JP2015156091A - Power distribution circuit of solar cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power distribution circuit of solar cells which, when an output of a part of the solar cells of a photovoltaic power generation system is reduced by shading, etc., smooths steps observed in current-voltage characteristics of the system to improve a generation efficiency.
SOLUTION: The power distribution circuit periodically ON/OFF switches switching elements S1, S2 incorporated in each of charging paths X1, X2, thereby continuously distributing power via flyback transformers T1, T2 from a charging path X1(or X2) close to a solar cell M1(or M2) having a large power generation output across a discharging path Y2(or Y1) close to a solar cell M2(or M1) having a small power generation output, and equalizing the power generation output. Capacitors C1, C2 reduce noise generated by the switching elements S1, S2 and smooth variations of current flowing to an external load.
COPYRIGHT: (C)2015,JPO&INPIT

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、太陽電池の電力配分回路に関する。   The present invention improves the power generation efficiency of the entire system even when the installation environment of solar cells used in a solar power generation system is bad and part of it is shaded or when the output characteristics between solar cells vary. The present invention relates to a power distribution circuit of a solar cell that can be increased.

なお、ここで「太陽電池」という用語は、複数直列接続された太陽電池セル(光発電素子)のストリングの両端に、バイパスダイオードが並列接続されたクラスタと、このようなクラスタを、単一もしくは複数直列接続して構成される太陽電池モジュールの両方を意味するものとする。   Here, the term “solar cell” means a cluster in which bypass diodes are connected in parallel to both ends of a string of solar cells (photovoltaic elements) connected in series, and such a cluster is a single or Both solar cell modules configured by connecting in series are meant.

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。   Currently, in order to increase the power generation efficiency of the solar power generation system, development of solar cells (modules) and power conditioners with high conversion efficiency is in progress. As described in Patent Document 1, the currently used photovoltaic power generation system is a centralized inverter system in which a plurality of solar cell modules are connected in series and parallel to increase the voltage and then converted into alternating current by an inverter. Has become the mainstream.

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。   However, in such a centralized inverter type solar power generation system, in actual use, some solar cell modules are placed in an installation environment such as a shade. In some cases, the power generation capacity cannot be fully demonstrated.

図23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。   FIG. 23 is a diagram schematically showing a solar power generation system composed of two solar cell modules M1 and M2 connected in series. These solar cell modules M1 and M2 have the same specifications. It has been.

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はそれぞれ、出力線路Aを介して外部負荷に接続されている。   Further, a bypass diode D is connected between the positive electrode terminal P1 and the negative electrode terminal P2 of each of the solar cell modules M1 and M2, and the positive electrode terminal P1 of the solar cell module M1 and the negative electrode terminal P2 of the solar cell module M2 are Each is connected to an external load via an output line A.

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24に太い実線で表示したような、最大出力動作点をPとする電流・電圧特性を示す。   When these solar cell modules M1 and M2 are both installed in the sun and are sufficiently exposed to sunlight, the total external output is the maximum as shown by the thick solid line in FIG. The current / voltage characteristic with the output operating point as P is shown.

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25に太い実線で表示したような、階段状の電流電圧特性を示す。   However, for example, when one of the solar cell modules M2 enters the shade, these solar cell modules M1 and M2 have a stepped shape as shown in FIG. The current-voltage characteristics are shown.

図25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の発電出力(最大値)を表し、また、領域(2)の面積は、太陽電池モジュールM2の発電出力(最大値)を表している。   In FIG. 25, the sum of the areas of the region (1) and the region (3) represents the power generation output (maximum value) of the solar cell module M1, and the area of the region (2) is that of the solar cell module M2. It represents the power generation output (maximum value).

このような電流・電圧特性において、最大出力動作点Pが同図に示す位置にあった場合に得られる発電出力は、領域(1)と領域(2)の面積の和となり、ハッチングで示す領域(3)の部分は発電出力には寄与することができないため損失となる。   In such current / voltage characteristics, the power generation output obtained when the maximum output operating point P is at the position shown in the figure is the sum of the areas of the area (1) and the area (2), and is indicated by hatching. The part (3) is a loss because it cannot contribute to the power generation output.

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。   On the other hand, as described in Patent Document 2, there is a solar power generation system using an AC solar cell module in which a microconverter is mounted on each solar cell module. This method is a solar cell module that performs maximum power follow-up (MPPT) control on each solar cell module and performs DC / AC conversion on the output, and is said to have little loss due to shade or the like.

特開2000−347753号公報JP 2000-347753 A 特開平11−318042号公報JP 11-318042 A

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。   However, since the photovoltaic power generation system using the AC solar cell module as described above has a complicated conversion circuit, the manufacturing cost of each solar cell module is increased, and the conversion operation is always performed. There was a problem that conversion loss occurred even in the absence of shade.

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。   In addition, when the conversion circuit breaks down, the solar cell module itself on which the conversion circuit is mounted cannot be used, so there is a problem in reliability. For this reason, it is desired to develop a system that can maintain high system efficiency in any installation environment in the future.

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発電効率を高めることのできる、太陽電池の電力配分回路を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the problems in the prior art as described above, and a step appearing in the current-voltage characteristics of the system when the output of a part of the solar cells of the photovoltaic power generation system is reduced by the shade or the like. An object of the present invention is to provide a power distribution circuit for a solar cell that can be smoothed to increase power generation efficiency.

前記目的のために提供される本発明の電力配分回路は、外部負荷に対して複数直列接続された太陽電池のそれぞれの正極端子と負極端子間を個別に連絡する複数の充電路と、前記それぞれの太陽電池の正極端子と負極端子間を個別に連絡する複数の放電路と、前後に隣合う前段の太陽電池の充電路と後段の太陽電池の放電路どうし並びに列後端の太陽電池の充電路と列前端の太陽電池の放電路どうし、又は、前後に隣合う前段の太陽電池の放電路と後段の太陽電池の充電路どうし並びに列前端の太陽電池の充電路と列後端の太陽電池の放電路どうしをそれぞれ磁気的に結合する複数のフライバックトランスと、それぞれの充電路中に、対応するフライバックトランスの1次側コイルと直列に組み込まれたスイッチング素子と、それぞれの放電路中に、対応するフライバックトランスの2次側コイルと直列に、且つ対応する太陽電池の負極端子側から正極端子側へ電流を通す向きに組み込まれたダイオードと、前記それぞれのスイッチング素子を周期的にON/OFFするスイッチング制御回路と、それぞれの太陽電池毎に、対応する充電路と放電路の電流変動を平滑化する少なくとも1つのコンデンサからなる平滑回路を備えたものである。   The power distribution circuit of the present invention provided for the above-described object includes a plurality of charging paths individually connecting between the positive terminals and the negative terminals of a plurality of solar cells connected in series to an external load. A plurality of discharge paths individually connecting between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the solar cell, the charging path of the front-stage solar cell adjacent to the front and rear, the discharge path of the rear-stage solar cell, and the charging of the rear-end solar cell The discharge path of the solar cell at the front end of the road and the row, or the discharge path of the front solar cell and the charging path of the rear solar cell adjacent to each other, and the charging path of the solar cell at the front end of the row and the solar cell at the rear end of the row A plurality of flyback transformers that magnetically couple the respective discharge paths, a switching element incorporated in series with the primary side coil of the corresponding flyback transformer in each charge path, and each discharge A diode incorporated in series with the secondary side coil of the corresponding flyback transformer and in the direction of passing current from the negative terminal side to the positive terminal side of the corresponding solar cell, and the respective switching elements periodically A switching control circuit that is turned ON / OFF, and a smoothing circuit that includes at least one capacitor for smoothing current fluctuations in the corresponding charging path and discharging path for each solar cell.

本発明の電力配分回路においては、スイッチング制御回路は、各スイッチング素子がON/OFFの周期的な切換動作中に、任意に選択したスイッチング素子のみOFFの状態を保持する機能を有することが望ましい。   In the power distribution circuit of the present invention, it is desirable that the switching control circuit has a function of maintaining the OFF state of only arbitrarily selected switching elements during the periodic switching operation of each switching element.

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、各太陽電池間でバランス良く電力を配分することができる。   According to the first aspect of the present invention, when the power generation output varies between the solar cells used in the photovoltaic power generation system due to shade, dirt on the light receiving surface, aging deterioration, etc. Power can be distributed in a balanced manner between batteries.

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、発電出力として利用することができず、損失となっていた電力が利用可能となるため、発電効率を高めることができる。
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。
As a result, the difference in the current-voltage characteristics of the entire photovoltaic power generation system is smoothed, and the power that was originally lost cannot be used and the lost power can be used. Can do.
In addition, since the step of the current-voltage characteristic is smoothed, the maximum output operating point of the power conditioner can be easily detected, and MPPT mismatch loss can be avoided.

また、本発明の電力配分回路の主要部分は、リレーやFET(電界効果トランジスタ)等のスイッチング素子やダイオード、フライバックトランス、コンデンサ等からなる極めて簡単な回路構成とすることができる。   Further, the main part of the power distribution circuit of the present invention can have a very simple circuit configuration including switching elements such as relays and FETs (field effect transistors), diodes, flyback transformers, capacitors, and the like.

しかも、スイッチング素子を充電路のみに組み込み、当該充電路とフライバックトランスによって結合されている放電路では、スイッチング素子がOFFに切り換わるタイミングで電流が流れるように、スイッチング素子の代わりにダイオードを用いて電流の流れを制御しているため、回路全体の必要なスイッチング素子の数を少なくでき、スイッチング動作に伴うノイズの発生を極力抑えることができる。   In addition, a diode is used instead of the switching element so that the current flows at the timing when the switching element is turned off in the discharge path that is connected to the charging path and the flyback transformer by incorporating the switching element only in the charging path. Since the current flow is controlled, the number of necessary switching elements in the entire circuit can be reduced, and the generation of noise associated with the switching operation can be suppressed as much as possible.

また、スイッチング制御回路は、最低限、各スイッチング素子を周期的にON/OFF動作させる機能を有していればよいため、製造コストを安くできるとともに、故障が発生し難く高い信頼性が得られる。   In addition, since the switching control circuit only needs to have a function of periodically turning on / off each switching element, the manufacturing cost can be reduced, and failure is unlikely to occur and high reliability is obtained. .

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その動作を停止して回路損失を無くすことができるため、発電効率の低下を防ぐことができる。   In addition, in the system using the conventional AC solar cell module, even when there is no shade, circuit loss due to AC / DC conversion always occurs, whereas the power distribution circuit according to the present invention has no shade. Can stop the operation and eliminate the circuit loss, so that it is possible to prevent a decrease in power generation efficiency.

さらに、従来の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、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停止した場合でも、太陽光発電システム自体の機能に支障を生じる恐れがない。   Furthermore, in a photovoltaic power generation system using a conventional AC solar cell module, when a microconverter mounted on the solar cell module fails, the solar cell module itself becomes unusable, but in the power distribution circuit of the present invention, Even if a failure occurs and its function stops, there is no possibility that the function of the photovoltaic power generation system itself will be disturbed.

請求項2に記載された発明によれば、各スイッチング素子がON/OFFの周期的な切換動作中に、任意に選択したスイッチング素子のみOFFの状態を保持することができるため、太陽光発電システムの故障診断を行う場合に、当該スイッチング素子が組み込まれている充電路とフライバックトランスで結合されている放電路が繋がる太陽電池への電力配分を停止させることで、発電出力が低下している太陽電池への電力配分の停止によって生じるシステムの電流電圧特性の変化から、不具合が発生している太陽電池を容易に特定することができる。   According to the second aspect of the present invention, only the arbitrarily selected switching elements can be maintained in the OFF state during the periodic switching operation of each switching element. When the failure diagnosis is performed, the power generation output is reduced by stopping the power distribution to the solar cell connecting the charging path incorporating the switching element and the discharging path coupled by the flyback transformer. From the change in the current-voltage characteristics of the system caused by the stop of the power distribution to the solar cell, the solar cell in which a problem has occurred can be easily identified.

本発明の電力配分回路の1実施形態を示す、直列接続された2つの太陽電池モジュールM1、M2からなる太陽光発電システムの模式図である。It is a schematic diagram of the photovoltaic power generation system which consists of two solar cell modules M1 and M2 connected in series which shows one Embodiment of the power distribution circuit of this invention. 本発明の電力配分回路の1実施形態における、スイッチング制御回路のブロック図である。It is a block diagram of a switching control circuit in one embodiment of a power distribution circuit of the present invention. 図2に示すスイッチング制御回路のパルス発振器から出力されるパルス信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the pulse signal output from the pulse oscillator of the switching control circuit shown in FIG. 太陽電池モジュールM1の発電出力が太陽電池モジュールM2の発電出力より大きい場合における、フライバックトランスT1の電力蓄積過程を示す図である。It is a figure which shows the electric power accumulation | storage process of the flyback transformer T1 in case the electric power generation output of the solar cell module M1 is larger than the electric power generation output of the solar cell module M2. 太陽電池モジュールM1の発電出力が太陽電池モジュールM2の発電出力より大きい場合における、フライバックトランスT1からの電力放出過程を示す図である。It is a figure which shows the electric power discharge | release process from the flyback transformer T1 in case the electric power generation output of the solar cell module M1 is larger than the electric power generation output of the solar cell module M2. 電力配分回路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る。It is a figure which shows the current voltage characteristic of the system improved by the power distribution circuit. 太陽電池モジュールM2の発電出力が太陽電池モジュールM1の発電出力より大きい場合における、フライバックトランスT2への電力蓄積過程を示す図である。It is a figure which shows the electric power accumulation | storage process to the flyback transformer T2 in case the electric power generation output of the solar cell module M2 is larger than the electric power generation output of the solar cell module M1. 太陽電池モジュールM2の発電出力が太陽電池モジュールM1の発電出力より大きい場合における、フライバックトランスT2からの電力放出過程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric power discharge | release process from the flyback transformer T2 in case the electric power generation output of the solar cell module M2 is larger than the electric power generation output of the solar cell module M1. 本発明の電力配分回路の別の実施形態を示す、直列接続された2つの太陽電池モジュールM1、M2からなる太陽光発電システムの模式図である。It is a schematic diagram of the photovoltaic power generation system which consists of two solar cell modules M1 and M2 connected in series which shows another embodiment of the power distribution circuit of this invention. 本発明の電力配分回路のさらに別の実施形態を示す、直列接続された3つの太陽電池モジュールM1、M2、M3からなる太陽光発電システムの模式図である。It is a schematic diagram of the photovoltaic power generation system which consists of the three solar cell modules M1, M2, and M3 connected in series which shows another embodiment of the power distribution circuit of this invention. 太陽電池モジュールM3の発電出力より、2つの太陽電池モジュールM1、M2の発電出力が小さい場合のシステムの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of a system in case the power generation output of two solar cell modules M1 and M2 is smaller than the power generation output of the solar cell module M3. 太陽電池モジュールM3からフライバックトランスT3への電力蓄積過程を示す図である。It is a figure which shows the electric power accumulation | storage process from the solar cell module M3 to the flyback transformer T3. フライバックトランスT3から放出された電力がコンデンサC1に蓄積される過程を示す図である。It is a figure which shows the process in which the electric power discharge | released from the flyback transformer T3 is accumulate | stored in the capacitor | condenser C1. コンデンサC1から放出された電力が、フライバックトランスT1に蓄積される過程を示す図である。It is a figure which shows the process in which the electric power discharge | released from the capacitor | condenser C1 is accumulate | stored in the flyback transformer T1. フライバックトランスT1とコンデンサC1から電力が放出される過程を示す図である。It is a figure which shows the process in which electric power is discharge | released from the flyback transformer T1 and the capacitor | condenser C1. 太陽電池モジュールM3の発電出力が2つの太陽電池モジュールM2、M3の発電発電出力より小さい場合のシステムの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of a system in case the electric power generation output of the solar cell module M3 is smaller than the electric power generation output of two solar cell modules M2 and M3. 太陽電池モジュールM2からフライバックトランスT2への電力蓄積過程を示す図である。It is a figure which shows the electric power accumulation | storage process from the solar cell module M2 to the flyback transformer T2. フライバックトランスT2から電力が放出されて、太陽電池モジュールM3に加算され、一部の電力がコンデンサC3に蓄積される過程を示す図である。It is a figure which shows the process in which electric power is discharge | released from the flyback transformer T2, is added to the solar cell module M3, and one part electric power is accumulate | stored in the capacitor | condenser C3. 太陽電池モジュールM1からフライバックトランスT1への電力蓄積過程を示す図である。It is a figure which shows the electric power accumulation | storage process from the solar cell module M1 to the flyback transformer T1. フライバックトランスT1から電力が放出され、同時にコンデンサC3から電力が放出される過程を示す図である。It is a figure which shows the process in which electric power is discharge | released from the flyback transformer T1, and electric power is discharged | emitted from the capacitor | condenser C3 simultaneously. 電力配分回路の定常動作時における、循環的な電力配分動作を模式的に示す図である。It is a figure showing typically cyclic power distribution operation at the time of steady operation of a power distribution circuit. 電力配分回路の通常稼働時のシステムの電流電圧特性と、発電出力が低下した太陽電池モジュールへ電力配分動作を停止した時のシステムの電流電圧特性を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the current voltage characteristic of the system at the time of normal operation of a power distribution circuit, and the current voltage characteristic of a system when a power distribution operation | movement is stopped to the solar cell module in which the electric power generation output fell. 2つの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す図である。It is a figure which shows typically the solar energy power generation system which consists of two solar cell modules M1 and M2. 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。It is a figure which shows the current-voltage characteristic in case both solar cell modules are in the sun. 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。It is a figure which shows the current-voltage characteristic when one solar cell module enters the shade.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図1に示す実施形態は、外部負荷に対して直列接続された2つの太陽電池モジュールM1、M2から構成されている太陽光発電システムに、本発明の電力配分回路1を組み込んだ例を示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment shown in FIG. 1 shows an example in which the power distribution circuit 1 of the present invention is incorporated in a photovoltaic power generation system configured by two solar cell modules M1 and M2 connected in series to an external load. Yes.

同図に示すように、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M2の負極端子P2は、出力線路Aを介して外部負荷と接続されており、また、太陽電池モジュールM1の負極端子P2と太陽電池モジュールM2の正極端子P1との間は連結線路Bで接続されている。また、これらの太陽電池モジュールM1、M2の正極端子P1と負極端子P2の間にはそれぞれ、バイパスダイオードDが並列接続されている。   As shown in the figure, the positive terminal P1 of the solar cell module M1 and the negative terminal P2 of the solar cell module M2 are connected to an external load via the output line A, and the negative terminal P2 of the solar cell module M1. And a positive terminal P1 of the solar cell module M2 are connected by a connecting line B. Further, a bypass diode D is connected in parallel between the positive terminal P1 and the negative terminal P2 of these solar cell modules M1, M2.

なお、以下の説明においては、これらの太陽電池モジュールM1、M2の前後の向きは正極端子P1側を前側、負極端子P2側を後側とし、太陽電池モジュールM1を前段側、太陽電池モジュールM2を後段側とする。   In the following description, the front and rear directions of these solar cell modules M1 and M2 are the positive electrode terminal P1 side as the front side, the negative electrode terminal P2 side as the rear side, the solar cell module M1 as the front side, and the solar cell module M2 as the solar cell module M2. The rear side.

本発明の電力配分回路1は、充電路X1、X2と、放電路Y1、Y2を有しており、充電路X1と放電路Y1はそれぞれ、太陽電池モジュールM1の正極端子P1と負極端子P2間をバイパスして連絡している。また、充電路X2と放電路Y2はそれぞれ、太陽電池モジュールM2の正極端子P1と負極端子P2間をバイパスして連絡している。   The power distribution circuit 1 of the present invention has charging paths X1 and X2 and discharging paths Y1 and Y2, and the charging path X1 and the discharging path Y1 are respectively between the positive terminal P1 and the negative terminal P2 of the solar cell module M1. Contact by bypassing. In addition, the charging path X2 and the discharging path Y2 communicate with each other by bypassing the positive electrode terminal P1 and the negative electrode terminal P2 of the solar cell module M2.

すなわち、充電路X1と放電路Y1のそれぞれの一端は、接続点J1で出力線路Aに接続され、この出力線路Aを介して太陽電池モジュールM1の正極端子P1に繋がっている。また、それぞれの他端は、接続点J2で連結線路Bに接続され、当該連結線路Bを介してこの太陽電池モジュールM1の負極端子P2に繋がっている。   That is, one end of each of the charging path X1 and the discharging path Y1 is connected to the output line A at the connection point J1, and is connected to the positive terminal P1 of the solar cell module M1 via the output line A. Moreover, each other end is connected to the connection line B at the connection point J2, and is connected to the negative terminal P2 of the solar cell module M1 via the connection line B.

一方、充電路X2と放電路Y2のそれぞれの一端は、接続点J3で連結線路Bに接続され、当該連結線路Bを介して太陽電池モジュールM2の正極端子P1に繋がっている。また、それぞれの他端は、接続点J4で出力線路Aに接続され、当該出力線路Aを介してこの太陽電池モジュールM2の負極端子P2に繋がっている。   On the other hand, one end of each of the charging path X2 and the discharging path Y2 is connected to the connection line B at the connection point J3, and is connected to the positive terminal P1 of the solar cell module M2 via the connection line B. Each other end is connected to the output line A at the connection point J4, and is connected to the negative terminal P2 of the solar cell module M2 via the output line A.

また、電力配分回路1は、前段の太陽電池モジュールM1側の充電路X1と後段の太陽電池モジュールM2側の放電路Y2どうしを磁気的に結合しているフライバックトランスT1と、後段(列後端)の太陽電池モジュールM2側の充電路X2と、前段(列前端)の太陽電池モジュールM1側の放電路Y1どうしを磁気的に結合しているフライバックトランスT2を有している。   In addition, the power distribution circuit 1 includes a flyback transformer T1 that magnetically couples the charging path X1 on the front solar cell module M1 side and the discharge path Y2 on the rear solar cell module M2 side, and a rear stage (rear row) A charge path X2 on the solar cell module M2 side at the end) and a flyback transformer T2 that magnetically couples the discharge path Y1 on the solar cell module M1 side in the previous stage (row front end).

なお、図1においては、充電路X1と放電路Y2の両方にフライバックトランスT1が、また、充電路X2と放電路Y1の両方にフライバックトランスT2が図示されているが、それぞれ、同一のフライバックトランスを示している。また、本実施形態のものにおいては、これらのフライバックトランスT1、T2は、1次側と2次側の巻き線比が1:1の同じ仕様のものを用いている。   In FIG. 1, the flyback transformer T1 is shown in both the charging path X1 and the discharging path Y2, and the flyback transformer T2 is shown in both the charging path X2 and the discharging path Y1, but they are the same. A flyback transformer is shown. Further, in the present embodiment, these flyback transformers T1 and T2 have the same specifications in which the winding ratio between the primary side and the secondary side is 1: 1.

電力配分回路1はさらに、充電路X1中にフライバックトランスT1の1次側コイルL11と直列に組み込まれたスイッチング素子S1と、充電路X2中にフライバックトランスT2の1次側コイルL21と直列に組み込まれたスイッチング素子S2を有している。   The power distribution circuit 1 is further connected in series with the primary coil L11 of the flyback transformer T1 in the charging path X1 and in series with the primary coil L21 of the flyback transformer T2 in the charging path X2. The switching element S2 incorporated in the.

これらのスイッチング素子S1、S2には、実用上は、ON/OFF制御を迅速に行うため、リレーやトランジスタが用いられるが、図1においては、説明の便宜上ON/OFFの切換動作がわかるように、機械的なスイッチで模式的に図示している。   In practice, relays and transistors are used for these switching elements S1 and S2 in order to perform ON / OFF control quickly. In FIG. 1, for convenience of explanation, the switching operation of ON / OFF is understood. It is schematically illustrated with a mechanical switch.

また、電力配分回路1は、放電路Y1中に、フライバックトランスT2の2次側コイルL22と直列に組み込まれたダイオードD1と、放電路Y2中に、フライバックトランスT1の2次側コイルL12と直列に組み込まれたダイオードD2を有している。これらのダイオードD1、D2はそれぞれ、対応する太陽電池モジュールM1、M2の負極端子P2側から正極端子P1側へ電流を通す向きに組み込まれている。   The power distribution circuit 1 includes a diode D1 incorporated in series with the secondary coil L22 of the flyback transformer T2 in the discharge path Y1, and a secondary coil L12 of the flyback transformer T1 in the discharge path Y2. And a diode D2 incorporated in series. These diodes D1 and D2 are incorporated in a direction in which current flows from the negative electrode terminal P2 side to the positive electrode terminal P1 side of the corresponding solar cell modules M1 and M2, respectively.

また、本実施形態の電力配分回路1においては、接続点J1、J2間と接続点J3、J4間にそれぞれ平滑回路としてのコンデンサC1、C2を接続してある。また、図1には図示していないが、電力配分回路1はさらに、前記2つのスイッチング素子S1、S2をそれぞれ周期的にON/OFF制御するための図2に示すスイッチング制御回路2を有している。   Further, in the power distribution circuit 1 of the present embodiment, capacitors C1 and C2 as smoothing circuits are connected between the connection points J1 and J2 and between the connection points J3 and J4, respectively. Although not shown in FIG. 1, the power distribution circuit 1 further includes a switching control circuit 2 shown in FIG. 2 for periodically ON / OFF control of the two switching elements S1 and S2. ing.

本実施形態のものにおいては、前記スイッチング制御回路2は、各スイッチング素子S1、S2毎に個別に設けられていて、それぞれ、パルス発振器とドライバ回路から構成されている。   In the present embodiment, the switching control circuit 2 is individually provided for each of the switching elements S1 and S2, and includes a pulse oscillator and a driver circuit, respectively.

パルス発振器は、図3に示すような、矩形波状のパルス信号をドライバ回路に出力し、ドライバ回路は前記パルス信号のタイミングでスイッチング素子S1、S2をON/OFF制御する。   The pulse oscillator outputs a rectangular wave pulse signal as shown in FIG. 3 to the driver circuit, and the driver circuit performs ON / OFF control of the switching elements S1 and S2 at the timing of the pulse signal.

なお、本実施形態のものにおいては、2つのスイッチング素子S1、S2の間では、ON/OFFのタイミングは非同期である。また、これらのスイッチング素子S1、S2はデューティー比(図3におけるTon/(Ton+Toff):ON期間のパルス幅をパルス周期で割った値)を50%に設定してある。   In the present embodiment, the ON / OFF timing is asynchronous between the two switching elements S1 and S2. The switching elements S1 and S2 have a duty ratio (Ton / (Ton + Toff) in FIG. 3: a value obtained by dividing the pulse width of the ON period by the pulse period) set to 50%.

次に、前述したように構成されている電力配分回路1の動作について説明する。
図1に示すシステムにおいて、前段の太陽電池モジュールM1が発電出力が、後段の太陽電池モジュールM2が発電出力より大きい場合、図1のようにスイッチング素子S1とスイッチング素子S2の両方がOFF(電力配分回路1を機能させていない状態)のときは、このシステムは、図25に示すような、最大出力動作点をPとする階段状の電流電圧特性を示す。
Next, the operation of the power distribution circuit 1 configured as described above will be described.
In the system shown in FIG. 1, when the solar cell module M1 at the front stage has a power generation output larger than the power generation output at the solar cell module M2 at the rear stage, both the switching elements S1 and S2 are OFF (power distribution) as shown in FIG. When the circuit 1 is not functioning, the system exhibits a step-like current-voltage characteristic with the maximum output operating point as P, as shown in FIG.

この状態から電力配分回路1を起動して、図4に示すように、スイッチング素子S1がONになったとき、太陽電池モジュールM1が出力する一部の電流I1(矢印付きの点線で表示)が当該太陽電池モジュールM1の正極端子P1から、出力線路A、接続点J1、充電路X1、接続点J2、連結線路Bを経由して当該太陽電池モジュールM1の負極端子P2へ還流する。   When the power distribution circuit 1 is started from this state and the switching element S1 is turned on as shown in FIG. 4, a part of the current I1 (indicated by a dotted line with an arrow) output from the solar cell module M1 is generated. From the positive electrode terminal P1 of the solar cell module M1, it returns to the negative electrode terminal P2 of the solar cell module M1 via the output line A, the connection point J1, the charging path X1, the connection point J2, and the connection line B.

この際、前記電流I1がフライバックトランスT1の1次側コイルL11を流れることにより、当該フライバックトランスT1に、太陽電池モジュールM1の発電出力の一部が磁気エネルギとして蓄積される。   At this time, when the current I1 flows through the primary coil L11 of the flyback transformer T1, a part of the power generation output of the solar cell module M1 is accumulated as magnetic energy in the flyback transformer T1.

次に、図5に示すように、スイッチング素子S1がOFFになると、フライバックトランスT1に蓄積されていた前記磁気エネルギは、その2次側コイルL12側に解放され、その結果、放電路Y2に電流I2(矢印付きの点線で表示)が流れる。   Next, as shown in FIG. 5, when the switching element S1 is turned off, the magnetic energy stored in the flyback transformer T1 is released to the secondary coil L12 side, and as a result, the discharge path Y2 enters the discharge path Y2. Current I2 (indicated by a dotted line with an arrow) flows.

このとき、前記2次側コイルL12は、前段の太陽電池モジュールM1に対して、太陽電池モジュールM2と並列に接続されているため、電流I2が太陽電池モジュールM2が出力する電流に加算される。   At this time, since the secondary coil L12 is connected in parallel with the solar cell module M2 with respect to the preceding solar cell module M1, the current I2 is added to the current output from the solar cell module M2.

なお、スイッチング素子S1がONになって、フライバックトランスT1の1次側コイルL11を流れる電流が増加する過程では、2次側コイルL12には電流I2の向きと逆向きの誘導起電力が生じているが、放電路Y2には、ダイオードD2が組み込まれているため、前記電流I2と逆向きの電流は流れない。   In the process in which the switching element S1 is turned on and the current flowing through the primary coil L11 of the flyback transformer T1 increases, an induced electromotive force in the direction opposite to the direction of the current I2 is generated in the secondary coil L12. However, since the diode D2 is incorporated in the discharge path Y2, a current in the direction opposite to the current I2 does not flow.

スイッチング素子S1のON/OFFの動作が周期的に反復されることにより、太陽電池モジュールM1で発電された電力の一部は、フライバックトランスT1を介して継続的に太陽電池モジュールM2側へ配分される。この際、充電路X1及び放電路Y2を流れる電流の変動はそれぞれコンデンサC1、C2によって平滑化される。   By periodically repeating the ON / OFF operation of the switching element S1, a part of the electric power generated by the solar cell module M1 is continuously distributed to the solar cell module M2 side via the flyback transformer T1. Is done. At this time, fluctuations in the current flowing through the charging path X1 and the discharging path Y2 are smoothed by the capacitors C1 and C2, respectively.

電力配分回路1を使用していない場合には、図6に破線で示すように、システム全体の電流電圧特性を表す曲線は最大出力動作点をPとする階段状となっている。これに対し、電力配分回路1を動作させることで、太陽電池モジュールM2の発電電力(2)に、太陽電池モジュールM1の発電電力の一部(3’)が加算される。   When the power distribution circuit 1 is not used, the curve representing the current-voltage characteristics of the entire system is stepped with the maximum output operating point as P, as shown by the broken line in FIG. On the other hand, by operating the power distribution circuit 1, a part (3 ') of the generated power of the solar cell module M1 is added to the generated power (2) of the solar cell module M2.

それぞれのスイッチング素子S1、S2のデューティー比を50%に設定している場合には、図25にハッチングで示す領域(3)の利用できず損失となっていた電力分は、図6にハッチングで示すように、その略半分(3’)が太陽電池モジュールM1側から太陽電池モジュールM2側へ配分される。その結果、システムの電流電圧特性は、同図に実線で示すような、最大出力動作点をP’とする平滑化された特性に改善され、発電効率が向上する。   When the duty ratio of each of the switching elements S1 and S2 is set to 50%, the power that has been lost and cannot be used in the area (3) shown by hatching in FIG. 25 is hatched in FIG. As shown, approximately half (3 ') is distributed from the solar cell module M1 side to the solar cell module M2 side. As a result, the current-voltage characteristic of the system is improved to a smoothed characteristic in which the maximum output operating point is P ′ as shown by the solid line in FIG.

一方、前段の太陽電池モジュールM1の発電出力よりも、後段の太陽電池モジュールM2が発電出力の方が大きい場合、電力配分回路1を起動して図7に示すように、スイッチング素子S2がONになったとき、太陽電池モジュールM2が出力する一部の電流I1(矢印付きの点線で表示)がこの太陽電池モジュールM2の正極端子P1から、連結線路B、充電路X2、出力線路Aを経由して当該太陽電池モジュールM2の負極端子P2へ還流する。   On the other hand, when the power generation output of the subsequent solar cell module M2 is larger than the power generation output of the front solar cell module M1, the power distribution circuit 1 is activated and the switching element S2 is turned on as shown in FIG. When this happens, a part of the current I1 output by the solar cell module M2 (indicated by a dotted line with an arrow) passes from the positive terminal P1 of the solar cell module M2 via the connection line B, the charging path X2, and the output line A. To the negative electrode terminal P2 of the solar cell module M2.

この際、電流I1がフライバックトランスT2の1次側コイルL21を流れることにより、当該フライバックトランスT2に、太陽電池モジュールM2の発電出力の一部が磁気エネルギとして蓄積される。   At this time, when the current I1 flows through the primary coil L21 of the flyback transformer T2, a part of the power generation output of the solar cell module M2 is accumulated as magnetic energy in the flyback transformer T2.

次に、図8に示すように、スイッチング素子S2がOFFになると、フライバックトランスT2に蓄積されていた前記磁気エネルギは、その2次側コイルL22側に解放され、その結果、放電路Y1に電流I2(矢印付きの点線で表示)が流れる。   Next, as shown in FIG. 8, when the switching element S2 is turned OFF, the magnetic energy stored in the flyback transformer T2 is released to the secondary coil L22 side, and as a result, enters the discharge path Y1. Current I2 (indicated by a dotted line with an arrow) flows.

このとき、前記2次側コイルL22は、外部負荷に対して、太陽電池モジュールM1と並列に接続されているため、電流I2が太陽電池モジュールM1が出力する電流に加算される。   At this time, since the secondary coil L22 is connected to the external load in parallel with the solar cell module M1, the current I2 is added to the current output from the solar cell module M1.

前述したようなスイッチング素子S2のON/OFF動作が周期的に反復されることにより、太陽電池モジュールM2で発電された電力の一部は、継続的に太陽電池モジュールM1側へ配分される。この際、充電路X2及び放電路Y1を流れる電流の変動はそれぞれコンデンサC1、C2によって平滑化される。   A part of the electric power generated by the solar cell module M2 is continuously distributed to the solar cell module M1 side by periodically repeating the ON / OFF operation of the switching element S2 as described above. At this time, fluctuations in the current flowing through the charging path X2 and the discharging path Y1 are smoothed by the capacitors C1 and C2, respectively.

以上の説明においては、電力配分回路1の動作を分かり易くするため、太陽電池モジュールM1の発電出力が太陽電池モジュールM2よりも大きいときは、スイッチング素子S1のみのON/OFF動作に着目し、太陽電池モジュールM2の発電出力が太陽電池モジュールM1よりも大きいときは、スイッチング素子S2のみのON/OFF動作に着目して説明している。   In the above description, in order to make the operation of the power distribution circuit 1 easier to understand, when the power generation output of the solar cell module M1 is larger than that of the solar cell module M2, paying attention to the ON / OFF operation of only the switching element S1, When the power generation output of the battery module M2 is larger than that of the solar battery module M1, the description is focused on the ON / OFF operation of only the switching element S2.

しかしながら、実際はこれら2つのスイッチング素子S1、S2はそれぞれ非同期に個別にON/OFF制御されているため、両方のスイッチング素子S1、S2は、ONの状態が重なる場合もある。   However, in reality, these two switching elements S1 and S2 are individually controlled ON / OFF independently of each other, and therefore, both switching elements S1 and S2 may overlap in the ON state.

例えば、図5のように、フライバックトランスT1の2次側コイルL12に起電力が発生して電流I2が流れている途中で、スイッチング素子S2がONになった場合には、前記電流I2の一部は、フライバックトランスT2の1次側コイルL21にも流れて当該フライバックトランスT2に磁気エネルギとして電力が一時的に蓄積される。   For example, as shown in FIG. 5, when the switching element S2 is turned on while an electromotive force is generated in the secondary coil L12 of the flyback transformer T1 and the current I2 is flowing, the current I2 A part also flows to the primary side coil L21 of the flyback transformer T2, and electric power is temporarily stored as magnetic energy in the flyback transformer T2.

前記フライバックトランスT2に蓄積された電力は、次にスイッチング素子S2がOFFに切り換わると、2次側コイルL22から前段の太陽電池モジュールM1側の放電路Y1に放電され外部負荷へ流れる。   The power stored in the flyback transformer T2 is then discharged from the secondary coil L22 to the discharge path Y1 on the solar cell module M1 side in the previous stage and flows to the external load when the switching element S2 is turned off.

このように、電力配分回路1の実際の動作は、充電路X1と放電路Y1間、充電路X2と放電路Y2間でそれぞれ同時に電力の受け渡しが行われており、その現象は極めて複雑であるが、2つのコンデンサC1、C2によって電流の不規則な変化は吸収されることで、電力配分回路1を起動後、極めて短時間内に太陽電池モジュールM1、M2間の電力配分量の時間的変動は消滅し、定常的な電力の配分動作が実現される。
なお、コンデンサC1、C2は、スイッチング素子S1、S2のON/OFF動作時に発生するノイズを低減する役割も有している。
As described above, the actual operation of the power distribution circuit 1 is such that power is simultaneously transferred between the charging path X1 and the discharging path Y1, and between the charging path X2 and the discharging path Y2, and the phenomenon is extremely complicated. However, irregular fluctuations in the current are absorbed by the two capacitors C1 and C2, and thus the temporal variation of the power distribution amount between the solar cell modules M1 and M2 within a very short time after the power distribution circuit 1 is started. Disappears and a steady power distribution operation is realized.
The capacitors C1 and C2 also have a role of reducing noise generated when the switching elements S1 and S2 are turned on / off.

図9は、本発明の電力配分回路の別の実施形態を示す、直列接続された2つの太陽電池モジュールM1、M2からなる太陽光発電システムの模式図であって、同図中に示す電力配分回路1Aは、前述した図1中に示す電力配分回路1におけるスイッチング素子S1、S2として、それぞれFET(電界効果トランジスタ)Q1、Q2を用いたものであり、図1で符号が共通している部分については、前述した電力配分回路1と同一構成となっている。   FIG. 9 is a schematic diagram of a photovoltaic power generation system including two solar cell modules M1 and M2 connected in series, showing another embodiment of the power distribution circuit of the present invention. The circuit 1A uses FETs (field effect transistors) Q1 and Q2 as the switching elements S1 and S2 in the power distribution circuit 1 shown in FIG. Has the same configuration as the power distribution circuit 1 described above.

これらのFETQ1、Q2は、それぞれソース端子が各太陽電池M1、M2の負極端子P2側に繋がり、ドレイン端子が各フライバックトランスT1、T2の1次側コイルL11、L22側に繋がっている。なお、図中BDは、これらのFETQ1、Q2内の寄生ダイオードを示している。   Each of these FETs Q1 and Q2 has a source terminal connected to the negative terminal P2 side of each solar cell M1 and M2, and a drain terminal connected to the primary side coils L11 and L22 side of the flyback transformers T1 and T2. In the figure, BD indicates a parasitic diode in these FETs Q1 and Q2.

また、図示は省略しているが、図9中に示す電力配分回路1Aは、これらのFETQ1、Q2の周期的なON/OFF制御を行うために、前述した電力配分回路1のスイッチング制御回路2と同様なスイッチング制御回路を有している。   Although not shown, the power distribution circuit 1A shown in FIG. 9 performs the periodic ON / OFF control of the FETs Q1 and Q2, so that the switching control circuit 2 of the power distribution circuit 1 described above is used. Has the same switching control circuit.

次に、図10は、本発明の電力配分回路のさらに別の実施形態を示す、直列接続された3つの太陽電池モジュールM1、M2、M3からなる太陽光発電システムの模式図であって、同図に示すシステムにおける電力配分回路1Bは、それぞれ3つの充電路X1、X2、X3及び放電路Y1、Y2、Y3を有している。   Next, FIG. 10 is a schematic diagram of a photovoltaic power generation system including three solar cell modules M1, M2, and M3 connected in series, showing still another embodiment of the power distribution circuit of the present invention. The power distribution circuit 1B in the system shown in the figure has three charging paths X1, X2, and X3 and discharging paths Y1, Y2, and Y3, respectively.

前述した図1中に示す電力配分回路1と同様に、充電路X1と放電路Y1のそれぞれの一端は、列前端の太陽電池モジュールM1の正極端子P1の近傍の接続点J1で出力線路Aに接続され、それぞれの他端は、接続点J2で前後の太陽電池モジュールM1、M2間を繋ぐ連結線路B1に接続されている。   As in the power distribution circuit 1 shown in FIG. 1 described above, one end of each of the charging path X1 and the discharging path Y1 is connected to the output line A at a connection point J1 near the positive terminal P1 of the solar cell module M1 at the front end of the column. The other end of each is connected to a connection line B1 connecting the front and rear solar cell modules M1 and M2 at a connection point J2.

また、充電路X2と放電路Y2のそれぞれの一端は、前記接続点2より太陽電池モジュールM2寄りの接続点J3で前記連結線路1に接続され、それぞれの他端は、接続点J4で前後の太陽電池モジュールM2、M3間を繋ぐ連結線路B2に接続されている。   Also, one end of each of the charging path X2 and the discharging path Y2 is connected to the connection line 1 at a connection point J3 closer to the solar cell module M2 than the connection point 2, and each other end is connected to the front and rear at the connection point J4. The solar cell modules M2 and M3 are connected to a connection line B2 that connects the solar cell modules M2 and M3.

さらに、充電路X3と放電路Y4のそれぞれの一端は、前記接続点4より太陽電池モジュールM3寄りの接続点J5で前記連結線路B2に接続され、それぞれの他端は、列後端の太陽電池モジュールM3の負極端子P2の近傍の接続点J6で出力線路Aと接続されている。   Further, one end of each of the charging path X3 and the discharging path Y4 is connected to the connection line B2 at a connection point J5 closer to the solar cell module M3 than the connection point 4, and each other end is connected to the solar cell at the rear end of the column. The module M3 is connected to the output line A at a connection point J6 near the negative terminal P2.

充電路X1と放電路Y2間、充電路X2と放電路Y3間、及び、充電路X3と放電路Y1間にはそれぞれ、対応する充電路と放電路間を磁気的に結合するフライバックトランスT1、T2、T3が組み込まれている。   A flyback transformer T1 that magnetically couples the corresponding charging path and discharging path between the charging path X1 and discharging path Y2, between the charging path X2 and discharging path Y3, and between the charging path X3 and discharging path Y1, respectively. , T2 and T3 are incorporated.

充電路X1には、フライバックトランスT1の1次側コイルL1とスイッチング素子S1が直列に組み込まれ、充電路X2には、フライバックトランスT2の1次側コイルL21とスイッチング素子S2が直列に組み込まれ、充電路X3には、フライバックトランスT3の1次側コイルL31とスイッチング素子S3が直列に組み込まれている。   The primary coil L1 and switching element S1 of the flyback transformer T1 are incorporated in series in the charging path X1, and the primary coil L21 and switching element S2 of the flyback transformer T2 are incorporated in series in the charging path X2. Thus, the primary side coil L31 of the flyback transformer T3 and the switching element S3 are incorporated in the charging path X3 in series.

また、放電路Y1には、フライバックトランスT3の2次側コイルL32とダイオードD1が直列に組み込まれ、放電路Y2には、フライバックトランスT1の2次側コイルL12とダイオードD2が直列に組み込まれ、放電路Y3には、フライバックトランスT2の2次側コイルL22とダイオードD3が直列に組み込まれている。これらのダイオードD1、D2、D3はそれぞれ、対応する太陽電池モジュールM1、M2、M3の負極端子P2側から正極端子P1側へ電流を通す向きに組み込まれている。   Further, the secondary side coil L32 and the diode D1 of the flyback transformer T3 are incorporated in series in the discharge path Y1, and the secondary side coil L12 and the diode D2 of the flyback transformer T1 are incorporated in series in the discharge path Y2. Thus, the secondary side coil L22 of the flyback transformer T2 and the diode D3 are incorporated in series in the discharge path Y3. Each of these diodes D1, D2, and D3 is incorporated in a direction in which a current is passed from the negative terminal P2 side to the positive terminal P1 side of the corresponding solar cell module M1, M2, and M3.

また、本実施形態の電力配分回路1Bにおいては、接続点J1、J2間、接続点J3、J4間、及び接続点J5、J6間にそれぞれ平滑回路として機能するコンデンサC1、C2、C3が接続されている。また、各スイッチング素子S1、S2、S3は、図示していないスイッチング制御回路によってそれぞれON/OFF制御されるようになっている。   In the power distribution circuit 1B of the present embodiment, capacitors C1, C2, and C3 that function as smoothing circuits are connected between the connection points J1 and J2, between the connection points J3 and J4, and between the connection points J5 and J6, respectively. ing. Each switching element S1, S2, S3 is ON / OFF controlled by a switching control circuit (not shown).

前記スイッチング制御回路は、前述の電力配分回路1で用いている図2の同じ構成のものを、各スイッチング素子S1、S2、S3毎に個別に組み込んであり、これらのスイッチング素子S1、S2、S3をそれぞれ周期的にON/OFFするようにしてある。
なお、これらのスイッチング素子S1、S2、S3のON/OFF制御は非同期で行っている。
The switching control circuit incorporates the same configuration of FIG. 2 used in the power distribution circuit 1 described above for each switching element S1, S2, S3, and these switching elements S1, S2, S3. Are turned on and off periodically.
Note that the ON / OFF control of these switching elements S1, S2, and S3 is performed asynchronously.

次に、前述したように構成されている電力配分回路1Bの動作について説明する。
図10に示すシステムにおいて、前後に配列された3つの太陽電池モジュールM1、M2、M3の中で、列後端の太陽電池モジュールM3の発電出力に比較して、前段の2つの太陽電池モジュールM1、M2の発電出力が小さい場合には、同図のように全てのスイッチング素子S1、S2、S3がOFF(電力配分回路1Bを機能させていない状態)のときは、このシステムは、図11に示すような電流電圧特性を示す。
Next, the operation of the power distribution circuit 1B configured as described above will be described.
In the system shown in FIG. 10, among the three solar cell modules M1, M2, and M3 arranged in the front and rear directions, the two solar cell modules M1 at the front stage are compared with the power generation output of the solar cell module M3 at the rear end of the row. When the power generation output of M2 is small, when all the switching elements S1, S2, and S3 are OFF (the power distribution circuit 1B is not functioning) as shown in FIG. Current-voltage characteristics as shown are shown.

ここで、電力配分回路1Bを起動し、図12に示すように、充電路X3のスイッチング素子S3がONになったとき、太陽電池モジュールM3が出力する一部の電流I1(矢印付きの点線で表示)がこの太陽電池モジュールM3の正極端子P1から、連結線路B2、接続点J5、充電路X3、接続点J6、出力線路Aを経由して当該太陽電池モジュールM3の負極端子P2へ還流する。   Here, when the power distribution circuit 1B is activated and the switching element S3 of the charging path X3 is turned on as shown in FIG. 12, a part of the current I1 output by the solar cell module M3 (indicated by a dotted line with an arrow) Display) returns from the positive terminal P1 of the solar cell module M3 to the negative terminal P2 of the solar cell module M3 via the connection line B2, the connection point J5, the charging path X3, the connection point J6, and the output line A.

この際、前記電流I1がフライバックトランスT3の1次側コイルL31を流れることにより、当該フライバックトランスT3に、太陽電池モジュールM3の発電出力の一部が磁気エネルギとして蓄積される。   At this time, when the current I1 flows through the primary coil L31 of the flyback transformer T3, a part of the power generation output of the solar cell module M3 is stored as magnetic energy in the flyback transformer T3.

次いで、図13に示すように、スイッチング素子S3がOFFになると、フライバックトランスT3に蓄積されていた磁気エネルギは、その2次側コイルL32側に解放され、その結果、放電路Y1に電流I2(矢印付きの点線で表示)が流れる。   Next, as shown in FIG. 13, when the switching element S3 is turned off, the magnetic energy stored in the flyback transformer T3 is released to the secondary coil L32 side, and as a result, the current I2 flows into the discharge path Y1. (Indicated by a dotted line with an arrow) flows.

この際、列前端の太陽電池モジュールM1側から出力電路Aを通って外部負荷に出力される電流の大きさは、後続の太陽電池モジュールM2を流れる電流の大きさで制限されているため、前記電流I2はコンデンサC1に流れ、ここに蓄電される。   At this time, since the magnitude of the current output from the solar cell module M1 side at the front end of the row to the external load through the output electric circuit A is limited by the magnitude of the current flowing through the subsequent solar cell module M2, The current I2 flows to the capacitor C1 and is stored here.

そして、図14に示すように、充電路X1のスイッチング素子S1がONになると、前記コンデンサC1に蓄電されている電力の一部は放電されて、その放電電流I3(矢印付きの点線で表示)がフライバックトランスT1の1次側コイルL11を流れることにより、当該コンデンサC1に蓄積されていた電力の一部は磁気エネルギに変換されてフライバックトランスT1に蓄えられる。   Then, as shown in FIG. 14, when the switching element S1 of the charging path X1 is turned on, a part of the power stored in the capacitor C1 is discharged, and the discharge current I3 (indicated by a dotted line with an arrow) Flows through the primary coil L11 of the flyback transformer T1, so that a part of the electric power stored in the capacitor C1 is converted into magnetic energy and stored in the flyback transformer T1.

次に、図15に示すように、スイッチング素子S1がOFFになると、フライバックトランスT1に蓄積されていた前記磁気エネルギは、その2次側コイルL12側に解放され、その結果、放電路Y2に電流I4(矢印付きの点線で表示)が流れる。   Next, as shown in FIG. 15, when the switching element S1 is turned off, the magnetic energy stored in the flyback transformer T1 is released to the secondary coil L12 side, and as a result, is discharged to the discharge path Y2. A current I4 (indicated by a dotted line with an arrow) flows.

このとき、2次側コイルL12は、太陽電池モジュールM2と並列に接続されているため、前記電流I4は太陽電池モジュールM2の出力電流に加算されて前段の太陽電池モジュールM1側に流れる。   At this time, since the secondary coil L12 is connected in parallel with the solar cell module M2, the current I4 is added to the output current of the solar cell module M2 and flows to the preceding solar cell module M1 side.

そうすると、コンデンサC1に蓄電されていた残りの電力は、電流I5(矢印付きの点線で表示)として放電されて太陽電池モジュールM1の出力電流に加算されて、出力電路Aから外部負荷へ流れる。   Then, the remaining power stored in the capacitor C1 is discharged as a current I5 (indicated by a dotted line with an arrow), added to the output current of the solar cell module M1, and flows from the output electric circuit A to the external load.

このような動作が反復されることによって、太陽電池モジュールM3で発電された一部の電力は、太陽電池モジュールM1と太陽電池モジュールM2に均等に配分され、その結果システム全体の電流電圧特性が平滑化されて発電効率が向上する。   By repeating such an operation, a part of the electric power generated by the solar cell module M3 is evenly distributed to the solar cell module M1 and the solar cell module M2, and as a result, the current-voltage characteristics of the entire system are smoothed. Power generation efficiency is improved.

次に、図10に示すシステムにおいて、前後に配列された3つの太陽電池モジュールM1、M2、M3の中で、列後端の太陽電池モジュールM3の発電出力が、前段の2つの太陽電池モジュールM1、M2の発電出力よりも小さい場合、同図のように全てのスイッチング素子S1、S2、S3がOFF(電力配分回路1Bを機能させていない状態)のときは、このシステムは、図16に示すような電流電圧特性を示す。   Next, in the system shown in FIG. 10, among the three solar cell modules M1, M2, and M3 arranged in the front and rear, the power generation output of the solar cell module M3 at the rear end of the row is the two solar cell modules M1 at the front stage. When the power generation output is smaller than M2, when all the switching elements S1, S2, S3 are OFF (the power distribution circuit 1B is not functioning) as shown in FIG. 16, this system is shown in FIG. Such a current-voltage characteristic is shown.

ここで、図17に示すように、スイッチング素子S2がONになったとき、太陽電池モジュールM2が出力する一部の電流I1(矢印付きの点線で表示)がこの太陽電池モジュールM2の正極端子P1から、連結線路B1、接続点J3、充電路X2、接続点J4、連結線路B2を経由して当該太陽電池モジュールM2の負極端子P2へ還流する。   Here, as shown in FIG. 17, when the switching element S2 is turned on, a part of the current I1 (indicated by a dotted line with an arrow) output from the solar cell module M2 is the positive terminal P1 of the solar cell module M2. Then, it returns to the negative terminal P2 of the solar cell module M2 via the connection line B1, the connection point J3, the charging path X2, the connection point J4, and the connection line B2.

この際、前記電流I1がフライバックトランスT2の1次側コイルL21を流れることにより、当該フライバックトランスT2に、太陽電池モジュールM2の発電出力の一部が磁気エネルギとして蓄積される。   At this time, when the current I1 flows through the primary coil L21 of the flyback transformer T2, a part of the power generation output of the solar cell module M2 is stored as magnetic energy in the flyback transformer T2.

次いで、図18に示すように、スイッチング素子S2がOFFになると、フライバックトランスT2に蓄積されていた前記磁気エネルギは、その2次側コイルL22側に解放され、その結果、放電路Y3に電流I2(矢印付きの点線で表示)が流れ、その一部の電流I3は、太陽電池モジュールM2の出力電流に加算されて前段の太陽電池モジュールM2側へ流れる。同時に、前記電流I2と電流I3の差分の電流I4がコンデンサC3に流れ、当該コンデンサC3が充電される。   Next, as shown in FIG. 18, when the switching element S2 is turned OFF, the magnetic energy stored in the flyback transformer T2 is released to the secondary coil L22 side, and as a result, a current flows through the discharge path Y3. I2 (indicated by a dotted line with an arrow) flows, and a part of the current I3 is added to the output current of the solar cell module M2 and flows to the preceding solar cell module M2 side. At the same time, a difference current I4 between the currents I2 and I3 flows to the capacitor C3, and the capacitor C3 is charged.

次に、図19に示すように、スイッチング素子S1がONになると、太陽電池モジュールM1が出力する一部の電流I5(矢印付きの点線で表示)がこの太陽電池モジュールM1の正極端子P1から、出力線路A、接続点J1、充電路X1、接続点J2、連結線路B1を経由して当該太陽電池モジュールM1の負極端子P2へ還流する。   Next, as shown in FIG. 19, when the switching element S1 is turned on, a part of the current I5 (indicated by a dotted line with an arrow) output from the solar cell module M1 is generated from the positive terminal P1 of the solar cell module M1. It returns to the negative terminal P2 of the solar cell module M1 via the output line A, the connection point J1, the charging path X1, the connection point J2, and the connection line B1.

この際、前記電流I5がフライバックトランスT1の1次側コイルL11を流れることにより、当該フライバックトランスT1に、太陽電池モジュールM1の発電出力の一部が磁気エネルギとして蓄積される。   At this time, when the current I5 flows through the primary coil L11 of the flyback transformer T1, a part of the power generation output of the solar cell module M1 is accumulated as magnetic energy in the flyback transformer T1.

次いで、図20に示すように、スイッチング素子S1がOFFになると、フライバックトランスT1に蓄積されていた前記磁気エネルギは、その2次側コイルL12側に解放され、放電路Y2に電流I6(矢印付きの点線で表示)として放電される。前記電流I6は、太陽電池モジュールM2の出力電流に加算されて太陽電池モジュールM1側に流れる。 その際その一部は、コンデンサC2に流れ、電流変動が抑えられる。   Next, as shown in FIG. 20, when the switching element S1 is turned OFF, the magnetic energy stored in the flyback transformer T1 is released to the secondary coil L12 side, and a current I6 (arrow) is supplied to the discharge path Y2. Discharged as a dotted line). The current I6 is added to the output current of the solar cell module M2 and flows to the solar cell module M1 side. At that time, a part of the current flows to the capacitor C2, and current fluctuation is suppressed.

また、このとき、2次側コイルL12に電流I6が誘起されることにより、コンデンサC3に蓄えられていた電力は、電流I7(矢印付きの点線で表示)として放電され、太陽電池モジュールM3の出力電流に加算されて前段の太陽電池モジュール2へ流れる。   At this time, the current I6 is induced in the secondary coil L12, so that the power stored in the capacitor C3 is discharged as the current I7 (indicated by a dotted line with an arrow), and the output of the solar cell module M3 It is added to the current and flows to the preceding solar cell module 2.

このような動作を繰り返すことにより、太陽電池モジュールM1及び太陽電池モジュールM2で発電された一部の電力が太陽電池モジュールM3に配分されて均等化され、システム全体の電流電圧特性が平滑化されて発電効率が向上する。   By repeating such an operation, a part of the electric power generated by the solar cell module M1 and the solar cell module M2 is distributed and equalized to the solar cell module M3, and the current-voltage characteristics of the entire system are smoothed. Power generation efficiency is improved.

なお、前述した説明においては、太陽電池モジュールM1、M2、M3間の電力の配分動作を理解し易くするために、特定のスイッチング素子のON又はOFFに着目して、電力配分回路の起動当初の電流の流れを模式的に説明しているが、実際の回路動作は、全てのスイッチング素子S1、S2、S3のON/OFF動作が非同期で個別に反復されるため、現実の電力配分回路中の電流の流れは複雑になっている。   In the above description, in order to facilitate understanding of the power distribution operation between the solar cell modules M1, M2, and M3, focusing on the ON or OFF of a specific switching element, Although the current flow is schematically described, the actual circuit operation is such that the ON / OFF operations of all the switching elements S1, S2, and S3 are asynchronously and individually repeated. The current flow is complicated.

しかしながら、電力配分回路1Bが連続的に稼働している状態では、図21に示すように、各太陽電池モジュールM1、M2、M3間で余剰電力の配分動作が同図に白抜き矢印で示すように循環的に繰り返され、パワーコンディショナ(外部負荷)では、図22の実線で示すような、最大出力動作点を黒丸で示すPaとする段差の無い電流電圧特性が得られている。   However, in the state where the power distribution circuit 1B is continuously operating, as shown in FIG. 21, the operation of distributing the surplus power among the solar cell modules M1, M2, and M3 is indicated by a white arrow in the figure. In the power conditioner (external load), a current-voltage characteristic having no step is obtained with the maximum output operating point being Pa indicated by a black circle as shown by the solid line in FIG.

一方、故障等によって発電出力が低下している太陽電池モジュールへの電力配分を遮断すると、図22に破線で示すような、最大出力動作点をPbとする、段差が生じた電流電圧特性に変化する。   On the other hand, when the power distribution to the solar cell module whose power generation output is reduced due to a failure or the like is cut off, the current output voltage characteristic changes to the stepped state where the maximum output operating point is Pb as shown by the broken line in FIG. To do.

そこで、スイッチング制御回路に、各スイッチング素子がON/OFFの周期的な切換動作中に、任意に選択したスイッチング素子のみOFFの状態を保持する機能を追加することによって、電力配分回路の稼働中に任意の太陽電池モジュールへの電力配分のみを遮断できるようにする。   Therefore, during the operation of the power distribution circuit, a function is added to the switching control circuit that keeps only the arbitrarily selected switching element OFF during the periodic switching operation of each switching element ON / OFF. Only power distribution to any solar cell module can be cut off.

そうすると、電力配分を遮断された太陽電池モジュールの発電出力が低下していた場合には、図22に示すように、パワーコンディショナ側では、最大出力動作点がPaからPbに変化するため、太陽光発電システムの稼働を停止しないで、不具合が生じている太陽電池モジュールを特定することができ、故障診断を効率的に行うことができる。   Then, when the power generation output of the solar cell module whose power distribution has been cut off has decreased, the maximum output operating point changes from Pa to Pb on the power conditioner side as shown in FIG. Without stopping the operation of the photovoltaic power generation system, it is possible to identify a solar cell module in which a problem has occurred, and to efficiently perform failure diagnosis.

なお、以上に説明した各実施形態における電力配分回路1、1A、1Bにおいては、それぞれ、対応する充電路X1と放電路Y1、充電路X2と放電路Y2、充電路X3と放電路Y3にそれぞれ1つのコンデンサC1、C2、C3を共通の平滑回路として組み込んでいるが、平滑回路はこれらの実施形態のものに限定するものではなく 各充電路と放電路にそれぞれ個別に組み込んだコンデンサであってもよい。
さらに、太陽電池モジュール毎に、対応する充電路と放電路の電流変動を平滑化する少なくとも1つのコンデンサを含むローパスフィルタ回路であってもよい。
In the power distribution circuits 1, 1A, and 1B in the embodiments described above, the charging path X1 and the discharging path Y1, the charging path X2 and the discharging path Y2, and the charging path X3 and the discharging path Y3, respectively. Although one capacitor C1, C2, C3 is incorporated as a common smoothing circuit, the smoothing circuit is not limited to those of these embodiments, and is a capacitor that is individually incorporated in each charging path and discharging path. Also good.
Furthermore, each solar cell module may be a low-pass filter circuit including at least one capacitor for smoothing current fluctuations in the corresponding charging path and discharging path.

また、前述した各実施形態においては、2つの太陽電池モジュールM1、M2を直列接続したシステムと、3つの太陽電池モジュールM1、M2、M3を直列接続したシステムについて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定するものではなく、太陽電池モジュールが4つ以上直列接続された太陽光発電システムにも適用される。さらに、本発明の太陽電池の電力配分回路には、太陽電池モジュール内で直列接続されている複数のクラスタ間の電力配分回路も含まれる。   Moreover, in each embodiment mentioned above, although the system which connected two solar cell modules M1 and M2 in series and the system which connected three solar cell modules M1, M2, and M3 in series were demonstrated, this invention is these. The present invention is not limited to this embodiment, and is also applied to a photovoltaic power generation system in which four or more solar cell modules are connected in series. Furthermore, the power distribution circuit for solar cells of the present invention includes a power distribution circuit between a plurality of clusters connected in series in the solar cell module.

本発明の太陽電池の電力配分回路は、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やクラスタの発電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、裏面からの太陽光も受光する両面受光型太陽電池モジュールを備えたシステム等、様々なケースにおいて発電効率を高める手段としても利用可能である。
The power distribution circuit for solar cells according to the present invention can be effectively used to improve the decrease in power generation efficiency of solar cell modules and clusters due to the shade of the solar power generation system.
In addition, solar power generation systems that combine different types of solar cell modules, solar power generation systems in which multiple solar cell modules including flexible solar cells are installed in different directions, and tracking concentrating type A system with different output characteristics of individual solar cells depending on the light collection characteristics of the condenser lens, such as a high-efficiency solar power generation system, a system with a double-sided solar cell module that also receives sunlight from the back surface, etc. In various cases, it can also be used as a means for increasing power generation efficiency.

また、本発明の太陽電池の電力配分回路は、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発電効率改善にも利用可能である。   The solar cell power distribution circuit of the present invention is also used to improve the power generation efficiency when the output characteristics between solar cell modules vary due to deterioration over time or contamination of the light receiving surface in an existing solar power generation system. Is possible.

また、本発明の電力配分回路のスイッチング制御回路に、各スイッチング素子を個別にOFF状態で停止させる機能を組み込んた場合には、太陽電池モジュールの故障診断装置として利用することも可能である。   In addition, when the switching control circuit of the power distribution circuit of the present invention has a function of individually stopping each switching element in the OFF state, it can be used as a failure diagnosis device for a solar cell module.

また、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。   Moreover, the present invention can be used not only in the field of photovoltaic power generation but also in a power supply system in which batteries, fuel cells, and the like are connected in series and parallel, which show current-voltage characteristics similar to those of a solar cell module.

1、1A、1B 電力配分回路
2 スイッチング制御回路
X1、X2、X3 充電路
Y1、Y2、Y3 放電路
S1、S2、S3 スイッチング素子
Q1、Q2 FET(スイッチング素子)
BD ボディーダイオード
T1、T2、T3 フライバックトランス
L11、L21、L31 1次側コイル
L12、L22、L32 2次側コイル
C1、C2、C3 コンデンサ(平滑回路)
D1、D2、D3 ダイオード
A 出力線路
B、B1、B2 連結線路
J1、J2、J3、J4、J5、J6 接続点
I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7 電流
1, 1A, 1B Power distribution circuit 2 Switching control circuit X1, X2, X3 Charging path Y1, Y2, Y3 Discharging path S1, S2, S3 Switching element Q1, Q2 FET (switching element)
BD Body diode T1, T2, T3 Flyback transformer L11, L21, L31 Primary coil L12, L22, L32 Secondary coil C1, C2, C3 Capacitor (smoothing circuit)
D1, D2, D3 Diode A Output line B, B1, B2 Connection line J1, J2, J3, J4, J5, J6 Connection point I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7 Current

Claims (2)

外部負荷に対して複数直列接続された太陽電池のそれぞれの正極端子と負極端子間を個別に連絡する複数の充電路と、
前記それぞれの太陽電池の正極端子と負極端子間を個別に連絡する複数の放電路と、
前後に隣合う前段の太陽電池の充電路と後段の太陽電池の放電路どうし並びに列後端の太陽電池の充電路と列前端の太陽電池の放電路どうし、又は、前後に隣合う前段の太陽電池の放電路と後段の太陽電池の充電路どうし並びに列前端の太陽電池の充電路と列後端の太陽電池の放電路どうしをそれぞれ磁気的に結合する複数のフライバックトランスと、
それぞれの充電路中に、対応するフライバックトランスの1次側コイルと直列に組み込まれたスイッチング素子と、
それぞれの放電路中に、対応するフライバックトランスの2次側コイルと直列に、且つ対応する太陽電池の負極端子側から正極端子側へ電流を通す向きに組み込まれたダイオードと、
前記それぞれのスイッチング素子を周期的にON/OFFするスイッチング制御回路と、
それぞれの太陽電池毎に、対応する充電路と放電路の電流変動を平滑化する少なくとも1つのコンデンサからなる平滑回路を備えたことを特徴とする太陽電池の電力配分回路。
A plurality of charging paths individually connecting between the positive terminal and the negative terminal of each of the solar cells connected in series to an external load;
A plurality of discharge paths individually communicating between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of each of the solar cells;
The front solar cell charging path and the rear solar cell discharge path adjacent to each other, the rear solar cell charging path and the front solar cell discharge path, or the front solar adjacent to the front and rear A plurality of flyback transformers that magnetically couple the discharge path of the battery and the charging path of the solar battery at the rear stage and the charging path of the solar battery at the front end of the line and the discharge path of the solar battery at the rear end of the line;
A switching element incorporated in series with the primary coil of the corresponding flyback transformer in each charging path;
A diode incorporated in each discharge path in series with the secondary coil of the corresponding flyback transformer and in a direction of passing current from the negative terminal side to the positive terminal side of the corresponding solar cell;
A switching control circuit for periodically turning on and off each of the switching elements;
A solar battery power distribution circuit comprising a smoothing circuit comprising at least one capacitor for smoothing current fluctuations in a corresponding charging path and discharging path for each solar battery.
スイッチング制御回路は、各スイッチング素子がON/OFFの周期的な切換動作中に、任意に選択したスイッチング素子のみOFFの状態を保持する機能を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の電力配分回路。   2. The solar cell according to claim 1, wherein the switching control circuit has a function of holding only an arbitrarily selected switching element in an OFF state during a periodic switching operation of each switching element. Power distribution circuit.
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