JP2020077129A - 電力変換装置、発電システムおよび発電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電モジュールにより発電可能な電力量が少ない場合にも効率良く電力を出力させる。【解決手段】電力変換装置は、直流電力を発電する発電モジュールから発生された入力電圧が印加され、入力電圧を電力変換した出力電圧を出力し、電力変換せずに入力電圧を出力電圧として出力することも可能なチョッパ型の昇降圧回路と発電モジュールにより発電される直流電力を最大とするように昇降圧回路の電力変換を制御する最大電力点追従処理を実行するスイッチング制御部と、モード制御部と、を備え、モード制御部は、発電モジュールから出力される入力電流が予め設定された電流閾値より大きい場合、スイッチング制御部に最大電力点追従処理を実行させ、入力電流が電流閾値以下の場合、スイッチング制御部による最大電力点追従処理を停止させて、昇降圧回路に入力電圧を電力変換せずに出力電圧として出力させる。【選択図】図４

Description

本発明は、電力変換装置、発電システムおよび発電制御方法に関する。

太陽電池パネルを用いて発電をする太陽光発電システムが知られている。太陽電池パネルは、発生電圧に対する発生電力を表す特性カーブにピーク点を有する。従って、太陽光発電システムでは、太陽電池パネルを最大電力点（ピーク点）で動作させるように電力変換を制御する。このような制御のことを、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御という。

ＭＰＰＴ制御を実現する方法として、個々の太陽電池パネルに電力変換装置を取り付ける方法が知られている。この方法においては、個々の太陽電池パネルに取り付けられる電力変換装置が、対象の太陽電池パネルにより発電された電力に基づき駆動される。これにより、電力変換装置は、外部から電力を受け取らずに動作することができる。

特開２０１５−２０７２３８号公報 特許第６２１５２２４号公報

ところで、太陽電池パネルにより発電可能な電力量は、時刻または天候等により大きく変動する。このため、例えば、朝、夕方または曇天等で発電可能な電力量が非常に小さい場合、太陽電池パネルは、ＭＰＰＴ制御によって増加する電力量よりも、電力変換装置により消費する電力量が大きくなってしまう。従って、このような場合、電力変換装置は、太陽電池パネルにより発電された電力を効率良く出力することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発電モジュールにより発電可能な電力量が少ない場合にも効率良く電力を出力させることができる電力変換装置、発電システムおよび発電制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力変換装置は、直流電力を発電する発電モジュールから発生された入力電圧が印加され、前記入力電圧を電力変換した出力電圧を出力し、電力変換せずに前記入力電圧を前記出力電圧として出力することも可能なチョッパ型の昇降圧回路と、前記発電モジュールにより発電される前記直流電力を最大とするように前記昇降圧回路の電力変換を制御する最大電力点追従処理を実行するスイッチング制御部と、モード制御部と、を備え、前記モード制御部は、前記発電モジュールから出力される入力電流が予め設定された電流閾値より大きい場合、前記スイッチング制御部に前記最大電力点追従処理を実行させ、前記入力電流が前記電流閾値以下の場合、前記スイッチング制御部による前記最大電力点追従処理を停止させて、前記昇降圧回路に電力変換させずに、前記昇降圧回路に前記入力電圧を前記出力電圧として出力させる。

本発明によれば、発電モジュールにより発電可能な電力量が少ない場合にも効率良く電力を出力させることができる。

図１は、発電システムの構成を示す図である。 図２は、電力変換装置を取り付けない場合と取り付けた場合の発電効率を示す図である。 図３は、電力変換装置の構成を示す図である。 図４は、第１実施形態に係るコントローラの機能構成を示す図である。 図５は、停止モードにおける昇降圧回路に含まれるスイッチの状態を示す図である。 図６は、パススルーモードにおける昇降圧回路に含まれるスイッチの状態を示す図である。 図７は、追従モードの降圧時における昇降圧回路に含まれるスイッチの状態を示す図である。 図８は、追従モードの降圧時における第１スイッチング信号の波形を示す図である。 図９は、追従モードの昇圧時における昇降圧回路に含まれるスイッチの状態を示す図である。 図１０は、追従モードの昇圧時における第３スイッチング信号の波形を示す図である。 図１１は、山登り法における入力電圧の変化を説明するための図である。 図１２は、山登り法の処理内容を示すフローチャートである。 図１３は、第１実施形態に係る電力変換装置の動作モードを示す図である。 図１４は、第１実施形態における動作モードの遷移を示す状態遷移図である。 図１５は、第２実施形態に係るコントローラの機能構成を示す図である。 図１６は、第２実施形態における動作モードの遷移を示す状態遷移図である。 図１７は、第２実施形態の変形例における動作モードの遷移を示す状態遷移図である。 図１８は、第３実施形態におけるスキャン時の入力電圧の変化を説明するための図である。 図１９は、太陽電池パネルから出力される入力電圧の電圧値を所定の範囲で変動させる場合の昇降圧回路に含まれるスイッチの状態を示す図である。 図２０は、第３実施形態に係るスイッチング制御部の処理の流れを示すフローチャートである。 図２１は、図２０の手順で処理をした場合の入力電圧および入力電流の変化を示す図である。 図２２は、第４実施形態に係るコントローラの機能構成を示す図である。 図２３は、第４実施形態に係るスイッチング制御部の状態の遷移を示す状態遷移図である。 図２４は、効率変化イベントが発生した場合の、発生電圧に対する発生電力を表す特性カーブの変化例を示す図である。

以下、複数の実施形態について説明する。なお、複数の実施形態において共通する構成要素については、同一の符号を付ける。また、複数の実施形態において共通する構成は、初出の実施形態において詳細を説明し、以後の実施形態においては相違点を除き詳細な説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る発電システム１０を示す図である。発電システム１０は、複数の太陽電池パネル２０と、接続装置２２と、パワーコンディショナ２４と、１または複数の電力変換装置３０とを備える。

太陽電池パネル２０は、太陽光を受光して、受光した太陽光を電気エネルギーに変換する。そして、太陽電池パネル２０は、直流電力を発電する。

太陽電池パネル２０は、複数のクラスタを含む。太陽電池パネル２０は、例えば２個または３個のクラスタを含む。クラスタは、直列に接続された複数の太陽電池セル（発電セル）を含む。太陽電池パネル２０に含まれる複数のクラスタは、直列に接続されている。太陽電池パネル２０は、含まれる全てのクラスタが正常に太陽光を受光して発電をしている場合には、１００％の効率で発電をする（通常効率状態）。しかし、太陽電池パネル２０は、一部のクラスタに影がかかったり一部のクラスタが故障したりした場合、一部に影がかかったまたは故障したクラスタに並列に接続されたバイパスダイオードがオンとなり、電流がバイパスダイオードにバイパスされる。この結果、一部のクラスタに影がかかったり一部のクラスタが故障したりした場合、太陽電池パネル２０は、１００％より小さい効率で発電をする（低効率状態）。

発電システム１０は、１または複数のストリングを含む。１つのストリングは、複数個の太陽電池パネル２０を含む。１つのストリング内に含まれる複数個の太陽電池パネル２０は、直列に接続される。

接続装置２２は、複数のストリングから出力された直流電力を並列に接続して、パワーコンディショナ２４に供給する。接続装置２２は、あるストリングから他のストリングへの電流の逆流を防止する。また、逆流防止のために、各ストリングには、正側電圧を発生する末端に順方向接続されたダイオードが接続される。

パワーコンディショナ２４は、接続装置２２から供給された直流電力を所定の周波数の交流電力に変換する。パワーコンディショナ２４は、発生した交流電力を送電線等を介して外部に出力する。また、パワーコンディショナ２４は、連系された系統を保護する。

さらに、パワーコンディショナ２４は、複数の太陽電池パネル２０の全体に対して最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御を実行する。太陽電池パネル２０は、発生電圧に対する発生電力を表す特性カーブにピーク点（極大点）を有する。パワーコンディショナ２４は、最大電力点追従制御を実行することにより、複数の太陽電池パネル２０を最大動作点で動作させることができる。

また、複数の太陽電池パネル２０の全てまたは一部には、電力変換装置３０が取り付けられている。電力変換装置３０は、太陽電池パネル２０から出力された直流電力を直流電力に電力変換をする（直流−直流変換）。電力変換装置３０が取り付けられた太陽電池パネル２０は、電力変換装置３０の出力端が他の太陽電池パネル２０と直列に接続される。

なお、図１には、複数の太陽電池パネル２０の全てに電力変換装置３０が取り付けられた例を示している。しかし、発電システム１０は、電力変換装置３０が取り付けられていない太陽電池パネル２０を備えてもよい。

また、本実施形態に係る発電システム１０は、複数の太陽電池パネル２０に代えて、発生電圧に対する発生電力を表す特性カーブにピーク点を有する他の発電モジュールを用いてもよい。例えば、発電モジュールは、風力発電機また燃料電池等であってもよい。

図２は、電力変換装置３０を取り付けない場合と取り付けた場合の発電効率を示す図である。電力変換装置３０は、取り付けられた太陽電池パネル２０（電力変換対象の太陽電池パネル２０）を最大電力点で動作させるように、最大電力点追従制御を実行する。

例えば、何れの太陽電池パネル２０にも電力変換装置３０を取り付けない場合、１つの太陽電池パネル２０の発電効率の低下に応じて、そのストリングに含まれる他の太陽電池パネル２０は、発電効率が低下してしまう。

しかしながら、電力変換装置３０が取り付けられた太陽電池パネル２０の発電効率が低下しても、その電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が発生する電圧を昇圧または降圧してストリングに供給し、対象の太陽電池パネル２０を最大電力点で動作させる。従って、そのストリングに含まれる他の太陽電池パネル２０は、最大電力点で動作することができる。このように電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０の発電効率が低下したとしても、そのストリングに含まれる他の太陽電池パネル２０の発電効率の低下を最小限に抑えることができる。

図３は、電力変換装置３０の構成を示す図である。電力変換装置３０は、正側入力端子４２と、負側入力端子４４と、正側出力端子４６と、負側出力端子４８と、昇降圧回路５０と、電流計５２と、入力側電圧計５４と、出力側電圧計５６と、コントローラ６０と、電源６２とを有する。

正側入力端子４２および負側入力端子４４は、対象の太陽電池パネル２０から発生された入力電圧が印加される。正側入力端子４２は、対象の太陽電池パネル２０の正側端子に接続される。負側入力端子４４は、対象の太陽電池パネル２０の負側端子に接続される。

正側出力端子４６は、同一のストリングに含まれるプラス側に隣接する他の太陽電池パネル２０の負側端子、または、隣接する他の太陽電池パネル２０に取り付けられた電力変換装置３０の負側出力端子４８に接続される。なお、対象の太陽電池パネル２０がストリング内におけるプラス側の端部に配置されている場合には、正側出力端子４６は、接続装置２２に接続される。

負側出力端子４８は、同一のストリングに含まれるマイナス側に隣接する他の太陽電池パネル２０の正側端子、または、マイナス側に隣接する他の太陽電池パネル２０に取り付けられた電力変換装置３０の正側出力端子４６に接続される。なお、対象の太陽電池パネル２０がストリング内におけるマイナス側の端部に配置されている場合には、負側出力端子４８は、接続装置２２に接続される。

電流計５２は、対象の太陽電池パネル２０から出力される電流（入力電流Ｉ_ＩＮ）の電流値を測定する。本実施形態においては、電流計５２は、正側入力端子４２から正側出力端子４６へと流れる電流を測定する。例えば、電流計５２は、正側入力端子４２と正側出力端子４６との間の経路中に挿入された微小抵抗値の電流測定用抵抗と、電流測定用抵抗に発生する電圧を増幅する増幅器とを含む。このような電流計５２は、対象の太陽電池パネル２０から出力される電流（入力電流Ｉ_ＩＮ）に比例した電圧値の電圧をコントローラ６０に出力する。

入力側電圧計５４は、対象の太陽電池パネル２０から発生する電圧（入力電圧Ｖ_ＩＮ）の電圧値を測定する。本実施形態においては、入力側電圧計５４は、正側入力端子４２と負側入力端子４４との間の電圧を測定する。例えば、入力側電圧計５４は、正側入力端子４２と負側入力端子４４との間に設けられた大きな抵抗値の入力電圧検出用抵抗と、入力電圧検出用抵抗に発生する電圧を増幅する増幅器とを含む。このような入力側電圧計５４は、対象の太陽電池パネル２０から発生する電圧（入力電圧Ｖ_ＩＮ）に比例した電圧値の電圧をコントローラ６０に出力する。

出力側電圧計５６は、昇降圧回路５０から出力される電圧（出力電圧Ｖ_ＯＵＴ）の電圧値を測定する。本実施形態においては、出力側電圧計５６は、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間の電圧を測定する。例えば、出力側電圧計５６は、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間に設けられた大きな抵抗値の出力電圧検出用抵抗と、出力電圧検出用抵抗に発生する電圧を増幅する増幅器とを含む。このような出力側電圧計５６は、昇降圧回路５０から出力される電圧（出力電圧Ｖ_ＯＵＴ）に比例した電圧値の電圧をコントローラ６０に出力する。

昇降圧回路５０は、対象の太陽電池パネル２０から発生された直流電力の入力電圧Ｖ_ＩＮが印加される。昇降圧回路５０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを電力変換した直流電力の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力する。昇降圧回路５０は、Ｈブリッジのチョッパ型である。昇降圧回路５０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを降圧した出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力することも（Ｖ_ＩＮ＞Ｖ_ＯＵＴ）、入力電圧Ｖ_ＩＮを昇圧した出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力することも（Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_ＯＵＴ）可能である。さらに、昇降圧回路５０は、電力変換せずに、入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力することも可能である（Ｖ_ＩＮ＝Ｖ_ＯＵＴ）。

本実施形態において、昇降圧回路５０は、インダクタ７０と、第１スイッチ７２と、第２スイッチ７４と、第３スイッチ７６と、第４スイッチ７８と、キャパシタ８０とを含む。

第１スイッチ７２は、コントローラ６０の制御に応じて、正側入力端子４２とインダクタ７０の第１端子７０−１との間をスイッチング（オンオフ）する。第２スイッチ７４は、コントローラ６０の制御に応じて、負側入力端子４４とインダクタ７０の第１端子７０−１との間をスイッチング（オンオフ）する。第３スイッチ７６は、コントローラ６０の制御に応じて、インダクタ７０の第２端子７０−２と正側出力端子４６との間をスイッチング（オンオフ）する。第４スイッチ７８は、コントローラ６０の制御に応じて、インダクタ７０の第２端子７０−２と負側出力端子４８との間をスイッチング（オンオフ）する。キャパシタ８０は、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間に接続される。

第１スイッチ７２は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。この場合、第１スイッチ７２は、ドレインが正側入力端子４２に接続され、ソースがインダクタ７０の第１端子７０−１に接続され、ゲートにコントローラ６０からの第１スイッチング信号Ｓ_１が与えられる。

第２スイッチ７４は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。この場合、第２スイッチ７４は、ドレインがインダクタ７０の第１端子７０−１に接続され、ソースが負側入力端子４４に接続され、ゲートにコントローラ６０からの第２スイッチング信号Ｓ_２が与えられる。

第３スイッチ７６は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。この場合、第３スイッチ７６は、ソースがインダクタ７０の第２端子７０−２に接続され、ドレインが正側出力端子４６に接続され、ゲートにコントローラ６０からの第３スイッチング信号Ｓ_３が与えられる。

第４スイッチ７８は、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。この場合、第４スイッチ７８は、ドレインがインダクタ７０の第２端子７０−２に接続され、ソースが負側出力端子４８に接続され、ゲートにコントローラ６０からの第４スイッチング信号Ｓ_４が与えられる。

コントローラ６０は、マイクロコンピュータ等であって、昇降圧回路５０の動作を制御する。電源６２は、正側入力端子４２および負側入力端子４４を介して、対象の太陽電池パネル２０から直流電力を受け取り、電圧を安定化させて出力する。電源６２は、安定化させた直流電圧をコントローラ６０に与える。これにより、コントローラ６０は、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力により駆動される。

本実施形態において、コントローラ６０は、ＣＰＵ８２（Central Processing Unit）、ＲＯＭ８４（Read Only Memory）と、ＲＡＭ８６（Random Access Memory）と、ＡＤＣ８８（Analog to Digital Converter）と、Ｉ／Ｆ回路９０とを含む。各部は、バスにより接続される。

ＣＰＵ８２は、ＲＡＭ８６の所定領域を作業領域としてＲＯＭ８４に予め記憶された各種プログラムとの協働により各種処理を実行し、コントローラ６０を構成する各部の動作を統括的に制御する。また、ＣＰＵ８２は、ＲＯＭ８４に予め記憶されたプログラムとの協働によりＡＤＣ８８およびＩ／Ｆ回路９０等を動作させる。

ＲＯＭ８４は、コントローラ６０の制御に用いられるプログラムおよび各種設定情報等を書き換え不可能に記憶する。ＲＡＭ８６は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶媒体である。ＲＡＭ８６は、ＣＰＵ８２の作業領域として機能する。

ＡＤＣ８８は、電流計５２、入力側電圧計５４および出力側電圧計５６から出力された電圧をデジタル値に変換する。これにより、ＣＰＵ８２は、入力電流Ｉ_ＩＮの電流値、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値および出力電圧Ｖ_ＯＵＴの電圧値を取得することができる。

Ｉ／Ｆ回路９０は、ＣＰＵ８２の制御に応じて、第１スイッチング信号Ｓ_１、第２スイッチング信号Ｓ_２、第３スイッチング信号Ｓ_３および第４スイッチング信号Ｓ_４を出力する。これにより、昇降圧回路５０は、コントローラ６０の制御に応じて動作をすることができる。

図４は、第１実施形態に係るコントローラ６０の機能構成を示す図である。コントローラ６０は、ＲＯＭ８４に記憶されたプログラムをＣＰＵ８２が実行することにより、図４に示すような構成で機能する。

すなわち、コントローラ６０は、電流値取得部１０２と、電圧値取得部１０４と、電力算出部１０６と、スイッチ駆動部１０８と、スイッチング制御部１１０と、モード制御部１１２とを有する。

電流値取得部１０２は、電流計５２により測定された対象の太陽電池パネル２０から出力される入力電流Ｉ_ＩＮの電流値を取得する。電圧値取得部１０４は、入力側電圧計５４により測定された対象の太陽電池パネル２０から発生する入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を取得する。さらに、電圧値取得部１０４は、出力側電圧計５６により測定された昇降圧回路５０から出力される出力電圧Ｖ_ＯＵＴの電圧値を取得する。電流値取得部１０２および電圧値取得部１０４は、ＡＤＣ８８およびＣＰＵ８２により実現される。

電力算出部１０６は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値および入力電流Ｉ_ＩＮの電流値に基づき、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力を算出する。電力算出部１０６は、ＣＰＵ８２により実現される。

スイッチ駆動部１０８は、第１スイッチング信号Ｓ_１、第２スイッチング信号Ｓ_２、第３スイッチング信号Ｓ_３および第４スイッチング信号Ｓ_４を出力して、第１スイッチ７２、第２スイッチ７４、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８を駆動する。スイッチ駆動部１０８は、Ｉ／Ｆ回路９０およびＣＰＵ８２により実現される。

さらに、スイッチ駆動部１０８は、モード制御部１１２からの動作モードを指定する指示に応じて、第１スイッチ７２、第２スイッチ７４、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８をオンまたはオフさせる。

スイッチ駆動部１０８は、動作モードを追従モードとする指示を受けた場合、スイッチング制御部１１０からの制御に応じて、第１スイッチ７２、第２スイッチ７４、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８をスイッチングする。これにより、スイッチ駆動部１０８は、動作モードを追従モードとする指示を受けた場合、昇降圧回路５０に入力電圧Ｖ_ＩＮを降圧または昇圧した出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力させることができる。

スイッチ駆動部１０８は、動作モードを停止モードとする指示を受けた場合、第１スイッチ７２、第２スイッチ７４、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８をオフにする。これにより、スイッチ駆動部１０８は、停止モードとする指示を受けた場合、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間をオープン状態にして、昇降圧回路５０からの出力電圧Ｖ_ＯＵＴの出力を停止させることができる。

スイッチ駆動部１０８は、動作モードをパススルーモードとする指示を受けた場合、第１スイッチ７２および第３スイッチ７６をオンとし、第２スイッチ７４および第４スイッチ７８をオフとする。これにより、スイッチ駆動部１０８は、パススルーモードとする指示を受けた場合、正側入力端子４２と正側出力端子４６との間を直流的に接続し、且つ、負側入力端子４４と負側出力端子４８との間を直流的に接続し、昇降圧回路５０に電力変換をさせずに、昇降圧回路５０に入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力させることができる。

スイッチング制御部１１０は、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力を最大とするように昇降圧回路５０の電力変換を制御する最大電力点追従処理を実行する。スイッチング制御部１１０は、ＣＰＵ８２により実現される。

最大電力点追従処理において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値に対する出力電圧Ｖ_ＯＵＴの電圧値の比率の目標を表す目標変換比率を取得する。そして、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値と出力電圧Ｖ_ＯＵＴの電圧値との比率が目標変換比率となるように、第１スイッチ７２、第２スイッチ７４、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８をスイッチング制御する。

最大電力点追従処理において、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率に応じて、昇降圧回路５０に降圧動作をさせるか、昇圧動作をさせるかを切り替える。例えば、目標変換比率が百分率で表されているとする。この場合、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率が１００％より小さければ、昇降圧回路５０に降圧動作をさせ、目標変換比率が１００％より大きければ、昇降圧回路５０に昇圧動作をさせる。

例えば、スイッチング制御部１１０は、最大電力点追従処理として、山登り法を実行する。また、例えば、スイッチング制御部１１０は、最大電力点追従処理として、スキャン法をしてもよい。

モード制御部１１２は、入力電圧Ｖ_ＩＮおよび入力電流Ｉ_ＩＮに基づいて、電力変換装置３０の動作モードを制御する。モード制御部１１２は、ＣＰＵ８２により実現される。

より具体的には、モード制御部１１２は、対象の太陽電池パネル２０から出力される入力電流Ｉ_ＩＮが予め設定された電流閾値Ｉ_Ｔより大きい場合、追従モードとする。追従モードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチング制御部１１０に最大電力点追従処理を実行させる。

また、モード制御部１１２は、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔ以下の場合、パススルーモードとする。パススルーモードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチング制御部１１０による最大電力点追従処理を停止させる。そして、パススルーモードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチ駆動部１０８に指示を与えて、昇降圧回路５０に電力変換をさせずに、昇降圧回路５０に入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力させる。

また、モード制御部１１２は、入力電圧Ｖ_ＩＮが予め設定された電圧閾値Ｖ_Ｔ以下の場合、入力電流Ｉ_ＩＮに関わらず、停止モードとする。停止モードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチング制御部１１０による最大電力点追従処理を停止させる。そして、停止モードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチ駆動部１０８に指示を与えて、昇降圧回路５０からの出力電圧Ｖ_ＯＵＴの出力を停止させる。

図５は、停止モードにおける昇降圧回路５０に含まれるスイッチの状態を示す図である。スイッチ駆動部１０８は、モード制御部１１２から停止モードとする指示を受けた場合、第１スイッチ７２をオフとし、第２スイッチ７４をオフとし、第３スイッチ７６をオフとし、第４スイッチ７８をオフとする。

これにより、スイッチ駆動部１０８は、停止モードにおいて、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間をオープン状態にすることができる。また、スイッチ駆動部１０８は、停止モードにおいて、対象の太陽電池パネル２０とインダクタ７０との間をオープン状態にすることができる。これにより、スイッチ駆動部１０８は、昇降圧回路５０による電力変換を停止させ、昇降圧回路５０に出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力させないようにすることができる。

図６は、パススルーモードにおける昇降圧回路５０に含まれるスイッチの状態を示す図である。スイッチ駆動部１０８は、モード制御部１１２からパススルーモードとする指示を受けた場合、第１スイッチ７２をオンとし、第２スイッチ７４をオフとし、第３スイッチ７６をオンとし、第４スイッチ７８をオフとする。

インダクタ７０は、直流的には、抵抗値が０の配線に等しい。従って、パススルーモードにおいて、スイッチ駆動部１０８は、正側入力端子４２と正側出力端子４６との間を接続し、負側入力端子４４と負側出力端子４８との間を接続することができる。これにより、パススルーモードにおいて、スイッチ駆動部１０８は、昇降圧回路５０に電力変換をさせずに、昇降圧回路５０に入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力させることができる。

図７は、追従モードの降圧時における昇降圧回路５０に含まれるスイッチの状態を示す図である。

追従モードにおいて、スイッチング制御部１１０は、降圧時（百分率で表された目標変換比率が１００％より小さい場合）と、昇圧時（百分率で表された目標変換比率が１００％より大きい場合）とで、昇降圧回路５０のスイッチング方法を変える。

追従モードの降圧時において、スイッチング制御部１１０は、図７に示すようなスイッチングをする。すなわち、スイッチング制御部１１０は、第３スイッチ７６をオンおよび第４スイッチ７８をオフとして固定する。さらに、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２および第２スイッチ７４を所定のスイッチング周期で相補的にスイッチングさせる。第１スイッチ７２および第２スイッチ７４を相補的にスイッチングさせるとは、第１スイッチ７２がオンの場合、第２スイッチ７４がオフとなり、第１スイッチ７２がオフの場合、第２スイッチ７４がオンとなるようにスイッチングさせることである。

図８は、追従モードの降圧時における第１スイッチング信号Ｓ_１を示す図である。追従モードの降圧時において（目標変換比率が１００％より小さい場合において）、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２のオン期間を、目標変換比率が大きい程、長くする。

例えば、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率が１００％より小さい場合、スイッチング周期に対する第１スイッチ７２のオン期間を目標変換比率に応じた割合とするように、第１スイッチ７２および第２スイッチ７４を相補的にスイッチングさせる。より具体的には、所定のスイッチング周期をＴとし、百分率で表された目標変換比率をＲとしたとする。この場合、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２のオン期間（Ｔ_１ＯＮ）および第１スイッチ７２のオフ期間（Ｔ_１ＯＦＦ）を下記のような値とする。
Ｔ_１ＯＮ＝Ｔ×Ｒ／１００
Ｔ_１ＯＦＦ＝Ｔ−Ｔ_１ＯＮ

これにより、スイッチング制御部１１０は、降圧時において、昇降圧回路５０から、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値に目標変換比率を乗じた電圧値の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力させることができる。

図９は、昇圧時における昇降圧回路５０に含まれるスイッチの状態を示す図である。追従モードの昇圧時において、スイッチング制御部１１０は、図９に示すようなスイッチングをする。

すなわち、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２をオンおよび第２スイッチ７４をオフとして固定する。さらに、スイッチング制御部１１０は、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８を所定のスイッチング周期で相補的にスイッチングさせる。第３スイッチ７６および第４スイッチ７８を相補的にスイッチングさせるとは、第３スイッチ７６がオンの場合、第４スイッチ７８がオフとなり、第３スイッチ７６がオフの場合、第４スイッチ７８がオンとなるようにスイッチングさせることである。

図１０は、昇圧時における第３スイッチング信号Ｓ_３を示す図である。追従モードの昇圧時において（目標変換比率が１００％より大きい場合において）、スイッチング制御部１１０は、第３スイッチ７６のオン期間を、目標変換比率が大きい程、長くする。

例えば、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率が１００％より大きい場合、スイッチング周期に対する第３スイッチ７６のオン期間を、目標変換比率から１００％を減じた値を目標変換比率で除算した値に応じた割合とするように、第３スイッチ７６および第４スイッチ７８を相補的にスイッチングさせる。より具体的には、例えば、所定のスイッチング周期をＴとし、百分率で表された目標変換比率をＲとしたとする。この場合、スイッチング制御部１１０は、第３スイッチ７６のオン期間（Ｔ_３ＯＮ）および第３スイッチ７６のオフ期間（Ｔ_３ＯＦＦ）を下記のような値とする。
Ｔ_３ＯＮ＝Ｔ×（Ｒ−１００）／Ｒ
Ｔ_３ＯＦＦ＝Ｔ−Ｔ_３ＯＮ

これにより、スイッチング制御部１１０は、昇圧時において、昇降圧回路５０から、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値に目標変換比率を乗じた電圧値の出力電圧Ｖ_ＯＵＴを出力させることができる。

図１１は、山登り法における入力電圧Ｖ_ＩＮの変化を説明するための図である。山登り法は、昇降圧回路５０による電力変換を継続させた状態で（電力変換を停止させずに）、最大電力点追従制御を実行する方法の一つである。

山登り法を実行する場合、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０により電力変換を継続させながら、目標変換比率を微小量ずつ増加または減少させる。そして、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０により発電される電力の変化を観察し、太陽電池パネル２０により発電される電力が大きくなる方向に目標変換比率を変化させる。この結果、スイッチング制御部１１０は、電力のピーク点を挟んで入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が往復するように、目標変換比率を増加または減少させることができる。これにより、スイッチング制御部１１０は、対象の太陽電池パネル２０を最大電力点で動作させることができる。

図１２は、山登り法の処理内容を示すフローチャートである。例えば、山登り法を実行する場合、スイッチング制御部１１０は、図１２に示す処理を実行する。

スイッチング制御部１１０は、所定時間毎に、Ｓ２１２からＳ２１９までの処理を繰り返す（Ｓ２１１とＳ２２０との間のループ処理）。Ｓ２１２において、スイッチング制御部１１０は、対象の太陽電池パネル２０により発電された直流電力の電力値を取得する。

続いて、Ｓ２１３において、スイッチング制御部１１０は、直前のループ処理において、目標変換比率を増加させたか否かを判断する。増加させた場合（Ｓ２１３のＹｅｓ）、スイッチング制御部１１０は、処理をＳ２１４に進める。増加させていない場合、つまり、目標変換比率を減少させた場合（Ｓ２１３のＮｏ）、スイッチング制御部１１０は、処理をＳ２１５に進める。

Ｓ２１４において、スイッチング制御部１１０は、直前のループ処理において算出した直流電力の電力値と、今回のループ処理において算出した直流電力の電力値とを比較する。スイッチング制御部１１０は、電力が増加した場合には（Ｓ２１４のＹｅｓ）、処理をＳ２１６に進め、電力が増加していない場合には（Ｓ２１４のＮｏ）、処理をＳ２１７に進める。

Ｓ２１６において、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率を所定量増加させる。Ｓ２１７において、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率を所定量減少させる。

Ｓ２１５において、スイッチング制御部１１０は、直前のループ処理において算出した直流電力の電力値と、今回のループ処理において算出した直流電力の電力値とを比較する。スイッチング制御部１１０は、電力が増加した場合には（Ｓ２１５のＹｅｓ）、処理をＳ２１８に進め、電力が増加していない場合には（Ｓ２１５のＮｏ）、処理をＳ２１９に進める。

そして、Ｓ２１８において、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率を所定量減少させる。Ｓ２１９において、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率を所定量増加させる。

スイッチング制御部１１０は、Ｓ２１６、Ｓ２１７、Ｓ２１８またはＳ２１９の処理を終えると、所定時間後、Ｓ２１２から処理を繰り返す（Ｓ２１１とＳ２２０との間のループ処理）。

以上のように、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率を増加させたことにより直流電力が増加した場合には、目標変換比率をさらに増加させ、目標変換比率を増加させたことにより直流電力が減少した場合には、目標変換比率を減少させる。また、スイッチング制御部１１０は、目標変換比率を減少させたことにより直流電力が増加した場合には、目標変換比率をさらに減少させ、目標変換比率を減少させたことにより直流電力が減少した場合には、目標変換比率を増加させる。

そして、スイッチング制御部１１０は、このような処理を所定時間毎に繰り返す。これにより、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０を最大電力点で動作させることができる。

図１３は、第１実施形態に係る電力変換装置３０の動作モードを示す図である。第１実施形態に係る電力変換装置３０は、停止モード、追従モードおよびパススルーモードの３つの動作モードで動作する。

モード制御部１１２には、電流閾値Ｉ_Ｔおよび電圧閾値Ｖ_Ｔが予め設定されている。モード制御部１１２は、太陽電池パネル２０から出力された入力電流Ｉ_ＩＮおよび入力電圧Ｖ_ＩＮを、電流閾値Ｉ_Ｔおよび電圧閾値Ｖ_Ｔと比較して、動作モードを切り替える。

図１４は、第１実施形態における動作モードの遷移を示す状態遷移図である。モード制御部１１２は、対象の太陽電池パネル２０により発電が開始された場合、状態を停止モードとする。

停止モードにおいて、モード制御部１１２は、入力電圧Ｖ_ＩＮと電圧閾値Ｖ_Ｔとを比較する。停止モードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔ以下である場合、モード制御部１１２は、状態を停止モードで維持する。

停止モードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく、且つ、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔ以下である場合、モード制御部１１２は、状態をパススルーモードに遷移させる。また、停止モードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく、且つ、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔより大きい場合、モード制御部１１２は、状態を追従モードに遷移させる。

パススルーモードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔ以下となった場合、モード制御部１１２は、状態を停止モードに遷移させる。また、パススルーモードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく、且つ、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔより大きくなった場合、モード制御部１１２は、状態を追従モードに遷移させる。

追従モードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔ以下となった場合、モード制御部１１２は、状態を停止モードに遷移させる。また、追従モードにおいて、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく、且つ、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔ以下となった場合、モード制御部１１２は、状態をパススルーモードに遷移させる。

太陽電池パネル２０により発電可能な電力量は、時刻および天候等により大きく変動する。このため、例えば、朝、夕方または曇天等で太陽電池パネル２０により発電可能な電力量が小さい状態においては、最大電力点追従処理によって増加する電力よりも、スイッチ駆動部１０８によるスイッチング駆動で消費する電力が大きくなる。本実施形態に係る電力変換装置３０は、入力電流Ｉ_ＩＮが予め設定された電流閾値Ｉ_Ｔ以下の場合には、昇降圧回路５０をパススルーモードとして、昇降圧回路５０のスイッチングを停止させる。これにより、本実施形態に係る電力変換装置３０によれば、入力電流Ｉ_ＩＮが予め設定された電流閾値Ｉ_Ｔ以下の場合に、スイッチ駆動部１０８によるスイッチング駆動で消費する電力を無くして、太陽電池パネル２０が発電した電力を効率良く出力することができる。

（第２実施形態）
図１５は、第２実施形態に係るコントローラ６０の機能構成を示す図である。第２実施形態に係るコントローラ６０は、効率判定部１２０をさらに有する。

効率判定部１２０は、太陽電池パネル２０が所定の発電効率を発揮する通常効率状態であるか、太陽電池パネル２０が通常効率状態より発電効率が低下した低効率状態の何れかであるかを判定する。

太陽電池パネル２０は、複数のクラスタを含む。太陽電池パネル２０は、複数のクラスタの全てが太陽光を受光して正常に発電している場合、１００％の効率で発電する。しかし、太陽電池パネル２０は、複数のクラスタのうちの一部に影等がかかる場合、影等がかかっているクラスタが発電に寄与せず、１００％よりも低い効率で発電する。例えば、太陽電池パネル２０が１００％の効率で発電する場合、効率判定部１２０は、通常効率状態であると判定する。また、例えば、太陽電池パネル２０が１００％未満の効率で発電する場合、効率判定部１２０は、低効率状態であると判定する。

例えば、効率判定部１２０は、対象の太陽電池パネル２０から出力された入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を取得する。そして、効率判定部１２０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値に基づき、通常効率状態であるか低効率状態であるかを判定する。

効率判定部１２０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が予め定められた電圧値より大きい場合、通常効率状態であると判定し、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が予め定められた電圧値以下の場合、低効率状態であると判定してもよい。

第２実施形態に係るモード制御部１１２は、効率判定部１２０から通常効率状態であるか、低効率状態であるかの判定結果を取得する。

モード制御部１１２は、追従モード（入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく且つ入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔ以上の場合）において、通常効率状態であると判定された場合、状態を追従時パススルーモードとする。追従時パススルーモードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチング制御部１１０による最大電力点追従処理を停止させる。そして、追従時パススルーモードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチ駆動部１０８に指示を与えて、昇降圧回路５０に電力変換をさせずに、昇降圧回路５０に入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力させる。

また、追従時パススルーモードにおいて、低効率状態であると判定された場合、モード制御部１１２は、追従モードとする。追従モードにおいて、モード制御部１１２は、スイッチング制御部１１０に最大電力点追従処理を実行させる。

図１６は、第２実施形態における動作モードの遷移を示す状態遷移図である。第２実施形態に係る電力変換装置３０は、停止モード、追従モード、パススルーモードおよび追従時パススルーモードの４つの動作モードで動作する。

追従モードにおいて、通常効率状態と判定された場合には、モード制御部１１２は、状態を追従時パススルーモードに遷移させる。また、追従時パススルーモードにおいて、低効率状態と判定された場合には、モード制御部１１２は、状態を追従モードに遷移させる。

つまり、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく、且つ、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔより大きい状態において、対象の太陽電池パネル２０が通常効率状態（例えば、複数のクラスタの全てが太陽光を受光して正常に発電している状態）の場合、モード制御部１１２は、追従時パススルーモードとする。また、入力電圧Ｖ_ＩＮが電圧閾値Ｖ_Ｔより大きく、且つ、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔより大きい状態において、対象の太陽電池パネル２０が低効率状態（例えば、一部のクラスタに影等がかかっており、低い効率で発電している状態）の場合、モード制御部１１２は、追従モードとする。

追従時パススルーモードにおいて、モード制御部１１２は、パススルーモードと同一の制御を実行する。つまり、モード制御部１１２は、スイッチ駆動部１０８に、パススルーモードとする指示を与える。スイッチ駆動部１０８は、モード制御部１１２からパススルーモードとする指示を受けた場合、第１スイッチ７２をオンとし、第２スイッチ７４をオフとし、第３スイッチ７６をオンとし、第４スイッチ７８をオフとする。これにより、昇降圧回路５０は、電力変換せずに、入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力することができる。

本実施形態において、パワーコンディショナ２４は、複数の太陽電池パネル２０の全体に対して最大電力点追従制御を実行する。一方、電力変換装置３０は、対象の１つの太陽電池パネル２０に対して最大電力点追従制御を実行する。太陽電池パネル２０は、影等がかかっておらず通常効率状態で動作している場合、パワーコンディショナ２４による最大大電力点追従制御により、電力変換装置３０による制御が実行されなくても、最大電力点で動作することができる。しかし、太陽電池パネル２０は、影等がかかっている場合には、電力変換装置３０による制御がされなくては、最大電力点で動作することができない。また、ストリングに含まれる他の太陽電池パネル２０も、最大電力点で動作することができなくなってしまう。

本実施形態に係る電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が通常効率状態で動作している場合には、電力変換せずに、入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力する。従って、電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が通常効率状態で動作している場合には、不要な電力を消費せずに、対象の太陽電池パネル２０を最大電力点で動作している状態とすることができる。

また、電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が低効率状態で動作している場合には、最大電力点追従制御を実行することができる。従って、電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が低効率状態で動作している場合にも、対象の太陽電池パネル２０を最大電力点で動作させることができる。このように、本実施形態に係る電力変換装置３０は、太陽電池パネル２０を少ない消費電力で効率良く動作させることができる。

図１７は、第２実施形態の変形例における動作モードの遷移を示す状態遷移図である。本実施形態に係る電力変換装置３０は、図１７に示すように、入力電流Ｉ_ＩＮが電流閾値Ｉ_Ｔ以下であってもパススルーモードに遷移しない構成であってもよい。

このような構成であっても、電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が通常効率状態で動作している場合には、電力変換せずに、入力電圧Ｖ_ＩＮをそのまま出力電圧Ｖ_ＯＵＴとして出力することができる。また、このような構成であっても、電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０が低効率状態で動作している場合には、最大電力点追従制御を実行することができる。従って、このような構成であっても、電力変換装置３０は、太陽電池パネル２０を少ない消費電力で効率良く動作させることができる。

（第３実施形態）
図１８は、第３実施形態におけるスキャン時の入力電圧Ｖ_ＩＮの変化を説明するための図である。第３実施形態に係る電力変換装置３０は、最大電力点追従処理として、スキャン法を実行する。

スキャン法を実行する場合、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０による電力変換を一時的に停止させて、昇降圧回路５０の出力端をオープンとする。続いて、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を所定の範囲で変化させ、最も発電する電力が大きくなる入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を特定する。

ここで、本実施形態において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを、予め定められた下限電圧値以上の範囲で変化させる。下限電圧値は、電源６２がスイッチ駆動部１０８を含むコントローラ６０を動作させることが可能な電圧である。

続いて、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮが、特定した電圧値となるような電力変換の制御量を算出する。本実施形態においては、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮが特定した電圧値となるような目標変換比率を算出する。なお、制御量は、目標変換比率に限らず、他の量であってもよい。例えば、制御量は、第１スイッチ７２と第２スイッチ７４とのスイッチングのデューティ比、または、第３スイッチ７６と第４スイッチ７８とのスイッチングのデューティ比であってもよい。

そして、スイッチング制御部１１０は、特定された制御量で電力変換を再開する。本実施形態においては、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０より発電される入力電圧Ｖ_ＩＮが特定した電圧値となるような目標変換比率で、昇降圧回路５０をスイッチングする。このような処理を実行することにより、スイッチング制御部１１０は、以後、状況に変化がなければ、太陽電池パネル２０を最大電力点で動作させることができる。

図１９は、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を所定の範囲で変動させる場合の昇降圧回路５０に含まれるスイッチの状態を示す図である。

太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を変化させる場合、スイッチング制御部１１０は、図１９に示すようなスイッチングをする。すなわち、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０からの出力電圧Ｖ_ＯＵＴの出力を停止させた状態とする。より具体的には、スイッチング制御部１１０は、第３スイッチ７６をオフとし、第４スイッチ７８をオフとして、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間をオープン状態とする。

そして、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０の正側入力端子４２および負側入力端子４４の間をデューティファクタを変化させながらオンおよびオフを繰り返すことにより、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を変化させる。

例えば、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮの目的の電圧値とさせる場合には、スイッチング制御部１１０は、第２スイッチ７４をオンに固定して、第１スイッチ７２を、目的の電圧値に応じたデューティファクタで、スイッチングさせる（オンオフを所定周期で繰り返させる）。スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を小さくする場合には、デューティファクタを大きくし、つまり、第１スイッチ７２のオン期間を長くする。また、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を大きく場合には、デューティファクタを小さくし、つまり、第１スイッチ７２のオン期間を短くする。

なお、スイッチング制御部１１０は、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮを下限電圧値以上の範囲で変化させる。従って、スイッチング制御部１１０は、ディーディファクタを予め定められた値以上の範囲で変化させる。

また、本実施形態においては、スイッチング制御部１１０は、第２スイッチ７４をオンに固定した状態で、第１スイッチ７２をスイッチングしている。これに代えて、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２をオンに固定した状態で、第２スイッチ７４をスイッチングしてもよい。

図２０は、第３実施形態に係るスイッチング制御部１１０の処理の流れを示すフローチャートである。

スイッチング制御部１１０は、追従モードにおいて、図２０に示す流れの処理を、定期的に実行する。例えば、スイッチング制御部１１０は、所定時間毎または所定のイベントが発生したタイミングにおいて、図２０に示す流れの処理を実行する。

まず、Ｓ２４１において、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０から出力されている出力電圧Ｖ_ＯＵＴの電圧値を取得する。

続いて、Ｓ２４２において、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０の電力変換を停止して、昇降圧回路５０の出力端をオープンとする。具体的には、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２をオフ、第２スイッチ７４をオン、第３スイッチ７６をオフ、第４スイッチ７８をオフとする。これにより、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を最大値とし、正側出力端子４６と負側出力端子４８との間をオープン状態とすることができる。

続いて、Ｓ２４３において、スイッチング制御部１１０は、デューティファクタを０％とする。続いて、Ｓ２４４において、スイッチング制御部１１０は、第２スイッチ７４をオンで固定した状態で、第１スイッチ７２のスイッチングを開始する。スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２を設定されたディーディファクタでスイッチングする。なお、本フローの開始直後は、デューティファクタが０％に設定されているので、第１スイッチ７２は、オフの状態となっている。

続いて、Ｓ２４５において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を取得する。続いて、Ｓ２４６において、スイッチング制御部１１０は、電力値を取得する。続いて、Ｓ２４７において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値と電力値とを対応付けて記憶する。

続いて、Ｓ２４８において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮが予め設定された下限電圧値以下となったか否かを判断する。入力電圧Ｖ_ＩＮが下限電圧値以下となっていない場合（Ｓ２４８のＮｏ）、スイッチング制御部１１０は、処理をＳ２４９に進める。Ｓ２４９において、スイッチング制御部１１０は、デューティファクタを所定量増加させて、処理をＳ２４５に戻し、Ｓ２４５から処理を繰り返す。

入力電圧Ｖ_ＩＮが下限電圧値以下となった場合（Ｓ２４８のＹｅｓ）、スイッチング制御部１１０は、処理をＳ２５０に進める。Ｓ２５０において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を取得する。続いて、Ｓ２５１において、スイッチング制御部１１０は、電力値を取得する。続いて、Ｓ２５２において、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値と電力値とを対応付けて記憶する。

続いて、Ｓ２５３において、スイッチング制御部１１０は、デューティファクタが０％となったか否かを判断する。デューティファクタが０％となっていない場合（Ｓ２５３のＮｏ）、スイッチング制御部１１０は、処理をＳ２５４に進める。Ｓ２５４において、スイッチング制御部１１０は、デューティファクタを所定量減少させて、処理をＳ２５０に戻し、Ｓ２５０から処理を繰り返す。

デューティファクタが０％となった場合（Ｓ２５３のＹｅｓ）、スイッチング制御部１１０は、処理をＳ２５５に進める。Ｓ２５５において、スイッチング制御部１１０は、デューティファクタが０％の状態で第１スイッチ７２のスイッチングを停止する。すなわち、スイッチング制御部１１０は、第１スイッチ７２をオフの状態とする。

続いて、Ｓ２５６において、スイッチング制御部１１０は、記憶された電力値の中から最大の電力値を特定する。続いて、Ｓ２５７において、スイッチング制御部１１０は、特定した最大の電力値に対応して記憶した入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を、目標電圧値として特定する。

続いて、Ｓ２５８において、スイッチング制御部１１０は、目標電圧値に基づき、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力を最大とする目標変換比率を算出する。例えば、スイッチング制御部１１０は、特定した目標電圧値に対する、Ｓ２４１で取得した出力電圧Ｖ_ＯＵＴの電圧値の比率を算出し、算出した比率を目標変換比率とする。

そして、Ｓ２５９において、スイッチング制御部１１０は、昇降圧回路５０に、算出した目標変換比率で電力変換を開始させる。

図２１は、図２０の手順で処理をした場合の入力電圧Ｖ_ＩＮおよび入力電流Ｉ_ＩＮの変化を示す図である。

スイッチング制御部１１０が図２０に示す手順で処理を実行した場合、入力電圧Ｖ_ＩＮおよび入力電流Ｉ_ＩＮは、図２１に示すように変化する。すなわち、デューティファクタが０％とされた最初の段階において、入力電圧Ｖ_ＩＮは、最大値となり、入力電流Ｉ_ＩＮは、０となる。デューティファクタが０％から徐々に増加するに従って、入力電圧Ｖ_ＩＮは、徐々に減少し、入力電流Ｉ_ＩＮは、徐々に増加する。そして、入力電圧Ｖ_ＩＮは、下限電圧値に達した段階で、減少を停止する。

その後、デューティファクタが徐々に減少するに従って、入力電圧Ｖ_ＩＮは、徐々に増加し、入力電流Ｉ_ＩＮは、徐々に減少する。そして、入力電流Ｉ_ＩＮが０となった段階で、処理が終了される。

なお、スイッチング制御部１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮが下限電圧値に達した後に、デューティファクタを直ぐに０％にするのではなく、デューティファクタを徐々に減少させて０％に戻している。これにより、スイッチング制御部１１０は、配線インピーダンスのインダクタンス成分による逆起電力を発生させずに、回路の保護を図ることができる。

本実施形態において電力変換装置３０は、対象の太陽電池パネル２０により発電された電力により駆動させている。これにより、電力変換装置３０は、外部から電力を受け取らずに動作することができる。

しかし、スキャン法による最大電力点追従処理を実行する場合に、対象の太陽電池パネル２０から発生される入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を最小値（例えば、０）としてしまうと、電力変換装置３０は、太陽電池パネル２０から電力を受け取ることできなくなり、動作が停止してしまう。本実施形態に係る電力変換装置３０は、スキャン法により最大電力点追従処理を実行する場合に、太陽電池パネル２０から出力される入力電圧Ｖ_ＩＮを、予め設定された下限電圧値より小さくしない。これにより、本実施形態に係る電力変換装置３０によれば、スキャン法による最大電力点追従処理を実行する場合に、動作を停止せずに確実に最大電力点を特定することができる。

（第４実施形態）
図２２は、第４実施形態に係るコントローラ６０の機能構成を示す図である。第４実施形態に係るコントローラ６０は、効率変化イベント検出部１３０をさらに有する。

なお、図２２の構成は、図４に示した第１実施形態に係るコントローラ６０の機能構成に効率変化イベント検出部１３０を追加した構成となっている。しかし、効率変化イベント検出部１３０は、図１５に示した第２実施形態に係るコントローラ６０の機能構成に追加されてもよい。

効率変化イベント検出部１３０は、対象の太陽電池パネル２０の発電効率が予め定められた値以上変化する効率変化イベントが発生したか否かを検出する。

例えば３個のクラスタを含む太陽電池パネル２０は、３個のクラスタの全部が太陽光を受光して正常に発電している場合、１００％の効率で発電する。しかし、このような太陽電池パネル２０は、３個のクラスタのうち１個のクラスタに影等がかかると、例えば６６％の効率で発電する。さらに、このような太陽電池パネル２０は、３個のクラスタのうち２個のクラスタに影等がかかると、例えば、３３％の効率で発電する。

このような場合、例えば、効率変化イベント検出部１３０は、対象の太陽電池パネル２０が、１００％の効率で発電する状態から６６％の効率で発電する状態に変化したこと、６６％の効率で発電する状態から３３％の効率で発電する状態に変化したこと等を検出する。さらに、効率変化イベント検出部１３０は、対象の太陽電池パネル２０が、３３％の効率で発電する状態から６６％の効率で発電する状態に変化したこと、６６％の効率で発電する状態から１００％の効率で発電する状態に変化したこと等も検出してもよい。

例えば、効率変化イベント検出部１３０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値により、発電効率が予め定められた値以上変化したかを判定してもよい。効率変化イベント検出部１３０は、入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が予め定められた電圧値以上変化した場合、発電効率が予め定められた値以上変化したと判定してもよい。

スイッチング制御部１１０は、最大電力点追従処理として、スキャン法による制御、および、山登り法による制御の２種類を実行することができる。スイッチング制御部１１０は、効率変化イベントによってスキャン法による制御と山登り法による制御を切り替える。

図２３は、第４実施形態に係るスイッチング制御部１１０の状態の遷移を示す状態遷移図である。スイッチング制御部１１０は、図２３に示すようなタイミングで、スキャン法による制御と山登り法による制御を切り替える。

まず、スイッチング制御部１１０は、効率変化イベントが発生していない状態においては、山登り法による最大電力点追従処理を実行している。続いて、山登り法による最大電力点追従処理の実行中に、効率変化イベントが発生した場合、スイッチング制御部１１０は、山登り法による最大電力点追従処理を終了して、スキャン法による最大電力点追従処理を実行する。

スキャン法による制御を実行した場合、スイッチング制御部１１０は、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力を最大とする入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値を特定する。さらに、スイッチング制御部１１０は、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力を最大とするための電力変換の制御量も特定する。

本実施形態においては、スイッチング制御部１１０は、制御量として、対象の太陽電池パネル２０により発電される直流電力を最大とする目標変換比率を特定する。なお、制御量は、目標変換比率に限らず、他の量であってもよい。例えば、制御量は、第１スイッチ７２と第２スイッチ７４とのスイッチングのデューティ比、または、第３スイッチ７６と第４スイッチ７８とのスイッチングのデューティ比であってもよい。

そして、スイッチング制御部１１０は、スキャン法による最大電力点追従処理を実行後、直流電力を最大とする電力変換の制御量を引き継いで山登り法による最大電力点追従処理を開始する。本実施形態においては、スイッチング制御部１１０は、スキャン法による最大電力点追従処理を実行後、目標変換比率を引き継いで、山登り法による最大電力点追従処を開始する。

図２４は、効率変化イベントが発生した場合の、発生電圧に対する発生電力を表す特性カーブの変化例を示す図である。太陽電池パネル２０は、通常効率状態（例えば、発電効率が１００％の状態）で動作している場合には、発生電圧に対する発生電力を表す特性が、ピーク点が１つのカーブとなる。しかし、太陽電池パネル２０は、例えば、一部に影がかかる等により発電効率が低下した場合、発生電圧に対する発生電力を表す特性が、複数のピーク点を有するカーブとなる場合がある。

このため、電力変換装置３０は、効率変化イベントが発生した場合に、山登り法を継続すると、最大電力点ではない方のピーク点の前後で往復するように目標変換比率を増加または減少させてしまう可能性が生じる。

しかし、本実施形態に係る電力変換装置３０は、効率変化イベントが発生した場合、スキャン法による最大電力点追従処理を用いて最大電力点を検出する。これにより、電力変換装置３０は、発生電圧に対する発生電力を表す特性が、複数のピーク点を有するカーブとなっても、最大電力点を検出することができる。そして、その後、電力変換装置３０は、スキャン法による最大電力点追従処理の制御量（例えば、目標変換比率）を引き継いで、山登り法による最大電力点追従処理を実行する。従って、電力変換装置３０は、最大電力点ではない方のピーク点の前後で往復するように制御量（例えば目標変換比率）を増加または減少させることを無くすことができる。これにより、電力変換装置３０は、発電効率が低下した場合であっても太陽電池パネル２０を最大電力点で動作させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、種々の変更を行うことができる。

１０ 発電システム
２０ 太陽電池パネル
２２ 接続装置
２４ パワーコンディショナ
３０ 電力変換装置
４２ 正側入力端子
４４ 負側入力端子
４６ 正側出力端子
４８ 負側出力端子
５０ 昇降圧回路
５２ 電流計
５４ 入力側電圧計
５６ 出力側電圧計
６０ コントローラ
６２ 電源
７０ インダクタ
７２ 第１スイッチ
７４ 第２スイッチ
７６ 第３スイッチ
７８ 第４スイッチ
８０ キャパシタ
８２ ＣＰＵ
８４ ＲＯＭ
８６ ＲＡＭ
８８ ＡＤＣ
９０ Ｉ／Ｆ回路
１０２ 電流値取得部
１０４ 電圧値取得部
１０６ 電力算出部
１０８ スイッチ駆動部
１１０ スイッチング制御部
１１２ モード制御部
１２０ 効率判定部
１３０ 効率変化イベント検出部

Claims (14)

1. 直流電力を発電する発電モジュールから発生された入力電圧が印加され、前記入力電圧を電力変換した出力電圧を出力し、電力変換せずに前記入力電圧を前記出力電圧として出力することも可能なチョッパ型の昇降圧回路と、
   前記発電モジュールにより発電される前記直流電力を最大とするように前記昇降圧回路の電力変換を制御する最大電力点追従処理を実行するスイッチング制御部と、
   モード制御部と、
   を備え、
   前記モード制御部は、
   前記発電モジュールから出力される入力電流が予め設定された電流閾値より大きい場合、前記スイッチング制御部に前記最大電力点追従処理を実行させ、
   前記入力電流が前記電流閾値以下の場合、前記スイッチング制御部による前記最大電力点追従処理を停止させて、前記昇降圧回路に電力変換させずに、前記昇降圧回路に前記入力電圧を前記出力電圧として出力させる
   電力変換装置。
2. 前記モード制御部は、前記入力電圧が予め設定された電圧閾値以下の場合、前記入力電流に関わらず、前記スイッチング制御部による前記最大電力点追従処理を停止させて、前記昇降圧回路からの前記出力電圧の出力を停止させる
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記発電モジュールから発生された前記入力電圧が印加される正側入力端子および負側入力端子と、
   前記出力電圧を出力する正側出力端子および負側出力端子と、
   をさらに備え、
   前記昇降圧回路は、
   インダクタと、
   前記正側入力端子と前記インダクタの第１端子との間をオンオフする第１スイッチと、
   前記負側入力端子と前記インダクタの前記第１端子との間をオンオフする第２スイッチと、
   前記インダクタの第２端子と前記正側出力端子との間をオンオフする第３スイッチと、
   前記インダクタの前記第２端子と前記負側出力端子との間をオンオフする第４スイッチと、
   前記正側出力端子と前記負側出力端子との間に接続されるキャパシタと、
   を有する請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを駆動するスイッチ駆動部をさらに備え、
   前記モード制御部は、前記入力電流が前記電流閾値以下の場合、前記スイッチ駆動部にパススルーモードの指示を与え
   前記スイッチ駆動部は、前記パススルーモードとする指示を受けた場合、前記第１スイッチをオンとし、前記第２スイッチをオフとし、前記第３スイッチをオンとし、前記第４スイッチをオフとする
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記スイッチ駆動部は、前記発電モジュールにより発電される前記直流電力により駆動される
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記スイッチング制御部は、前記最大電力点追従処理において、前記入力電圧の電圧値に対する前記出力電圧の電圧値の比率の目標を表す目標変換比率に応じて、前記昇降圧回路の電力変換を制御する
   請求項３から５の何れか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記スイッチング制御部は、
   前記目標変換比率が１００％より小さい場合、前記第３スイッチをオンおよび前記第４スイッチをオフとし、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを相補的にスイッチングさせ、
   前記目標変換比率が１００％より大きい場合、前記第１スイッチをオンおよび前記第２スイッチをオフとし、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを相補的にスイッチングさせる
   請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記スイッチング制御部は、
   前記目標変換比率が１００％より小さい場合、スイッチング周期に対する前記第１スイッチのオン期間を前記目標変換比率に応じた割合とするように、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを相補的にスイッチングさせ、
   前記目標変換比率が１００％より大きい場合、前記スイッチング周期に対する前記第３スイッチのオン期間を、前記目標変換比率から１００％を減じた値を前記目標変換比率で除算した値に応じた割合とするように、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを相補的にスイッチングさせる
   請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記スイッチング制御部は、前記最大電力点追従処理として
   前記目標変換比率を増加させたことにより前記直流電力が増加した場合には、前記目標変換比率をさらに増加させ、
   前記目標変換比率を増加させたことにより前記直流電力が減少した場合には、前記目標変換比率を減少させ、
   前記目標変換比率を減少させたことにより前記直流電力が増加した場合には、前記目標変換比率をさらに減少させ、
   前記目標変換比率を減少させたことにより前記直流電力が減少した場合には、前記目標変換比率を増加させる
   処理を実行する請求項６から８の何れか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記スイッチング制御部は、前記最大電力点追従処理として、
    前記昇降圧回路からの前記出力電圧の出力を停止させた状態で、前記正側入力端子および前記負側入力端子の間をデューティファクタを変化させながらスイッチングすることにより、前記入力電圧の電圧値を所定の範囲で変化させ、
    前記所定の範囲の電圧値のなかから、前記発電モジュールにより発電される前記直流電力が最大となる前記入力電圧の電圧値を特定し、
    前記入力電圧を前記特定した電圧値にさせる前記目標変換比率で、前記昇降圧回路に電力変換をさせる
    処理を実行する請求項６から８の何れか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記発電モジュールは、太陽電池パネルである
    請求項１から１０の何れか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記発電モジュールが所定の発電効率を発揮する通常効率状態であるか、前記通常効率状態より発電効率が低下した低効率状態の何れかであるかを判定する効率判定部をさらに備え、
    前記モード制御部は、
    前記入力電流が前記電流閾値より大きい場合であって、前記通常効率状態である場合、前記スイッチング制御部による前記最大電力点追従処理を停止させて、前記昇降圧回路に電力変換させずに、前記昇降圧回路に前記入力電圧を前記出力電圧として出力させ、
    前記入力電流が前記電流閾値より大きい場合であって、前記低効率状態である場合、前記スイッチング制御部に前記最大電力点追従処理を実行させる
    請求項１に記載の電力変換装置。
13. それぞれが直流電力を発電する直列に接続された複数の発電モジュールと、
    前記複数の発電モジュールのうちの少なくとも１つの対象の発電モジュールに対応して設けられた少なくとも１つの電力変換装置と、
    を備え、
    前記電力変換装置は、
    前記対象の発電モジュールから発生された入力電圧が印加され、前記入力電圧を電力変換した出力電圧を出力し、電力変換せずに前記入力電圧を前記出力電圧として出力することも可能なチョッパ型の昇降圧回路と、
    前記対象の発電モジュールにより発電される前記直流電力を最大とするように前記昇降圧回路の電力変換を制御する最大電力点追従処理を実行するスイッチング制御部と、
    モード制御部と、
    を有し、
    前記モード制御部は、
    前記対象の発電モジュールから出力される入力電流が予め設定された電流閾値より大きい場合、前記スイッチング制御部に前記最大電力点追従処理を実行させ、
    前記入力電流が前記電流閾値以下の場合、前記スイッチング制御部による前記最大電力点追従処理を停止させて、前記昇降圧回路に電力変換をさせずに、前記昇降圧回路に前記入力電圧を前記出力電圧として出力させる
    発電システム。
14. 直列に接続された複数の発電モジュールを備える発電システムを制御する発電制御方法であって、
    前記複数の発電モジュールのそれぞれは、直流電力を発電し、
    前記複数の発電モジュールのうちの少なくとも１つの対象の発電モジュールは、電力変換装置により電力変換がされ、
    前記電力変換装置は、
    前記対象の発電モジュールから発生された入力電圧が印加され、前記入力電圧を電力変換した出力電圧を出力し、前記入力電圧を電力変換せずに前記出力電圧として出力することも可能なチョッパ型の昇降圧回路と、
    前記対象の発電モジュールにより発電される前記直流電力を最大とするように前記昇降圧回路の電力変換を制御する最大電力点追従処理を実行するスイッチング制御部と、
    を有し、
    モード制御部が、
    前記対象の発電モジュールから出力される入力電流が予め設定された電流閾値より大きい場合、前記スイッチング制御部に前記最大電力点追従処理を実行させ、
    前記入力電流が前記電流閾値以下の場合、前記スイッチング制御部による前記最大電力点追従処理を停止させて、前記昇降圧回路に電力変換をさせずに、前記昇降圧回路に前記入力電圧を前記出力電圧として出力させる
    発電制御方法。

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