日陰が無い場合には動作を停止して回路部分での損失を無くすことができるため、発電出力を向上させることができる。

さらに、従来のＡＣ太陽電池モジュールを用いたシステムでは、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では、万一故障が発生してその機能が損なわれた場合でも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、第１のスイッチング素子と第２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、これらの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、フライバックトランスの充電と放電の切換動作を正確なタイミングで行うことができ、太陽電池モジュール間での電力の配分動作を的確に行うことができる。

本発明の電力配分回路をそれぞれの太陽電池モジュールに設けた、ｎ個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の模式図である。図１の太陽光発電システムに組み込まれている各電力配分回路主要部間の結線図である。各電力配分回路に内蔵されたスイッチング制御回路のブロック図である。第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の動作タイミングを示す図である。２つの太陽電池モジュールが直列接続されたシステムに組み込まれている各電力配分回路主要部間の結線図である。図５に示すシステムにおいて、出力電力が大きい方の太陽電池モジュールに接続された電力配分回路のフライバックトランスが電力を蓄積する過程を示す図である。図５に示すシステムにおいて、２つの電力配分回路のフライバックトランス間で電力が配分される過程を示す図である。図５に示すシステムにおいて、出力電力が小さい方の太陽電池モジュールに接続された電力配分回路のフライバックトランスが、電力を放出する過程を示す図である。本発明の電力配分回路によって改善された、図５に示すシステムの電流電圧特性を示す図である。３つの太陽電池モジュールが直列接続されたシステムに組み込まれている各電力配分回路主要部間の結線図である。図１０に示すシステムにおいて、１つの太陽電池モジュールの出力電力が他の２つの太陽電池モジュールの出力電力より大きい場合における、電力配分回路を動作させていないときの電流電圧特性を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、出力電力が他よりも大きい太陽電池モジュールに接続された電力配分回路のフライバックトランスが電力を蓄積する過程を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、それぞれの太陽電池モジュールに接続された電力配分回路のフライバックトランス相互間で電力が配分される過程を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、出力電力が小さい２つの太陽電池モジュールに接続された各電力配分回路のフライバックトランスが電力を放出する過程を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、１つの太陽電池モジュールの出力電力が他の２つより小さい場合における、電力配分回路を動作させていないときの電流電圧特性を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、出力電力が大きい２つの太陽電池モジュールに接続された各電力配分回路のフライバックトランスが電力を蓄積する過程を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、それぞれの太陽電池モジュールに接続された電力配分回路のフライバックトランス相互間で電力が配分される過程を示す図である。図１０に示すシステムにおいて、出力電力が小さい太陽電池モジュールに接続された電力配分回路のフライバックトランスが電力を放出する過程を示す図である。２枚の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。一方の対応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。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の電力配分回路の１実施形態を示す、太陽光発電システムの模式図であって、同図は、ｎ個の太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎを直列に接続して外部負荷に接続されているシステムを示している。なお、ここでは図示を省略しているが、これらの太陽電池モジュールＭ１〜Ｍｎには、それぞれの正極Ｐ１と負極Ｐ２の間に、バイパスダイオードが並列に接続されている。

これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎのそれぞれには、本発明の電力配分回路１が接続されている。これらの電力配分回路１は全て同じ構造であって、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎのそれぞれの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２の間に、第１の充放電路２で接続されている。

また、これらの電力配分回路１はそれぞれ、第２の充放電路３で第１の電力配分線路４と第２の電力配分線路５に接続されている。

また、これらの電力配分回路１はそれぞれ、同期信号線６を介してパルス発振器７と接続されていて、後述するように、このパルス発振器７の発生するパルス信号によって、全ての電力配分回路１が一斉に同期駆動されるようになっている。

図２は、図１の太陽光発電システムに組み込まれている各電力配分回路１の主要部間の結線図であって、同図に示すように各電力配分回路１の第１の充放電路２にはそれぞれ、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎとフライバックトランスＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・Ｔｎの１次側巻線が直列に組み込まれている。

また、前記それぞれの第１の充放電路２には、第１の平滑回路を構成するコンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３・・Ｃ１ｎが、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎ及びフライバックトランスＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・Ｔｎの１次側巻線と並列に接続されている。

一方、それぞれの電力配分回路１の第２の充放電路３には、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎとフライバックトランスＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・Ｔｎの２次側巻線が直列に組み込まれている。

また、前記それぞれの第２の充放電路３には、第２の平滑回路を構成するコンデンサＣ２１、Ｃ２２、Ｃ２３・・Ｃ２ｎが、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎ及びフライバックトランスＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・Ｔｎの２次側巻線と並列に接続されている。

なお、図中の各スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎ、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎ、フライバックトランスＴ１、Ｔ２、Ｔ３・・Ｔｎ、及び、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３・・Ｃ１ｎ、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３・・Ｃ２ｎは、説明の便宜上、接続されている太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・Ｍｎと対応させた添字１・・ｎで相互を区別しているが、それぞれ、同一仕様のものが用いられている。また、これらのスイッチング素子には、ここではトランジスタ（ＦＥＴ）が用いられている。

図３は、前記それぞれの電力配分回路１の第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎと第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎをそれぞれＯＮ／ＯＦＦする制御回路のブロック図であって、同図に示すように、それぞれの電力配分回路１の第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子は、各電力配分回路１に組み込まれているスイッチング制御回路８によって制御される。

前記スイッチング制御回路８は、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎをＯＮ／ＯＦＦするドライバ回路Ａと、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎをＯＮ／ＯＦＦするドライバ回路Ｂ、及び、これらの２つのドライバ回路Ａ、Ｂに相補的にＯＮ／ＯＦＦの切換信号を出力する相補回路から構成されている。

各電力配分回路１のスイッチング制御回路８に組み込まれている相補回路は、前述した同期信号線６を介して他の電力配分回路１と共有しているパルス発振器７に接続されていて、当該パルス発振器７から供給される周期的なパルス信号に同期して、各ドライバ回路Ａ、Ｂを介し、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎと、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎとを、相補的且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作させる。

なお、本実施形態のものにおいては、相補回路は、図４に示すように、パルス発振器７の出力信号（１）に対して、（２）と（３）の信号を出力するように構成されていて、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３・・Ｓ１ｎと、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３・・Ｓ２ｎのＯＮ／ＯＦＦ状態を相補的に切り替える際に、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が両方ともＯＦＦ状態となる短絡防止期間ａを介在させている。

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、図５に示す２枚の太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２を直列接続したシステムに基づいて説明する。
このシステムにおいて、太陽電池モジュールＭ１で発電された電力が、太陽電池モジュールＭ２で発電された電力より大きい場合、同図に示すように、各スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２がＯＦＦの状態（電力配分回路１が機能していない状態）のときは、このシステムは、図２１に示す最大出力動作点をＰとする階段状の電流電圧特性
を有する。

ここで、図６に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１１がＯＮに切り換えられると、太陽電池モジュールＭ１で発電された電力の一部は、当該太陽電池モジュールＭ１の正極側から第１の充放電路２を通る電流Ｉ１１として、フライバックトランスＴ１の１次側巻線に流れ、このフライバックトランスＴ１に磁気エネルギが蓄えられる。

このとき、同図のように、太陽電池モジュールＭ２側に設けられている第１のスイッチング素子Ｓ１２は、太陽電池モジュールＭ１側の第１のスイッチング素子Ｓ１１と同期してＯＮに切り換えられるが、太陽電池モジュールＭ２で発電された電力は、インピーダンスの低い負荷側に電流が流れるため、フライバックトランスＴ２には磁気エネルギーとして蓄えられない。

次に、図７に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２がＯＦＦに、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２がＯＮに切り換えられると、フライバックトランスＴ１に磁気エネルギーとして蓄えられていた電力は、電流Ｉ２１として第２の充放電路３へ放電されて、第１の電力配分線路４と第２の電力配分線路５を介して、フライバックトランスＴ２の２次側巻線を流れ、当該フライバックトランスＴ２に磁気エネルギーとして蓄えられる。

その後、図８に示すように、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２がＯＦＦに切り換えられ、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２がＯＮに切り換えられると、フライバックトランスＴ２に蓄えられていた磁気エネルギは電流ｉ１２として太陽電池モジュールＭ２側の第１の充放電路２に放出される。

前記電流ｉ１２は、フライバックトランスＴ２の１次側巻線が第１の充放電路２を介して太陽電池モジュールＭ２と並列接続されているため、太陽電池モジュールＭ２を流れる電流に加算される。

前述したような、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２と、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２の相補的な切換動作を繰り返すことによって、出力電力の大きい太陽電池モジュールＭ１で発電された電力の一部が出力電力の小さい太陽電池モジュールＭ２側に継続的に配分される。

その結果、図２１に示した領域（３）は分割されて、その一部が領域（２）の電流に加算され、図９に示すように、平滑化された電流電圧特性に改善することができる。このようにして、本来出力として得られなかった発電電力を有効に利用することが可能となる。

この際、第１の平滑回路を構成しているコンデンサＣ１１、Ｃ１２と第２の平滑回路を構成しているコンデンサＣ２１、Ｃ２２により、各スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２のＯＮ／ＯＦＦ動作時に発生するノイズが軽減されるとともに、各回路を流れる電流の変動が平滑化される。

以降、前述したパルス発振器７から各太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２の電力配分回路１に供給される同期信号に基づいて、太陽電池モジュールＭ１からフライバックトランスＴ１への電力蓄積、フライバックトランスＴ１、Ｔ２間での、第１の電力配分線路４と第２の電力配分線路５を介した電力の受け渡し、及び、フライバックトランスＴ２からの電力放出の各過程が周期的に繰り返される。

なお、図６で説明したフライバックトランスＴ１への電力蓄積過程と、図８で説明したフライバックトランスＴ２からの電力放出過程は、各電力配分回路１が継続的に動作しているときは、これらの過程は同時に行われており、外部負荷には平滑化された電流が供給される。

次に、図１０は、外部負荷に対して直列接続された３枚の太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれに電力配分回路１を組み込んだシステムであって、同図に示すように各電力配分回路１における第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＦＦの状態（電力配分回路を動作させていない状態）で、太陽電池モジュールＭ１の出力電力が、太陽電池モジュールＭ２及び太陽電池モジュールＭ３の出力電力より大きい場合、このシステムは、図１１に示すような電流電圧特性を示す。

ここで、図１２に示すように、これらのスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＮに切り換えられると、太陽電池モジュールＭ１で発電された電力の一部は、電流Ｉ１１として、フライバックトランスＴ１の１次側巻線に流れて、このフライバックトランスＴ１に磁気エネルギとして蓄えられる。

このとき、太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ３でそれぞれ発電された電力は、インピーダンスの低い負荷側に電流が流れるため、それぞれのフライバックトランスＴ２、Ｔ３には磁気エネルギーとして蓄えられない。

次に、図１３に示すように、これら第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＦＦに、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３がＯＮに切り換えられると、フライバックトランスＴ１に磁気エネルギーとして蓄えられていた電力は、その２次巻線側から電流Ｉ２１として放出される。

前記電流Ｉ２１は、電流Ｉ２２、Ｉ２３に分配されてそれぞれ、フライバックトランスＴ２、Ｔ３の２次側巻線をそれぞれ流れ、これらのフライバックトランスＴ２、Ｔ３に磁気エネルギーとして電力が蓄えられる。

さらに、図１４に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＮに、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３がＯＦＦに切り換えられると、フライバックトランスＴ２、Ｔ３にそれぞれ蓄えられていた電力は、それぞれの一次巻線側から電流ｉ１２、ｉ１３として第１の充放電路２に放出されて、それぞれ、太陽電池モジュールＭ２、Ｍ３の出力電流に加算される。

前述したような、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の相補的な切換動作が繰り返されることによって、太陽電池モジュールＭ１で発電された電力の一部は、これより出力電力が小さい太陽電池モジュールＭ２と太陽電池モジュールＭ３に配分されて均等化される。

一方、前述したシステムにおいて、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ２の出力電力が、太陽電池モジュールＭ３よりも大きい場合に、電力配分回路１を使用していない状態（図１０に示す、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３が全てＯＦＦの状態。）では、図１５に示すような電流電圧特性を示す。

この場合には、図１６に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＮに切り換えられると、太陽電池モジュールＭ１から第１の充放電路２を介してフライバックトランスＴ１の１次側巻線に電流Ｉ１１が流れるとともに、太陽電池モジュールＭ２からフライバックトランスＴ２の１次側巻線に電流Ｉ１２が流れてフライバックトランスＴ１、Ｔ２に磁気エネルギーが蓄えられる。

次いで、図１７に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＦＦに、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３がＯＮに切り換えられると、これらのフライバックトランスＴ１、Ｔ２に蓄えられていた磁気エネルギーが、それぞれの２次側巻線から電流Ｉ２１、Ｉ２２として放出され、これらが加算された電流Ｉ２３がフライバックトランスＴ３の２次側巻線を流れ、このフライバックトランスＴ３に磁気エネルギーとして電力が蓄えられる。

その後、図１８に示すように、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３がＯＮに、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３がＯＦＦに切り換えられると、前記フライバックトランスＴ３に蓄えられていた電力が電流ｉ１３として太陽電池モジュールＭ２を流れる電流に加算される。

このような、第１のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３と、第２のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の相補的な切換動作が繰り返されることによって、太陽電池モジュールＭ１で発電された電力の一部と、太陽電池モジュールＭ２で発電された電力の一部がそれぞれ太陽電池モジュールＭ３に継続的に配分されて均等化される。

なお、前述した実施形態においては、図２に示すように、第１の充放電路２中で、直列接続されている第１のスイッチング素子Ｓ１１・・Ｓ１ｎとフライバックトランスＴ１・・Ｔｎの１次側巻線に対して並列に接続されている、コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３・・Ｃ１ｎで第１の平滑回路を構成しているが、本発明の電力配分回路中に組み込まれる第１の平滑回路は、これに限定するものではなく、第１の充放電路中に組み込まれて、少なくとも第１のスイッチング素子と並列接続されているコンデンサを有していればよい。

同様に、第２の平滑回路も、前述した実施形態のものに限定するものではなく、第２の充放電路中に組み込まれて、少なくとも第２のスイッチング素子と並列接続されているコンデンサを有していればよい。

また、本実施形態のものにおいては、スイッチング素子にトランジスタ（ＦＥＴ）を用いているが、これらのスイッチング素子は、これに限定するものではなく、リレーで構成してもよい。

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太陽電池モジュールの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。
また、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複数の太陽電池モジュールが、異なる向きに設置された太陽光発電システム、さらに、追尾集光型の高効率太陽光発電システムのような、集光レンズの集光特性によって個々の太陽電池セルの出力特性が異なるシステム等、様々なケースにおいて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、太陽光発電の分野だけでなく、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、利用可能である。

１電力配分回路
２第１の充放電路
３第２の充放電路
４第１の電力配分線路
５第２の電力配分線路
６同期信号線
７パルス発振器
８スイッチング制御回路
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍｎ太陽電池モジュール
Ｐ１正極端子
Ｐ２負極端子
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１ｎ第１のスイッチング素子
Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２ｎ第２のスイッチング素子
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔｎフライバックトランス
Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１ｎコンデンサ（第１の平滑回路）
Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３、Ｃ２ｎコンデンサ（第２の平滑回路）

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、複数直列に接続された太陽電池モジュールのそれぞれに設けられるものであって、太陽電池モジュールの正極端子と当該太陽電池モジュールの負極端子に両端がそれぞれ繋がった第１の充放電路と、他の電力配分回路と共通に使用される、第１の電力配分線路と第２の電力配分線路に両端がそれぞれ繋がった第２の充放電路と、前記第１の充放電路の一部を構成する１次側巻線と、第２の充放電路の一部を構成する２次側巻線を有するフライバックトランスと、前記フライバックトランスの１次側巻線と直列に、第１の充放電路中に組み込まれた第１のスイッチング素子と、前記フライバックトランスの２次側巻線と直列に、第２の充放電路中に組み込まれた第２のスイッチング素子と、前記第１の充放電路中に組み込まれ、少なくとも、第１のスイッチング素子と並列に接続されたコンデンサを有する第１の平滑回路と、前記第２の充放電路中に組み込まれ、少なくとも、第２のスイッチング素子と並列に接続されたコンデンサを有する第２の平滑回路と、他の電力配分回路と共有するパルス発振器から供給される同期信号に基づいて、第１のスイッチング素子と第２スイッチング素子を相補的に且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路を備えている。

Claims

複数直列に接続された太陽電池モジュールのそれぞれに設けられる電力配分回路であって、
太陽電池モジュールの正極端子と当該太陽電池モジュールの負極端子に両端がそれぞれ繋がった第１の充放電路と、
他の電力配分回路と共通に使用される、第１の電力配分線路と第２の電力配分線路に、両端がそれぞれ繋がった第２の充放電路と、
前記第１の充放電路の一部を構成する１次側巻線と、第２の充放電路の一部を構成する２次側巻線を有するフライバックトランスと、
前記フライバックトランスの１次側巻線と直列に、第１の充放電路中に組み込まれた第１のスイッチング素子と、
前記フライバックトランスの２次側巻線と直列に、第２の充放電路中に組み込まれた第２のスイッチング素子と、
前記第１の充放電路中に組み込まれ、少なくとも、第１のスイッチング素子と並列に接続されたコンデンサを有する第１の平滑回路と、
前記第２の充放電路中に組み込まれ、少なくとも、第２のスイッチング素子と並列に接続されたコンデンサを有する第２の平滑回路と、
他の電力配分回路と共有するパルス発振器から供給される同期信号に基づいて、第１のスイッチング素子と第２スイッチング素子を相補的に且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング制御回路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、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の両方が同時にＯＦＦ状態になる短絡防止期間が存在するように、これら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に記載の太陽電池モジュールの電力配分回路。