JP2016201053A - 太陽電池の電力配分回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 日陰等によって発電出力に差が生じた太陽光発電システムの太陽電池間で大きな電力を配分することができ、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改善することができる太陽電池の電力配分回路を提供する。
【解決手段】 発電出力の大きい太陽電池Ｍ１の余剰電力を、周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作を相補的に反復する２つのスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２と、２つのコンデンサＣ１１、Ｃ１２を介してトランスＴの第１の巻線Ｌ１に供給し、前記トランスＴの第２の巻線Ｌ２に誘起される電力を、前記スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２と所定の位相差で、ＯＮ／ＯＦＦ動作を相補的に反復する２つのスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２と２つのコンデンサＣ２１、Ｃ２２を介して、発電出力の小さい太陽電池２の発電出力に加算することにより、システムの電流電圧特性に現れる段差を平滑化する。
【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電力配分回路に関する。

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。

年々、太陽電池の効率化及び大面積化が進んでおり、発電出力の大きい太陽電池が開発されている。このような大容量出力の太陽電池を用いた太陽光発電システムにおいては、個々の太陽電池間で発電出力にバラツキが生じた場合、システム全体で大きな出力低下を起こす可能性がある。このような太陽電池間の発電出力のバラツキは、一部の太陽電池に生じる日陰や経年の出力低下により生じる。

図２１は、２枚の直列接続された太陽電池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ＢＤ１、ＢＤ２が接続されているとともに、太陽電池Ｍ１の正極端子Ｐ１と太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２はそれぞれ、出力電路Ａを介してパワーコンディショナ等の外部負荷に接続されている。

これらの太陽電池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２２に太い実線で表示しているような、最大出力動作点をＰｍとする電流・電圧特性を示す。

ところが、例えば、一方の太陽電池Ｍ２が日陰に入った場合には、太陽電池Ｍ２側の発電出力が低下して図２３に太い実線で表示しているような、階段状の電流電圧特性を示す。同図において、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Ｍ２の発電出力（最大値）を表している。

このような電流・電圧特性において、最大出力動作点Ｐｍ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。

一方、従来においては、特許文献１に記載されているように、個々の太陽電池モジュールに、マイクロイ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提案されている。

このような方式は、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。

しかしながら、ＡＣ太陽電池モジュールは、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り、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、本出願の発明者は、前述したような問題を解消して太陽電池間の発電出力のバラツキによるシステム全体の発電効率の低下を改善するために、特許文献２に記載されている太陽電池の電力配分回路を提案した。

特許文献２に記載されている電力配分回路は、主に、インダクタ、トランジスタやリレー等のスイッチング素子、及び、平滑コンデンサやローパスフィルタを用いた平滑回路からなる、簡単でエネルギ損失の少ない回路で構成されており、直列接続された隣り合う太陽電池間で、発電出力が大きい太陽電池側から発電出力の小さい太陽電池側へ、発電出力の一部を配分することで、太陽光発電システム全体の電流・電圧特性の改善を図っている。

前記電力配分回路を前述した図２１に示すシステムに組み込んだ場合、当該電力配分回路を動作させる前のシステム全体の電流電圧特性を示す曲線は、太陽電池Ｍ２側の発電出力が低下している場合、図２４に破線で示すように、最大出力動作点をＰｍとする階段状となっているが、この電力配分回路を動作させることにより、太陽電池Ｍ１の発電出力の一部（３）’が太陽電池Ｍ２側に配分されて、その発電出力（２）に加算される。

前記領域（３’）の面積は、図２３に示す太陽電池Ｍ１の発電出力の利用できない領域（３）の略半分の面積であり、この面積分の電力が、電力配分回路１を介して太陽電池Ｍ１側から太陽電池Ｍ２側へ配分されることで、システム全体の電流電圧特性は、同図に太い実線で示す最大電力動作点をＰ’ｍとする平滑化された特性に改善されて発電効率が向上する。

特開平１１−３１８０４２号公報 特開２０１４−１０３７６６号公報

前述した特許文献２で提案されている太陽電池の電力配分回路は、回路自体の損失が少なく、回路構成が簡単で小型化できる利点を有しているとともに、万一回路に故障が生じた場合でも太陽光発電システム自体が使用不能に陥ることが無いため、高い信頼性を有している。

しかしながら、近年においては、システムを構成している個々の太陽電池が大容量化してきたため、前述したような従来の電力配分回路では、太陽電池間で配分される電力が不足して十分な効果が得られない可能性がある。

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、日陰等によって発電出力に差が生じた太陽光発電システムの太陽電池間で大きな電力を配分することができ、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改善することが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。

前記目的のために提供される本発明の電力配分回路は、それぞれ、バイパスダイオードが並列に接続されているとともに、外部負荷に対して複数直列接続された太陽電池の、前後に隣合う相互間に設けられる電力配分回路であって、前段の太陽電池の正極端子と導通する、第１の充放電路と、前段の太陽電池の負極端子と導通する、第２の充放電路と、後段の太陽電池の正極端子と導通する、第３の充放電路と、後段の太陽電池の負極端子と導通する、第４の充放電路と、一方の端が第１の充放電路と接続され、他方の端が第２の充放電路と接続された、第１の連絡電路と、一方の端が第１の充放電路と接続され、他方の端が第２の充放電路と接続された、第２の連絡電路と、一方の端が第３の充放電路と接続され、他方の端が第４の充放電路と接続された、第３の連絡電路と、一方の端が第３の充放電路と接続され、他方の端が第４の充放電路と接続された、第４の連絡電路と、第１の連絡電路に、第１の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第１のスイッチング素子と、第１の連絡電路に、第２の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第２のスイッチング素子と、第２の連絡電路に、第１の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第１のコンデンサと、第２の連絡電路に、第２の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第２のコンデンサと、第３の連絡電路に、第３の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第３のスイッチング素子と、第３の連絡電路に、第４の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第４のスイッチング素子と、第４の連絡電路に、第３の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第３のコンデンサと、第４の連絡電路に、第４の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第４のコンデンサと、一方の端が第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間で第１の連絡電路と接続され、他方の端が第１のコンデンサと第２のコンデンサの間で第２の連絡電路と接続された第１の巻線、及び、当該巻線と磁気的に結合されて、一方の端が第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第３の連絡電路と接続され、他方の端が第３のコンデンサと第４のコンデンサの間で第４の連絡電路と接続された第２の巻線を有する、巻線比１：１のトランスと、前段の太陽電池の出力電圧を検出する、第１の電圧センサと、後段の太陽電池の出力電圧を検出する、第２の電圧センサと、前記それぞれのスイッチング素子を共通の周期でＯＮ／ＯＦＦ動作を反復させる、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と第２のスイッチング素子の組と、第３と第４のスイッチング素子の組は、それぞれの組内では各スイッチング素子を互いに逆位相でＯＮ／ＯＦＦ動作させるとともに、第１の電圧センサの検出値が第２の電圧センサの検出値よりも大きい場合には、第１と第２のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、第３と第４のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングよりも所定の位相角δ（ただし、０＜δ＜π）だけ進相させ、第２の電圧センサの検出値が第１の電圧センサの検出値よりも大きい場合には、第３と第４のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、第１と第２のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングよりも、所定の位相角δ（ただし、０＜δ＜π）だけ進相させることを特徴としている。

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、第１の電圧センサと第２の電圧センサの各検出値に基づいて、下式で表されるトランスの第１の巻線と第２の巻線間で受け渡される移動電力Ｐが最大となる位相角δを算定する演算部を備えていることが望ましい。
Ｐ＝（Ｖ１Ｖ２／ωＬｓ）・δ（１−δ／π）

ここで、Ｖ１は、第１の電圧センサによって検出される前段の太陽電池の出力電圧、Ｖ２は、第２の電圧センサによって検出される後段の太陽電池の出力電圧、ωは、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作の角周波数、Ｌｓはトランスの漏れインダクタンスをそれぞれ表す。

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。

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。

そして、特に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、トランス、コンデンサ等から構成されており、構造が簡単であるとともに、DAHB（Dual Active Half- Bridge）型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの原理を応用しているため、発電出力に差が生じている太陽電池の相互間で大きな電力を配分することが可能であり、近年の発電容量の大きい太陽電池に対応することができる。

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その動作を停止させて回路損失による発電効率の低下を防ぐことができる。

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イ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。

請求項２に記載された発明によれば、電力配分回路の一部を構成しているスイッチング制御回路が、太陽電池間で配分される電力が最大になるように各スイッチング素子の動作を制御する機能を有しているため、太陽光発電システム全体の発電効率を可及的に高めることができる。

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Ｍ１、Ｍ２からなる太陽光発電システムの模式図である。 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。 太陽電池Ｍ１の発電出力が、太陽電池Ｍ２の発電出力より大きい場合における、本発明の電力配分回路の動作前と動作中におけるシステムの最大出力動作時の各太陽電池Ｍ１、Ｍ２の出力電圧Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ表す図である。 太陽電池Ｍ１の発電出力が、太陽電池Ｍ２の発電出力より大きい場合における、電力配分回路動作時の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作とトランスに流れる電流変化を示すタイミングチャートである。 図４のＳＴＥＰ１における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図４のＳＴＥＰ２における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図４のＳＴＥＰ３における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図４のＳＴＥＰ４における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図４のＳＴＥＰ５における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図４のＳＴＥＰ６における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 太陽電池Ｍ２の発電出力が、太陽電池Ｍ１の発電出力より大きい場合における、電力配分回路動作時の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作とトランスに流れる電流変化を示すタイミングチャートである。 図１１のＳＴＥＰ１における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図１１のＳＴＥＰ２における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図１１のＳＴＥＰ３における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図１１のＳＴＥＰ４における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図１１のＳＴＥＰ５における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 図１１のＳＴＥＰ６における、本発明の電力配分回路を流れる電流の経路を模式的に説明する図である。 トランスを介して移動する電力Ｐと位相角δの関係を示すグラフである。 スイッチング制御回路の動作を説明するフローチャートである。 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３つの太陽電池Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３からなる太陽光発電システムの模式図である。 ２つの太陽電池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。 両方の太陽電池が日向にある場合の電流電圧特性を示す図である。 一方の太陽電池が日陰に入った場合の電流電圧特性を示す図である。 電力配分回路を組み込んで改善された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。

同図に示すように、太陽電池Ｍ１の正極端子Ｐ１と太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２は、出力電路Ａを介してパワーコンディショナ等の外部負荷と接続されており、また、太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２と太陽電池Ｍ２の正極端子Ｐ１との間は、連結電路Ｂで接続されている。また、これらの太陽電池Ｍ１、Ｍ２の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間にはそれぞれ、バイパスダイオードＢＤ１、ＢＤ２が接続されている。

なお、以下の説明においては、これらの太陽電池Ｍ１、Ｍ２の前後の向きはそれぞれ正極端子Ｐ１側を前側、負極端子Ｐ２側を後側とし、Ｍ１を前段の太陽電池、Ｍ２を後段の太陽電池とする。

本発明の電力配分回路１は、前段の太陽電池Ｍ１の正極端子Ｐ１に、出力電路Ａ上の接続点ｊ１を介して導通する充放電路２（第１の充放電路）と、当該太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２に、連結電路Ｂ上の接続点ｊ２を介して導通する充放電路３（第２の充放電路）を有している。

また、この電力配分回路１は、後段の太陽電池Ｍ２の正極端子Ｐ１に、連結電路Ｂ上の接続点ｊ３を介して導通する充放電路４（第３の充放電路）と、当該太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に、出力電路Ａ上の接続点ｊ４を介して導通する充放電路５（第４の充放電路）を有している。

充放電路２と充放電路３の間は、連絡電路６（第１の連絡電路）と連絡電路７（第２の連絡電路）で連絡されている。また、充放電路４と充放電路５の間は、連絡電路８（第３の連絡電路）と連絡電路９（第４の連絡電路）で連絡されている。

前記連絡電路６には、充放電路２との接続点ｊ５と隣り合って、スイッチング素子Ｓ１１（第１のスイッチング素子）が組み込まれており、充放電路３との接続点ｊ６と隣り合って、スイッチング素子Ｓ１２（第２のスイッチング素子）が組み込まれている。

また、連絡電路７には、充放電路２との接続点ｊ７と隣り合って、コンデンサＣ１１（第１のコンデンサ）が組み込まれており、充放電路３との接続点ｊ８と隣り合って、コンデンサＣ１２（第２のコンデンサ）が組み込まれている。

さらに、連絡電路８には、充放電路４との接続点ｊ９と隣り合って、スイッチング素子Ｓ２１（第３のスイッチング素子）が組み込まれており、充放電路５との接続点ｊ１０と隣り合って、スイッチング素子Ｓ２２（第４のスイッチング素子）が組み込まれている。

また、連絡電路９には、充放電路４との接続点ｊ１１と隣り合って、コンデンサＣ２１（第３のコンデンサ）が組み込まれており、充放電路５との接続点ｊ１２と隣り合って、コンデンサＣ２２（第４のコンデンサ）が組み込まれている。

本実施形態の電力配分回路１においては、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２としてトランジスタ（ＦＥＴ）を用いている。なお、これらのスイッチング素子にはリレーを用いてもよい。

連絡電路６上のスイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２間の接続点ｊ１３と、連絡電路７上のコンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２間の接続点ｊ１４にはそれぞれ、トランスＴの巻線Ｌ１（第１の巻線）の両端が接続されている。

また、連絡電路８上のスイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２間の接続点ｊ１５と、連絡電路９上のコンデンサＣ２１とコンデンサＣ２２間の接続点ｊ１６にはそれぞれ、トランスＴの巻線Ｌ２（第２の巻線）の両端が接続されている。

なお、前記２つの巻線Ｌ１、Ｌ２は、これらの一方がトランスＴの１次側巻線を、他方が２次側巻線を構成するものであり、図１においては作図の都合上、巻線Ｌ１側と巻線Ｌ２側の両方にトランスＴを表示しているが、これらは同じ１つのものを表している。なお、巻線Ｌ１とＬ２の巻線比は１：１としてある。

充放電路２上の、接続点ｊ１と隣り合う接続点ｊ１７と、充放電路３上の、接続点ｊ２と隣り合う接続点ｊ１８間には、前段の太陽電池Ｍ１の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間の電圧を検出する電圧センサＶＳ１（第１の電圧センサ）が接続されている。

また、充放電路４上の、接続点ｊ３と隣り合う接続点ｊ１９と、充放電路５上の、接続点ｊ４と隣り合う接続点ｊ２０間には、後段の太陽電池Ｍ２の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間の電圧を検出する電圧センサＶＳ２（第２の電圧センサ）が組み込まれている。

さらに、充放電路２と充放電路３間には、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２が発生するスイッチングノイズを低減するとともに、これらの充放電路２、３を流れる電流の変動を平滑化するためのローパスフィルタＬＰＦ１が組み込まれている。

また、充放電路４と充放電路５間には、スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２が発生するスイッチングノイズを除去するとともに、これらの充放電路４、５を流れる電流の変動を平滑化するためのローパスフィルタＬＰＦ２が組み込まれている。なお、これらのローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２は、省略しても電力配分回路１の動作は可能であるが、実用上は使用することが望ましい。

また、図１には図示していないが、電力配分回路１は、各スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２のＯＮ／ＯＦＦの切換動作を制御するためのスイッチング制御回路を有している。図２は、前記スイッチング制御回路のブロック図であって、同図に示すように、スイッチング制御回路１０は、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２のＯＮ／ＯＦＦのタイミングの基準となる共通のパルス信号を生成するパルス発振器を有している。

前記パルス発振器が出力するパルス信号は位相制御部に入力される。位相制御部は前記パルス信号から位相差のある２つのパルス信号を生成し、その一方を相補回路ＣＰ１に、他方を相補回路ＣＰ２に伝送する。

相補回路ＣＰ１は、位相制御部から送られたパルス信号に基づいて、ドライバ回路Ｄ１１とドライバ回路Ｄ１２に、互いに逆位相のパルス信号を出力する。ドライバ回路Ｄ１１は、相補回路ＣＰ１から送られたパルス信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ１１を周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作させる。

また、ドライバ回路Ｄ１２は、相補回路ＣＰ１から送られたパルス信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ１２を前記スイッチング素子Ｓ１１と逆位相で周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作させる。

相補回路ＣＰ２は、位相制御部から送られたパルス信号に基づいて、ドライバ回路Ｄ２１とドライバ回路Ｄ２２に、互いに逆位相のパルス信号を出力する。ドライバ回路Ｄ２１は、相補回路ＣＰ２から送られたパルス信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ２１を周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作させる。

また、ドライバ回路Ｄ２２は、相補回路ＣＰ２から送られたパルス信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ２２を前記スイッチング素子Ｓ２１と逆位相で周期的にＯＮ／ＯＦＦ動作させる。

さらに、スイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２の組と、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２の組の間では、ＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングに、位相制御部で制御される位相差だけ時間差が設けられる。

位相制御部で制御される位相差は、演算部が２つの電圧センサＶＳ１、ＶＳ２が検出する電圧値に基づいて算定する。前記演算部はまた、各ドライバ回路Ｄ１１〜Ｄ２２への通電のＯＮ／ＯＦＦ制御も行う。スイッチング制御回路１０の動作の詳細については後述する。

本実施形態のものにおいては、演算部をマイクロコンピュータで構成しており、これに内蔵されているプログラムに従って、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２の動作を制御している。なお、スイッチング制御回路は、全体を１つのマイクロコンピュータによって構成してもよい。

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に示すシステムにおいて、前段の太陽電池Ｍ１の発電出力が、後段の太陽電池Ｍ２の発電出力より大きい場合、同図のように４つのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２が全てＯＦＦ（電力配分回路１が停止して機能していない状態）のときは、このシステムは、図３に実線で示すような、最大出力動作点をＰｍとする階段状の電流電圧特性を示す。

なお、同図において破線で示す曲線は、太陽電池Ｍ１のみの電流電圧特性を表しており、前記最大出力動作点Ｐｍにおいては、太陽電池Ｍ１自体は、前記破線上の点ａで動作しており、Ｖ１ａは太陽電池Ｍ１の出力電圧を表している。また、前記点Ｐｍと点ａと差Ｖ２ａは、太陽電池Ｍ２の出力電圧を表しており、Ｖ１ａ＞Ｖ２ａとなっている。

この状態から電力配分回路１を起動し、前記スイッチング制御回路１０によって図４に示すタイミングで各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの切換動作を周期的に反復させる。なお、同図において、ハッチングを掛けて表示している部分は、スイッチング素子がＯＮの状態を示しており、また横軸は、経過時間ｔに、図２に示すスイッチング制御回路１０中のパルス発振器の角周波数ωを掛けたωｔで表示してある。

図４に示すように、スイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２どうし、ならびに、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２どうしは、それぞれ、ＯＮ／ＯＦＦ動作が逆位相となるように相補的に行われる。

この際、スイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングは、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングよりも位相角δ（ただし、０＜δ＜π）だけ進ませる。

２つのスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作により、太陽電池Ｍ１の出力電流の一部は、図４に実線で表示している、周期的に変化する電流Ｉｔ１に変換されてトランスＴの一方の巻線Ｌ１に流れる。

これに伴い、トランスＴの他方の巻線Ｌ２には、前記巻線Ｌ１を流れる電流と逆向きに、図４に破線で表示している電流Ｉｔ２が誘起され、この電流Ｉｔ２は、太陽電池Ｍ２側の２つのスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作によって直流電流に整流される。

この電流は、充放電路４から接続点ｊ３で連結電路Ｂへ流れるときに、太陽電池Ｍ２の出力電流に加算されて、直列接続された前段の太陽電池Ｍ１へ流れる太陽電池Ｍ２の出力電流の不足分が補充される。一方、外部負荷から太陽電池Ｍ２へ流れる電流の余剰分は、接続点ｊ４で充放電路５側へ迂回する。

なお、図４に示している電流Ｉｔ１と電流Ｉｔ２はそれぞれ、電力配分回路１を起動してから十分時間が経過して定常稼働状態に入った後の状態を示しており、電流Ｉｔ１と電流Ｉｔ２は、時間経過とともに、正逆方向（同図においては上下方向）に対称的に変化する。

以下、定常稼働状態における電力配分回路１の動作を、トランスＴの巻線Ｌ１に流れる電流Ｉｔ１（巻線Ｌ２に流れる電流Ｉｔ２）の変化の１周期の中を、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の６つの区間に分けて詳細に説明する。

図４に示すように、ＳＴＥＰ１は、トランスＴの巻線Ｌ１を流れる電流Ｉｔ１が０アンペアから増加してスイッチング素子Ｓ２１がＯＮに、スイッチング素子Ｓ２２がＯＦＦに切り替わるまでの期間とする。

ＳＴＥＰ２は、前記ＳＴＥＰ１の終了時点からスイッチング素子Ｓ１１がＯＦＦに、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮに切り替わるまでの期間とする。ＳＴＥＰ３は、前記ＳＴＥＰ２の終了時点から電流Ｉｔ１が減少して０アンペアになるまでの期間とする。

ＳＴＥＰ４は、前記ＳＴＥＰ３の終了時点から、スイッチング素子Ｓ２１がＯＦＦに、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮに切り替わるまでの期間とする。ＳＴＥＰ５は、前記ＳＴＥＰ４の終了時点から、スイッチング素子Ｓ１１がＯＮに、スイッチング素子Ｓ１２がＯＦＦに切り替わるまでの期間とする。

ＳＴＥＰ６は、前記ＳＴＥＰ５の終了時点から、逆向きに流れていた電流Ｉｔ１が減少して０アンペアになるまでの期間とする。なお、前記ＳＴＥＰ６以降は、再びＳＴＥＰ１から動作が繰り返される。

図５は、前記ＳＴＥＰ１における電力配分回路１中における電流の流れを模式的に説明する図であって、図中の矢印付の破線は、電力配分回路１に流れる電流を表している。
なお、同図を含む以降の電力配分回路１中の電流の流れを説明する各図においては、電流経路を分かり易くするため、図１中のローパスフィルタＬＰＦ１、ＬＰＦ２と電圧センサＶＳ１、ＶＳ２の図示は省略してある。

また、図中、電力配分回路１に対して充放電路２と充放電路３から出入りする電流をＩａ、充放電路４と充放電路５から出入りする電流をＩｂ、コンデンサＣ１１を流れる電流をＩｃ、コンデンサＣ１２を流れる電流をＩｄ、コンデンサＣ２１を流れる電流をＩｅ、コンデンサＣ２２を流れる電流をＩｆで表記している。さらに、電流Ｉｔ１、Ｉｔ２の流れる向きは、図中の巻線Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ右向きに通過する向きを順方向とする。

ＳＴＥＰ１においては、スイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ２２がＯＮであり、電流Ｉｔ１は、図４に示すように順方向に単調に増加し、電流Ｉｔ２は、逆方向に単調に増加している。また、ＳＴＥＰ１においては、図５に示すように、太陽電池Ｍ１の出力電流の一部が、出力電路Ａ上の接続点ｊ１から充放電路２へ電流Ｉａとして流れる。

前記電流Ｉａは、接続点ｊ７でコンデンサＣ１１が放電する電流Ｉｃと加算されて電流Ｉｔ１となり、トランスＴの巻線Ｌ１に流れる。前記電流Ｉｔ１は、連絡電路７上の接続点ｊ１４で再びコンデンサＣ１１を流れる電流Ｉｃと、コンデンサＣ１２を充電する電流Ｉｄに分流する。前記電流Ｉｄはさらに、接続点ｊ８から充放電路３を電流Ｉａとなって流れ、接続点ｊ２から連結電路Ｂを経由して太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２に戻る。

一方、トランスＴの巻線Ｌ２には、電流Ｉｔ２が誘起される。この電流Ｉｔ２は、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮであるため、接続点ｊ１５から連絡電路８を経由して充放電路５へ流れ、外部負荷側から充放電路５へ流入する電流Ｉｂと、接続点ｊ１２で合流して電流ＩｆとなりコンデンサＣ２２へ流れる。

このとき、コンデンサＣ２２は放電しており、前記電流Ｉｆは連絡電路９上の接続点ｊ１６で、巻線Ｌ２へ戻る電流Ｉｔ２とコンデンサＣ２１へ流れる電流Ｉｅに分流する。なお、このときコンデンサＣ２１も放電している。

前記電流Ｉｅは、コンデンサＣ２１を通過して接続点ｊ１１で充放電路４に電流Ｉｂとして流入する。前記電流Ｉｂは、接続点ｊ３で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算され、連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１側へ流れる。

ＳＴＥＰ２においては、図６に示すように、スイッチング素子Ｓ１１がＯＮであり、太陽電池Ｍ１の出力電流の一部は、電流Ｉａとして接続点ｊ１から充放電路２に流れ、これに接続点ｊ７でコンデンサＣ１１から放電された電流Ｉｃが加算されて、トランスＴの巻線Ｌ１に電流Ｉｔ１として流れる。ここでは、電流Ｉｔ１は、図４に示すように、漸減しながら順方向に流れる。

図６に示すように、巻線Ｌ１を通過した電流Ｉｔ１は、連絡電路７上の接続点ｊ１４で前記コンデンサＣ１１へ流れる電流Ｉｃと、コンデンサＣ１２へ流れる電流Ｉｄに分流する。前記電流Ｉｄは、接続点ｊ８から電流Ｉａとして充放電路３に流れ、さらに接続点ｊ２から連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２に戻る。なお、このときコンデンサＣ１１は放電し、コンデンサＣ１２は充電している。

また、ＳＴＥＰ２においては、スイッチング素子Ｓ２１がＯＮであり、巻線Ｌ２には、電流Ｉｔ２が逆方向に誘起され、漸減しながら流れる。前記電流Ｉｔ２の一部は、充放電路４上の接続点ｊ１１でコンデンサＣ２１へ電流Ｉｅとして分流してこれを充電し、残りの電流Ｉｂは、接続点ｊ３で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算され、連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１側へ流れる。

一方、接続点ｊ４で外部負荷側から充放電路５に流入した電流Ｉｂは、放電するコンデンサＣ２２に電流Ｉｆとして流れ、連絡電路９上の接続点ｊ１６でコンデンサＣ２１を流れる電流Ｉｅと加算されて、巻線Ｌ２へ電流Ｉｔ２として流れる。

ＳＴＥＰ３では、図４及び図７に示すように、スイッチング素子Ｓ１２とスイッチング素子Ｓ２１がＯＮであり、トランスＴの巻線Ｌ１には単調に減少しながら順方向に電流Ｉｔ１が流れ、巻線Ｌ２には単調に減少しながら逆方向に流れる電流Ｉｔ２が誘起される。

太陽電池Ｍ１の出力電流の一部は、接続点ｊ１から充放電路２に電流Ｉａとして流入し、さらにコンデンサＣ１１に電流Ｉｃとして流れてこれを充電する。前記電流Ｉｃは、連絡電路７上の接続点ｊ１４で電流Ｉｔ１と加算されて、コンデンサＣ１２へ電流Ｉｄとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｄはさらに、充放電路３上の接続点ｊ８で巻線Ｌ１へ流れる電流Ｉｔ１と、接続点ｊ２へ向かう電流Ｉａに分流する。前記電流Ｉａは接続点ｊ２から連結電路Ｂを経由して太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２に戻る。

一方、巻線Ｌ２に誘起された電流Ｉｔ２は、充放電路４上の接続点ｊ１１で、電流Ｉｂと電流Ｉｅに分流する。前記電流Ｉｂは、接続点ｊ３で、接続点ｊ３で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算され、連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１側へ流れる。

また、前記電流Ｉｅは、コンデンサＣ２１へ流れてこれを充電し、さらに、連絡電路９上の接続点ｊ１６で前記電流Ｉｆと合流して再び電流Ｉｔ２として巻線Ｌ２へ戻る。一方、外部負荷側から太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２へ向かう電流の一部は、接続点ｊ４から電流Ｉｂとして充放電路５に流れ、接続点ｊ１２から電流ＩｆとなってコンデンサＣ２２に流れる。このとき、コンデンサＣ２２は放電する。

ＳＴＥＰ４では、図４及び図８に示すように、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮであり、巻線Ｌ１には、電流Ｉｔ１が逆方向に単調に増加して流れる。また、太陽電池Ｍ１の出力電流の一部は、接続点ｊ１から充放電路２に電流Ｉａとして流入し、接続点ｊ７からコンデンサＣ１１に電流Ｉｃとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｃはさらに、連絡電路７上の接続点ｊ１４で、コンデンサＣ１２から放電される電流Ｉｄと加算され、電流Ｉｔ１として巻線Ｌ１を流れ、さらに充放電路３上の接続点ｊ８でコンデンサＣ１２へ流れる電流Ｉｄと電流Ｉａに分流し、前記電流Ｉａは、接続点ｊ２から連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２に戻る。

一方、スイッチング素子Ｓ２１がＯＮであり、巻線Ｌ２に誘起される電流Ｉｔ２は、順方向に単調に増加して流れ、連絡電路９上の接続点ｊ１６で、コンデンサＣ２２から放電される電流Ｉｆと加算され、電流ＩｅとしてコンデンサＣ２１を流れる。なお、このとき、コンデンサ２１も放電している。また、前記電流Ｉｆは、接続点ｊ４で外部負荷側から充放電路５に流入する電流Ｉｂに等しい。

前記電流Ｉｅは、充放電路４上の接続点ｊ１１で巻線Ｌ２へ流れる電流Ｉｔ２と、接続点ｊ３に向かう電流Ｉｂに分流する。前記電流Ｉｂは、接続点ｊ３で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算され、連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１側へ流れる。

ＳＴＥＰ５では、図４及び図９に示すように、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮであり、巻線Ｌ１の電流Ｉｔ１は漸減しながら逆方向に流れる。太陽電池Ｍ１の出力電流の一部は、接続点ｊ１から充放電路２に電流Ｉａとして流入し、接続点ｊ７からコンデンサＣ１１に電流Ｉｃとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｃはさらに、連絡電路７上の接続点ｊ１４で、コンデンサＣ１２から放電される電流Ｉｄと加算されて電流Ｉｔ１となって巻線Ｌ１を流れ、さらに充放電路３上の接続点ｊ８でコンデンサＣ１２へ流れる電流Ｉｄと電流Ｉａに分流し、前記電流Ｉａは接続点ｊ２から連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１に戻る。

また、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮであり、巻線Ｌ２に誘起される電流Ｉｔ２は、順方向に漸減しながら流れ、連絡電路９の接続点ｊ１６でコンデンサＣ２１へ流れる電流ＩｅとコンデンサＣ２２へ流れる電流Ｉｆに分流する。前記電流Ｉｆにより、コンデンサＣ２２は充電される。

また、このときコンデンサＣ２１は放電しており、前記電流Ｉｅは、接続点ｊ１１から電流Ｉｂとして充放電路４に流入し、さらに、接続点ｊ３で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算されて、連結電路Ｂを介して太陽電池Ｍ１側へ流れる。一方、充放電路５に接続点ｊ４で外部負荷側から流入する電流Ｉｂと前記電流Ｉｆは接続点ｊ１２で合流し、電流Ｉｔ２となって巻線Ｌ２に流れる。

ＳＴＥＰ６では、図４及び図１０に示すように、スイッチング素子Ｓ１１がＯＮであり、巻線Ｌ１の電流Ｉｔ１は単調に減少しつつ逆方向に流れる。太陽電池Ｍ１の出力電流の一部は、接続点ｊ１から充放電路２に電流Ｉａとして流入し、接続点ｊ７で前記電流Ｉｔ１と合流してコンデンサＣ１１に電流Ｉｃとして流れ、これを充電する。

前記電流Ｉｃはさらに、連絡電路７上の接続点ｊ１４で、巻線Ｌ１へ流れる電流Ｉｔ１とコンデンサＣ１２へ流れる電流Ｉｄに分流し、前記電流ＩｄによりコンデンサＣ１２は充電される。また、電流Ｉｄは接続点ｊ８から電流Ｉａとして充放電路３に流れ、さらに接続点ｊ２から連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２に戻る。

また、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮであり、巻線Ｌ２に誘起される電流Ｉｔ２は、単調に減少しつつ順方向に流れ、連絡電路９の接続点ｊ１６で、コンデンサＣ２１へ流れる電流ＩｅとコンデンサＣ２２へ流れる電流Ｉｆに分流する。

このとき、コンデンサＣ２１は放電しており、前記電流Ｉｅは連絡電路９上の接続点ｊ１１から電流Ｉｂとして充放電路４に流れ、さらに、接続点ｊ３で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算されて、連結電路Ｂを介して太陽電池Ｍ１側へ流れる。一方、充放電路５に接続点ｊ４で外部負荷側から流入する電流Ｉｂと前記電流Ｉｆは、接続点ｊ１２で合流し、電流Ｉｔ２となって巻線Ｌ２に流れる。

以上に説明したように、前段の太陽電池Ｍ１の発電電力が、後段の太陽電池Ｍ２の発電出力より大きい場合においては、電力配分回路１の充放電路４を流れる電流Ｉｂが、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の各期間で太陽電池Ｍ２の出力電流に加算されるため、図３中に一点鎖線で示すように電流電圧特性が平滑化され、最大出力動作点がＰ’ｍに移動してシステムの発電効率が改善される。

次に、図１に示すシステムにおいて、後段の太陽電池Ｍ２の発電電力が、前段の太陽電池Ｍ１の発電出力より大きい場合には、図１１のタイミングチャートに従って、各スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２のＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

同図に示すように、この場合には前述した図４の場合とは逆に、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子２２の組の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、スイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２の組に対して位相角δ（ただし、０＜δ＜π）だけ進ませる。

ここで、前述した図４の場合と同様に、定常稼働状態における電力配分回路１の動作をトランスＴの巻線Ｌ１に流れる電流Ｉｔ１（巻線Ｌ２に流れる電流Ｉｔ２）の変化の１周期の中を、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の６つの区間に分けて説明する。

図１１に示すように、ＳＴＥＰ１はトランスＴの巻線Ｌ２を流れる電流Ｉｔ２が０アンペアから増加してスイッチング素子Ｓ１１がＯＮに、スイッチング素子Ｓ１２がＯＦＦに切り替わるまでの期間とする。

ＳＴＥＰ２は、前記ＳＴＥＰ１の終了時点からスイッチング素子Ｓ２１がＯＦＦに、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮに切り替わるまでの期間とする。ＳＴＥＰ３は、前記ＳＴＥＰ２の終了時点から電流Ｉｔ２が減少して０アンペアになるまでの期間とする。

ＳＴＥＰ４は、前記ＳＴＥＰ３の終了時点から、スイッチング素子Ｓ１１がＯＦＦに、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮに切り替わるまでの期間とする。ＳＴＥＰ５は、前記ＳＴＥＰ４の終了時点から、スイッチング素子Ｓ２１がＯＮに、スイッチング素子Ｓ２２がＯＦＦに切り替わるまでの期間とする。

ＳＴＥＰ６は、前記ＳＴＥＰ５の終了時点から、逆向きに流れていた電流Ｉｔ２が減少して０アンペアになるまでの期間とする。なお、前記ＳＴＥＰ６以降は、再びＳＴＥＰ１から動作が繰り返される。

図１１のＳＴＥＰ１においては、スイッチング素子Ｓ２１がＯＮであり、電流Ｉｔ２は順方向に単調に増加し、電流Ｉｔ１は逆方向に単調に増加する。同図のＳＴＥＰ１では、図１２に示すように、太陽電池Ｍ２の出力電流の一部は、接続点Ｊ３から電流Ｉｂとして充放電路４へ流入する。

前記電流Ｉｂは、接続点ｊ１１でコンデンサＣ２１が放電する電流Ｉｅと加算されて電流Ｉｔ２となり、トランスＴの巻線Ｌ２に流れる。前記電流Ｉｔ２は、連絡電路９上の接続点ｊ１６で再びコンデンサＣ２１を流れる電流Ｉｅと、コンデンサＣ２２を充電する電流Ｉｆに分流する。前記電流Ｉｆはさらに、接続点ｊ１２から充放電路５に電流Ｉｂとして流れ、接続点ｊ４から出力電路Ａを経由して太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に戻る。

一方、トランスＴの巻線Ｌ１には、電流Ｉｔ１が誘起される。この電流Ｉｔ１は、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮであるため、接続点ｊ１３から連絡電路６を経由して充放電路３へ流れ、接続点ｊ２から充放電路５へ流入する電流Ｉａと、接続点ｊ８で合流して電流ＩｄとなりコンデンサＣ１２へ流れる。

このとき、コンデンサＣ１２は放電しており、前記電流Ｉｄは連絡電路７上の接続点ｊ１４で、巻線Ｌ１へ戻る電流Ｉｔ１とコンデンサＣ１１へ流れる電流Ｉｃに分流する。なお、このときコンデンサＣ１１も放電している。

前記電流Ｉｃは、コンデンサＣ１１を通過して接続点ｊ７で充放電路２に電流Ｉａとして流入する。前記電流Ｉａは、接続点ｊ１で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算され、出力電路Ａを通って外部負荷側へ流れる。

ＳＴＥＰ２においては、図１３に示すように、スイッチング素子Ｓ２１がＯＮであり、太陽電池Ｍ２の出力電流の一部は、電流Ｉｂとして接続点ｊ３から充放電路４に流れ、これに接続点ｊ１１でコンデンサＣ２１から放電された電流Ｉｅが加算されて、トランスＴの巻線Ｌ２に電流Ｉｔ２として流れる。ここでは、電流Ｉｔ２は、図１１に示すように、漸減しながら順方向に流れる。

図１３に示すように、巻線Ｌ２を通過した電流Ｉｔ２は、連絡電路９上の接続点ｊ１６で前記コンデンサＣ２１へ流れる電流Ｉｅと、コンデンサＣ２２へ流れる電流Ｉｆに分流する。前記電流Ｉｆは、接続点ｊ１２から電流Ｉｂとして充放電路５に流れ、さらに接続点ｊ４から連結電路Ｂを通って太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に戻る。なお、このときコンデンサＣ２１は放電し、コンデンサＣ２２は充電している。

また、図１１及び図１３に示すように、ＳＴＥＰ２においては、スイッチング素子Ｓ１１がＯＮであり、巻線Ｌ１には、電流Ｉｔ１が逆方向に誘起され、漸減しながら流れる。前記電流Ｉｔ１の一部は、充放電路２上の接続点ｊ７でコンデンサＣ１１へ電流Ｉｃとして分流してこれを充電し、残りの電流Ｉａは、接続点ｊ１で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算され、出力電路Ａを通って外部負荷側へ流れる。

一方、接続点ｊ２で太陽電池Ｍ２側から充放電路３に流入した電流Ｉａは、放電するコンデンサＣ１２に電流Ｉｄとして流れ、連絡電路７上の接続点ｊ１４でコンデンサＣ１１を流れる電流Ｉｃと加算されて、巻線Ｌ１へ電流Ｉｔ１として流れる。

ＳＴＥＰ３では、図１１及び図１４に示すように、スイッチング素子Ｓ２２とスイッチング素子Ｓ１１がＯＮであり、トランスＴの巻線Ｌ２には単調に減少しながら順方向に電流Ｉｔ２が流れ、巻線Ｌ１には単調に減少しながら逆方向に流れる電流Ｉｔ１が誘起される。

太陽電池Ｍ２の出力電流の一部は、接続点ｊ３から充放電路４に電流Ｉｂとして流入し、さらにコンデンサＣ２１に電流Ｉｅとして流れてこれを充電する。前記電流Ｉｅは、連絡電路９上の接続点ｊ１６で電流Ｉｔ２と加算されて、コンデンサＣ２２へ電流Ｉｆとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｆはさらに、充放電路５上の接続点ｊ１２で巻線Ｌ２へ流れる電流Ｉｔ２と、接続点ｊ４へ向かう電流Ｉｂに分流する。前記電流Ｉｂは接続点ｊ４から出力電路Ａを経由して太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に戻る。

一方、巻線Ｌ１に誘起された電流Ｉｔ１は、充放電路２上の接続点ｊ７で、接続点ｊ１に向かう電流ＩａとコンデンサＣ１１へ流れる電流Ｉｃに分流する。この際、コンデンサＣ１１は充電される。前記電流Ｉａは、接続点ｊ１で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算され、出力電路Ａを通って外部負荷側へ流れる。

また、太陽電池Ｍ２側から太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２へ向かう電流の一部は、接続点ｊ２から電流Ｉａとして充放電路３に流れ、接続点ｊ８から電流ＩｄとなってコンデンサＣ１２に流れる。このとき、コンデンサＣ１２は放電する。前記電流ｉｄは、連絡電路７上の接続点ｊ１４で前記電流Ｉｃと合流して再び電流Ｉｔ１となり巻線Ｌ１へ流れる。

ＳＴＥＰ４では、図１１及び図１５に示すように、スイッチング素子２２がＯＮであり、巻線Ｌ１には、電流Ｉｔ２が逆方向に単調に増加して流れる。また太陽電池Ｍ２の出力電流の一部は、接続点ｊ３から充放電路４に電流Ｉｂとして流入し、接続点ｊ１１からコンデンサＣ２１に電流Ｉｅとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｅはさらに、連絡電路９上の接続点ｊ１６で、コンデンサＣ２２から放電される電流Ｉｆと加算され、電流Ｉｔ２となって巻線Ｌ２を流れ、さらに、充放電路５上の接続点ｊ１２でコンデンサＣ２２へ流れる電流Ｉｆと電流Ｉｂに分流し、前記電流Ｉｂは接続点ｊ４から出力電路Ａを通って太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に戻る。

一方、スイッチング素子Ｓ１１がＯＮであり、巻線Ｌ１に誘起される電流Ｉｔ１は順方向に単調に増加して流れ、連絡電路７上の接続点ｊ１４でコンデンサＣ１２から放電される電流Ｉｄと加算されて電流Ｉｃとなり、コンデンサＣ１１を流れる。このときコンデンサＣ１１も放電している。

前記電流Ｉｃは、充放電路２上の接続点ｊ７で巻線Ｌ１へ流れる電流Ｉｔ１と接続点ｊ１に向かう電流Ｉａに分流する。前記電流Ｉａは、接続点ｊ１で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算され、出力電路Ａを通って外部負荷側へ流れる。なお、前記電流Ｉｄは、接続点ｊ２から充放電路３に流入する電流Ｉａに等しい。

ＳＴＥＰ５では、図１１及び図１６に示すように、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮであり、巻線Ｌ２の電流Ｉｔ２は漸減しながら逆方向に流れる。太陽電池Ｍ２の出力電流の一部は、接続点ｊ３から充放電路４に電流Ｉｂとして流入し、接続点ｊ１１からコンデンサＣ２１に電流Ｉｅとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｅはさらに、連絡電路９上の接続点ｊ１６で、コンデンサＣ２２から放電される電流Ｉｆと加算されて電流Ｉｔ２となって巻線Ｌ２を流れ、さらに充放電路５上の接続点ｊ１２でコンデンサＣ２２へ流れる電流Ｉｆと電流Ｉｂに分流し、前記電流Ｉｂは接続点ｊ４から出力電路Ａを通って太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に戻る。

また、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮであり、巻線Ｌ１に誘起される電流Ｉｔ１は、漸減しながら順方向に流れ、連絡電路７の接続点ｊ１４でコンデンサＣ１１へ流れる電流ＩｃとコンデンサＣ１２へ流れる電流Ｉｄに分流する。前記電流ＩｄによりコンデンサＣ１２は充電される。

このとき、コンデンサＣ１１は放電しており、前記電流Ｉｃは連絡電路７上の接続点ｊ７から電流Ｉａとして充放電路２に流入し、さらに、接続点ｊ１で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算されて、出力電路Ａを介して外部負荷側へ流れる。一方、充放電路３に接続点ｊ２で太陽電池Ｍ２側から流入する電流Ｉａと前記電流Ｉｄは、接続点ｊ８で合流し、電流Ｉｔ１となって巻線Ｌ１に流れる。

ＳＴＥＰ６では、図１１及び図１７に示すように、スイッチング素子Ｓ２１がＯＮであり、巻線Ｌ２の電流Ｉｔ２は逆方向に単調に減少する。太陽電池Ｍ２の出力電流の一部は、接続点ｊ３から充放電路４に電流Ｉｂとして流入し、接続点ｊ１１で前記電流Ｉｔ２と合流してコンデンサＣ２１に電流Ｉｅとして流れてこれを充電する。

前記電流Ｉｅはさらに、連絡電路９上の接続点ｊ１６で、巻線Ｌ２へ流れる電流Ｉｔ２とコンデンサＣ２２へ流れる電流Ｉｆに分流し、前記電流ＩｆによりコンデンサＣ２２は充電される。また、電流Ｉｆは接続点ｊ１２から電流Ｉｂとして充放電路５に流れ、さらに接続点ｊ４から出力電路Ａを通って太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２に戻る。

また、スイッチング素子Ｓ１２がＯＮであり、巻線Ｌ１に誘起される電流Ｉｔ１は、順方向に単調に減少して流れ、連絡電路７の接続点ｊ１４でコンデンサＣ１１へ流れる電流ＩｃとコンデンサＣ１２へ流れる電流Ｉｄに分流する。

このとき、コンデンサＣ１１は放電しており、前記電流Ｉｃは連絡電路７上の接続点ｊ７から電流Ｉａとして充放電路２を流れ、さらに、接続点ｊ１で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算されて、出力電路Ａを介して外部負荷側へ流れる。一方、充放電路３に接続点ｊ２で太陽電池Ｍ２側から流入する電流Ｉａと前記電流Ｉｄは、接続点ｊ８で合流し、電流Ｉｔ１となって巻線Ｌ１に流れる。

前述したように、電力配分回路１の充放電路２を流れる電流Ｉａが、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ６の各期間で太陽電池Ｍ１の出力電流に加算されるため、この場合においても、前述した前段の太陽電池Ｍ１の発電出力が後段の太陽電池Ｍ２の発電電力より大きい場合と同様に、電流電圧特性が平滑化されてシステムの発電効率が改善される。

本発明の電力配分回路１は、トランスの両側にハーフブリッジ型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの動作原理を応用して発電出力に差がある太陽電池Ｍ１と太陽電池Ｍ２間で電力配分を行っている。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、図１に示す電力配分回路１における、一対のスイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１２と一対のコンデンサＣ１１、Ｃ１２に対応する、一対のスイッチング素子と一対のコンデンサがトランスの一次側（または二次側）に接続され、一対のスイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２と一対のコンデンサＣ２１、Ｃ２２に対応する、一対のスイッチング素子と一対のコンデンサが前記トランスの二次側（または一次側）に接続されており、入力された直流電力を、入力側の一対のスイッチング素子と一対のコンデンサにより交流電力に変換してトランスの一次側巻線に供給し、その二次側巻線に誘起される交流電力を、出力側の一対のスイッチング素子と一対のコンデンサにより再び直流電力に変換して出力する動作を行っている。

このようなＤＣ−ＤＣコンバータにおいては、トランスを介して入力側から出力側へ移動する電力Ｐは、入力電圧をＶ１、出力電圧をＶ２、スイッチングの角周波数をω、前記トランスの漏れインダクタンスとＬｓとしたとき、下記の式（１）によって与えられる。
Ｐ＝（Ｖ１Ｖ２／ωＬｓ）・δ（１−δ／π） （１）

ここで、δは入力側の一対のスイッチング素子の組と出力側の一対のスイッチング素子の組の間のスイッチング動作のタイミングのずれを表す位相角であって、入力側が出力側に対して位相角δだけ進相している。なお、０＜δ＜πである。

そこで、図１中に示す電力配分回路１においては、電圧センサＶＳ１によって検出される太陽電池Ｍ１の出力電圧をＶ１、電圧センサＶＳ２によって検出される太陽電池Ｍ２の出力電圧をＶ２、トランスＴの漏れインダクタンスをＬｓ、図２に示すスイッチング制御回路１０のパルス発振器が出力するパルス信号の角周波数をωとして、電力配分回路１のトランスＴを介して太陽電池Ｍ１と太陽電池Ｍ２の発電出力の大きい側から小さい側に配分される移動電力Ｐを前記式（１）によって算定する。

図１８は、電力配分回路１における移動電力Ｐと位相角δとの関係を示すグラフであって、同図に示すように、δ＝０、πにおいては移動電力Ｐは０である。Ｖ１とＶ２が一定値であれば、上記（１）式は、δ＝π／２のとき移動電力Ｐが最大値になる。

しかしながら、これらの電圧Ｖ１、Ｖ２は、電力配分回路１が動作させることにより、移動電力Ｐが生じると図３に示すように、システムの最大出力動作点の変化に応じて変化するため、電圧Ｖ１、Ｖ２とも位相角δによって変化する。

そこで、スイッチング制御回路１０の演算部は、電圧センサＶＳ１、ＶＳ２によって定期的にこれらの電圧Ｖ１、Ｖ２を測定して移動電力Ｐが最大値になるように、位相角δを制御する。

図１９は、スイッチング制御回路１０の動作フローを示す図であって、同図に示すように、回路起動時には、図１に示す全てのスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２をＯＦＦにリセットする（Ａ１）。

次いで電圧Ｖ１、Ｖ２を測定して（Ａ２）、両者が等しいか否かを判定し（Ａ３）、等しい場合には２つの太陽電池Ｍ１、Ｍ２は発電出力に差が生じていないので、この場合にはタイマー（Ａ４）を起動させて所定時間の時間待ちをした後、前記（Ａ１）の手順から再実行する。

また、等しくない場合には、次に、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より大きいか否かを判定し（Ａ５）、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より大きい場合には、太陽電池Ｍ１側にあるスイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２の組の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、太陽電池Ｍ２側にあるスイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２の組に対して位相角δ＝π／２だけ進ませる（Ａ６）。

また、電圧Ｖ１が電圧Ｖ２より小さい場合には、太陽電池Ｍ２側にあるスイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２の組の周期的なＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、太陽電池Ｍ１側にあるスイッチング素子Ｓ１１とスイッチング素子Ｓ１２の組に対して位相角δ＝π／２だけ進ませる（Ａ７）。

次に、前記δに微少な角度Δδを加算してこれをδ１とし（Ａ８）、この位相角δ１で電力配分回路１を動作させながら各電圧Ｖ１、Ｖ２を測定する（Ａ９）。次いで、前記位相角δ１と、ここで測定された電圧値Ｖ１、Ｖ２を前記式（１）に代入し、このときの移動電力をＰ１として算定する（Ａ１０）。

次に、前記δから微少な角度Δδを減算してこれをδ２とし（Ａ１１）、この位相角δ２で電力配分回路１を動作させながら各電圧Ｖ１、Ｖ２を測定する（Ａ１２）。次いで、前記位相角δ２と、ここで測定された電圧値Ｖ１、Ｖ２を前記式（１）に代入し、このときの移動電力をＰ２として算定する（Ａ１３）。

次に、前記２つの移動電力Ｐ１、Ｐ２が等しいか否かの判定を行い（Ａ１４）、両者が等しければ、位相角を前記δに設定し（Ａ１５）、タイマー（Ａ４）によって設定された時間スイッチング動作を継続した後、（Ａ１）以降を繰り返し実行する。

また、等しくない場合には次に、移動電力Ｐ１が移動電力Ｐ２より大きいか否かを判定し（Ａ１６）、移動電力Ｐ１が移動電力Ｐ２より大きい場合は、（Ａ１７）で先の手順（Ａ８）で設定したδ１をδとして、再度（Ａ８）以降の手順を実行する。また、Ｐ１がＰ２より小さい場合には、（Ａ１８）で、先の手順（Ａ１１）で設定したδ２をδとして、再度（Ａ８）以降の手順を実行する。

以上に説明したように、本実施形態の電力配分回路１においては、２つの太陽電池Ｍ１、Ｍ２間で、電力配分回路１を介して発電出力の大きい側から小さい側へ配分される移動電力Ｐが常に最大になるように位相角δの値が制御される。

図３に示すように、前記移動電力Ｐが最大になる位相角δで電力配分回路１が稼働している場合の最大出力動作点Ｐ’ｍに対応する太陽電池Ｍ１、Ｍ２の各出力電圧Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂはそれぞれ、当該電力配分回路１を動作させていない場合の最大出力動作点Ｐｍに対応する各出力電圧Ｖ１ａ、Ｖ２ａに対して大きくは変化していない。

従って、位相角δの変化に伴う電圧Ｖ１、Ｖ２の変化は比較的小さく、前述した（１）式で算定される移動電力Ｐの変化は、同式中のδ（１−δ／π）に大きく影響されると考えられ、図１８に示すように移動電力Ｐは、位相角δ＝π／２の近傍で最大となる。

そこで、発電効率は少し低下するが、図１９において、手順（Ａ６）または（Ａ７）を実行した後は、（Ａ８）以降の処理を省略し、そのまま（Ａ４）を経て（Ａ１）から反復するようにしてもよい。

次に、図２０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３つの太陽電池Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３からなる太陽光発電システムの模式図であって、同図に示すように、太陽電池Ｍ１の正極端子Ｐ１と太陽電池Ｍ３の負極端子Ｐ２は、出力電路Ａを介して外部負荷と接続されている。

また、太陽電池Ｍ１の負極端子Ｐ２と太陽電池Ｍ２の正極端子Ｐ１との間と、太陽電池Ｍ２の負極端子Ｐ２と太陽電池Ｍ３の正極端子Ｐ１との間はそれぞれ、連結電路Ｂと連結電路Ｂ’で接続されている。

また、太陽電池Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間にはそれぞれ、バイパスダイオードＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ３が接続されている。このシステムにおいては、前後に隣合う、太陽電池Ｍ１、Ｍ２間と、太陽電池Ｍ２、Ｍ３間にそれぞれ、先に説明した図１の電力配分回路１と同じ回路が組み込まれている。

前述した各実施形態においては、２つの太陽電池Ｍ１、Ｍ２を直列接続したシステムと、３つの太陽電池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、太陽電池が４つ以上直列接続された太陽光発電システムにおいても適用可能である。

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。

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。

１ 電力配分回路
２ 充放電路（第１の充放電路）
３ 充放電路（第２の充放電路）
４ 充放電路（第３の充放電路）
５ 充放電路（第４の充放電路）
６ 連絡電路（第１の連絡電路）
７ 連絡電路（第２の連絡電路）
８ 連絡電路（第３の連絡電路）
９ 連絡電路（第４の連絡電路）
１０ スイッチング制御回路
Ａ 出力電路
Ｂ、Ｂ’ 連結電路
ＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ３ バイパスダイオード
Ｃ１１ コンデンサ（第１のコンデンサ）
Ｃ１２ コンデンサ（第２のコンデンサ）
Ｃ２１ コンデンサ（第３のコンデンサ）
Ｃ２２ コンデンサ（第４のコンデンサ）
Ｊ１〜Ｊ２０ 接続点
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 太陽電池モジュール
Ｔ トランス
Ｌ１ 巻線（第１の巻線）
Ｌ２ 巻線（第２の巻線）
Ｓ１１ スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
Ｓ１２ スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
Ｓ２１ スイッチング素子（第３のスイッチング素子）
Ｓ２２ スイッチング素子（第４のスイッチング素子）
ＶＳ１ 電圧センサ（第１の電圧センサ）
ＶＳ２ 電圧センサ（第２の電圧センサ）
ＬＰＦ１、ＬＰＦ２ ローパスフィルタ

Claims (2)

1. それぞれ、バイパスダイオードが並列に接続されているとともに、外部負荷に対して複数直列接続された太陽電池の、前後に隣合う相互間に設けられる電力配分回路であって、
   前段の太陽電池の正極端子と導通する、第１の充放電路と、
   前段の太陽電池の負極端子と導通する、第２の充放電路と、
   後段の太陽電池の正極端子と導通する、第３の充放電路と、
   後段の太陽電池の負極端子と導通する、第４の充放電路と、
   一方の端が第１の充放電路と接続され、他方の端が第２の充放電路と接続された、第１の連絡電路と、
   一方の端が第１の充放電路と接続され、他方の端が第２の充放電路と接続された、第２の連絡電路と、
   一方の端が第３の充放電路と接続され、他方の端が第４の充放電路と接続された、第３の連絡電路と、
   一方の端が第３の充放電路と接続され、他方の端が第４の充放電路と接続された、第４の連絡電路と、
   第１の連絡電路に、第１の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第１のスイッチング素子と、
   第１の連絡電路に、第２の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第２のスイッチング素子と、
   第２の連絡電路に、第１の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第１のコンデンサと、
   第２の連絡電路に、第２の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第２のコンデンサと、
   第３の連絡電路に、第３の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第３のスイッチング素子と、
   第３の連絡電路に、第４の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第４のスイッチング素子と、
   第４の連絡電路に、第３の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第３のコンデンサと、
   第４の連絡電路に、第４の充放電路との接続点と隣り合って組み込まれた、第４のコンデンサと、
   一方の端が第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間で第１の連絡電路と接続され、他方の端が第１のコンデンサと第２のコンデンサの間で第２の連絡電路と接続された第１の巻線、及び、当該巻線と磁気的に結合されて、一方の端が第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第３の連絡電路と接続され、他方の端が第３のコンデンサと第４のコンデンサの間で第４の連絡電路と接続された第２の巻線を有する、巻線比１：１のトランスと、
   前段の太陽電池の出力電圧を検出する、第１の電圧センサと、
   後段の太陽電池の出力電圧を検出する、第２の電圧センサと、
   前記それぞれのスイッチング素子を共通の周期でＯＮ／ＯＦＦ動作を反復させる、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と第２のスイッチング素子の組と、第３と第４のスイッチング素子の組は、それぞれの組内では各スイッチング素子を互いに逆位相でＯＮ／ＯＦＦ動作させるとともに、
   第１の電圧センサの検出値が第２の電圧センサの検出値よりも大きい場合には、第１と第２のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、第３と第４のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングよりも所定の位相角δ（ただし、０＜δ＜π）だけ進相させ、
   第２の電圧センサの検出値が第１の電圧センサの検出値よりも大きい場合には、第３と第４のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングを、第１と第２のスイッチング素子の組のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングよりも、所定の位相角δ（ただし、０＜δ＜π）だけ進相させることを特徴とする太陽電池の電力配分回路。
2. スイッチング制御回路は、第１の電圧センサと第２の電圧センサの各検出値に基づいて、下式で表されるトランスの第１の巻線と第２の巻線間で受け渡される移動電力Ｐが最大となる位相角δを算定する演算部を備えていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の電力配分回路。
   Ｐ＝（Ｖ１Ｖ２／ωＬｓ）・δ（１−δ／π）
   ここで、Ｖ１は、第１の電圧センサによって検出される前段の太陽電池の出力電圧、Ｖ２は、第２の電圧センサによって検出される後段の太陽電池の出力電圧、ωは、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作の角周波数、Ｌｓはトランスの漏れインダクタンスをそれぞれ表す。

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