JP3562118B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の太陽電池を直列に接続してなる一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列の出力電流を制御してインバータ装置の入力電圧に追従させる電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電による分散型電源と商用電源を連系し、太陽光発電だけでは電力がまかなえない場合、その電力を系統側から供給するシステムが開発されている。
【０００３】
このようなシステムは、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池、太陽電池からの出力が太陽電池に逆流しないようダイオードや開閉器で構成された接続箱、太陽電池からの直流電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換装置および商用電源の異常を検出する保護装置で構成されている。また、一般家庭を対象とした低圧連系用システムにおいては、通常、太陽電池を家屋の屋根に設置し、電力変換装置は屋内に設置されることが多い。
【０００４】
そして、従来の太陽光発電装置においては、複数の太陽電池アレイを直列に接続してなる一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して太陽電池構成とし、この太陽電池構成の出力を直流／交流電力変換装置（インバータ装置）に入力する構成であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような太陽光発電装置においては、太陽電池アレイを据え付ける屋根の形状／面積の制限により、定められた同一の直列数にできなくて太陽電池アレイを取り付けられずに屋根にスペースが余る場合がある。すなわち、屋根面積を十分に活用できないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目して成されたものであって、その目的とするところは、端数太陽電池列で出力した直流電力を利用することができて、太陽電池を設置する物体、例えば屋根と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明に係わる電源装置は、複数の太陽電池を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むべく、前記端数太陽電池列の目標電圧値を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御する電流制御手段と、この電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して前記インバータ装置の入力電圧に追従する制御回路とを有して構成したことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、前記端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むことができる。このために、太陽電池を設置する物体、例えば屋根の形状／面積の制限を受けることなく太陽電池を取り付けることが可能になり、屋根面積を十分に活用することができる。したがって、太陽電池を設置する物体、例えば屋根と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる。
【００１３】
また、前記目標電圧値設定手段で端数太陽電池列の目標電圧値を設定し、前記電流制御手段で、前記目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御し、前記制御回路で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置の入力電圧に追従することができる。
【００１４】
したがって、前記インバータ装置の最大電力点追従機能を満足させるなど、インバータ装置に影響を与えることなく、簡単な電源手段によりインバータ装置に端数太陽電池列を接続することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明に係わる電源装置は、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の開放電圧を基準値にして定めた電圧値を目標電圧値として設定する電圧設定手段である。
【００１６】
かかる構成により、上記した請求項１の発明と同様な作用を奏し得る。
【００１７】
また、請求項３の発明に係わる電源装置は、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の出力電力の最大電力点の電圧を目標電圧値として設定する最大電力点追従制御手段である。
【００１８】
かかる構成により、上記した請求項１の発明と同様な作用を奏し得る。
【００１９】
また、請求項４の発明に係わる電源装置は、請求項１ないし３のいずれか一に記載の電源装置において、前記電流制御手段が、前記端数太陽電池列の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記端数太陽電池列の出力電流を検出する電流検出部と、前記目標電圧値設定手段により設定された目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成する電圧制御部と、前記電圧制御部から出力した電流指令値と前記電流検出部が検出した前記端数太陽電池列の出力電流値とを比較して駆動パルスを発生する電流制御部と、前記電流制御部からのパルス信号により前記制御回路を制御する駆動部とを備えた。
【００２０】
かかる構成により、上記した請求項１の発明と同様な作用を奏し得るばかりか、前記電圧制御部において、目標電圧値設定手段から出力した目標電圧値と電圧検出部が検出した端数太陽電池列の出力電圧値とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成し、電流制御部において、電圧制御部から出力した電流指令値と電流検出部が検出した端数太陽電池列の出力電流値とを比較して電流差を検出してパルス信号を発生し、このパルス信号により駆動部が制御回路を制御し、電流指令値に見合う出力電流が制御回路に流れるようにして、端数太陽電池列の出力電圧を目標電圧値に近づけて端数太陽電池列の出力電流をインバータ装置に入力して、この端数太陽電池列を有効利用することができる。
【００２１】
また、請求項５の発明に係わる電源装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の電源装置において、前記制御回路は、スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフ作動させて、このスイッチング素子の導通期間と、繰り返し周波数を制御することにより前記端数太陽電池列の出力電流を制御する電流制御構成である。
【００２２】
かかる構成により、上記した請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の発明と同様な作用を奏し得るばかりか、電源装置の構成を簡素化することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、太陽光発電による分散型電源と商用電源とを系統連系する系統連系システムを示す。この図面において、１は商用電源の電力系統であり、発電所の主電源２と、この発電所２からの電力を降圧して配電する変電所３と、配電線４に設けられた遮断器５と、供給された電力を降圧して各家庭に供給する柱上変圧器６とを備えている。
【００２８】
各家庭に設置された分散型電源は、太陽電池アレイ８と、この太陽電池アレイ８から出力される直流電力を交流電力に変えるインバータ（インバータ回路）９を内蔵したインバータ装置１０とを備えている。
【００２９】
このインバータ装置１０は、商用電源の電力系統１から分散型電源を切り離す遮断器１１と、周波数変動や電圧変動に基づいて、商用電源の電力系統１の遮断器５の開成を検知して遮断器１１を開成させる開成検知手段１２とを含む系統連系保護装置を内蔵した構成となっている。
【００３０】
かかる系統連系システムにおいては、計測される太陽電池アレイ８の出力電圧及び出力電流に基づいて、太陽電池アレイ８の発電電力を演算する演算手段１４と、太陽電池アレイ８の出力電圧を変化させる出力可変手段１５と、この出力可変手段１５を制御して太陽電池アレイ８の出力電圧を変化させることにより、演算手段１４で演算された発電電力が最大となる出力電圧値を探索する最大電力点追従動作を、一定の時間間隔をあけて断続的に行う制御手段１６と、発電量が異常であるときなどに表示を行う表示手段１７とを備えている。そして、前記開成検知手段１２、演算手段１４、出力可変手段１５及び制御手段１６は、マイクロコンピュータ２０によって構成されている。
【００３１】
この制御手段１６は、出力可変手段１５を介してインバータ回路９を制御することにより、太陽電池アレイ８の出力電圧を変化させ、演算手段１４から出力される電力が最大となる電圧値を探索するものである。
【００３２】
（実施の形態例１）
図２の（１）は屋根に本発明に係わる太陽光発電装置を設置した家屋の斜視図、図２の（２）は本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例１の構成説明図、図３は同太陽光発電装置の太陽電池アレイの構成説明図、図４はモジュールの構成説明図である。
【００３３】
この実施の形態例１は、上記した系統連系システムを用いて実施されるものである。そして、家屋２１の屋根２２に、本発明に係わる太陽光発電装置を構成する多数枚の前記太陽電池アレイ８が設置してある。太陽電池アレイ８は定格３ＫＷ出力の場合、直列に６枚のモジュールＭを接続してモジュール列Ｎを構成し、モジュール列Ｎを並列に５枚（計３０モジュール）を接続して構成されている。
【００３４】
そして、一般的にモジュールＭ毎の出力電圧の違いからモジュールＭ（構成単位であるセルＳ）を保護するため、太陽電池アレイ８のモジュール列Ｎ毎に逆流防止ダイオード２３を接続する。
【００３５】
また、モジュール列ＮにおいてモジュールＭは直列に接続されているため、１個のモジュールＭが無出力状態（陰になった状態）になると解放状態となってしまうため、モジュール列Ｎが全て無出力状態になってしまう。これを防ぐため、図５に示すように各モジュールＭ毎に並列にバイパスダイオード２４を接続している。
【００３６】
したがって、上記のように構成された太陽電池アレイ８は直列に６枚接続して一定数の太陽電池構成２５とし、この一定数の太陽電池構成２５を４列並列に接続して主太陽電池構成（６直列４配列アレイ）２６が構成してあるが、前記屋根２２の太陽電池設置面積の違いにより一定数の太陽電池構成２５より太陽電池アレイ８の枚数が少ない端数太陽電池列２７が生じる。
【００３７】
本発明の実施の形態例１では、端数太陽電池列２７の出力側に電源装置Ｇを接続してこの電源装置Ｇにより端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、主太陽電池構成（６直列４配列アレイ）２７の出力側に設けられたインバータ装置１０に取り込むようにしたものである。
【００３８】
本発明の実施の形態例１によれば、６数の太陽電池アレイ８を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成２５を４数列並列に接続して主太陽電池構成２６とし、一定数の太陽電池構成２５に満たない端数太陽電池列２７の出力側に電源手段である電源装置Ｇを接続して、この電源装置Ｇにより前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成２６の出力側に接続されたインバータ装置１０に取り込むようにしたことにより、前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成２６の出力側に接続されたインバータ装置１０に取り込むことができる。
【００３９】
このために、太陽電池を設置する物体、例えば屋根２２の形状／面積の制限を受けることなく太陽電池を取り付けることが可能になり、屋根面積を十分に活用することができる。したがって、太陽電池を設置する物体、例えば屋根２２と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる。
【００４０】
上記した実施の形態例１では、前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、電源装置Ｇにより前記主太陽電池構成２６の出力側に接続されたインバータ装置１０に取り込むことを主眼としており、電源装置Ｇの構成に付いては言及していない。
【００４１】
したがって、前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力をインバータ装置１０に取り込む場合、前記端数太陽電池列２７の不足電圧分を昇圧電源を用いて、定められた直列数に相当する一定の電圧に昇圧してインバータ装置１０に入力する方法が考えられるが、このようにすると、インバータ装置１０が最大電力追従制御できなくなり、太陽電池利用効率が減少する。また、昇圧電源装置の出力電圧を可変とし、最大電力点に追従させる場合、昇圧電源装置の構成が複雑になり、コストアップとなる。かかる問題点は次に述べる実施の形態例２で解決される。
【００４２】
（実施の形態例２）
図８に本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例２を示す。この実施の形態例２における電源装置Ｇは、前記端数太陽電池列２７の目標電圧値Ｖ１ を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値Ｖ１ と前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ が目標電圧値Ｖ１ になるように制御する電流制御手段とから構成される制御部３３と、この制御部３３の電流制御手段により前記端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を制御して前記インバータ装置１０の入力電圧に追従する制御回路とを備えている。
【００４３】
そして、前記制御回路は、陰、陽極の入力接続端子２８、２９と、陰、陽極の出力接続端子３０、３１を有する直流／直流電力変換回路３２であり、この直流／直流電力変換回路３２はコンデンサＣ１、Ｃ２とコイルＬとダオオードＤとスイッチング素子（トランジスタＴｒ）Ｔと有しており、このスイッチング素子Ｔは入力接続端子２８に対して並列に組み込まれている。
【００４４】
また、前記制御部３３は、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電圧を検出する電圧検出部（検出センサ）３４と、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電流を検出する電流検出部（検出センサ）３５と、端数太陽電池列２７の開放電圧の、例えば８０％程度の目標電圧値（電圧指令値）Ｖ１ を設定する電圧設定部３６と、この電圧設定部３６から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差を元に電流指令値Ｉ１ を作成する電圧制御部３７と、この電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較してＰＷＭ（パルス・ウィズス・モジュレーション）駆動パルスを発生する電流制御部３８と、この電流制御部３８からのパルス信号により前記スイッチング素子Ｔを制御する駆動部であるＰＷＭ駆動部３９とを備えている。
【００４５】
この場合、目標電圧値設定手段は電圧設定部３６であり、電流制御手段は、電圧検出部３４と電流検出部３５と電圧制御部３７と電流制御部３８とＰＷＭ駆動部３９とから構成される。
【００４６】
そして、上記のように構成された電源装置Ｇは、その入力接続端子２８、２９でリード線４０、４１を介して端数太陽電池列２７の出力端子２７−１、２７ー２に接続し、また、出力接続端子３０、３１はリード線４２、４３を介してインバータ装置１０の入力端子１０−１、１０ー２に接続して、主太陽電池構成（６直列４配列アレイ）２６の出力回路に組み込まれている。
【００４７】
次に、上記のように構成された太陽光発電装置の作動を説明する。
前記電圧設定部３６において、端数太陽電池列２７の開放電圧の、例えば８０％程度の目標電圧値Ｖ１ を設定する。次に、電圧検出部３４で端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を検出する。そして、電圧制御部３７において、電圧設定部３６から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差を元に電流指令値Ｉ１ を作成する。
【００４８】
端数太陽電池列２７における出力電流Ｉ−出力電圧Ｖの関係は、図６に示すような曲線特性を有する。したがって、目標電圧値Ｖ１ より出力電圧Ｖ０ が高い場合には、これらの電圧差ΔＶ（Ｖ０ −Ｖ１ ）を無くすべく、この電圧差ΔＶに見合った端数太陽電池列２７の出力電流を多く流せばよい。この出力電流を多く流すために、すなわち、電圧差ΔＶを無くすべく電流指令値Ｉ１ を作成する。
【００４９】
そして、電流検出部３５が端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を検出する。次に、電流制御部３８において、電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較して電流差ΔＩ（Ｉ０ −Ｉ１ ）を検出し、ＰＷＭ駆動パルスを発生する。そして、このパルス信号によりＰＷＭ駆動部３９が前記スイッチング素子Ｔを制御し、電流指令値Ｉ１ に見合う出力電流が直流／直流電力変換回路３２に流れるようにして、端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を目標電圧値Ｖ１ に近づけて端数太陽電池列２７の出力電流をインバータ装置１０に入力して、この端数太陽電池列２７を有効利用する。
【００５０】
直流／直流電力変換回路３２において出力電流を制御するのであるが、この電流制御は、スイッチング素子ＴであるトランジスタＴｒがパルス信号によりオン・オフ作動によりなされる。すなわち、トランジスタＴｒがパルス信号によりオン作動すると、入力端子（入力電源Ｖｉｎ）からコイルＬと通して端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ が流れる。コイルＬを流れる電流は、図７に示すように時間に比例して単調に増加することから（数１）のようになる。
【００５１】
【数１】
トランジスタＴｒの導通期間ｔ＝ｔｏｎでは出力電流Ｉ０ −１は最大値Ｉ０ ｐとなり、このとき、コイルＬに電気エネルギＰが蓄えられる。この電気エネルギＰは、繰り返し周波数をｆとすると、単位時間当りでは（数２）のようになる。
【００５２】
【数２】
ここで、トランジスタＴｒがオフ作動すると、コイルＬには逆起電力が発生して、ダイオードＤを通してコンデンサＣ１を充電する。このコンデンサＣ１の両端電圧が出力電圧Ｖ０ になる。
【００５３】
出力電流をＩ０ 、負荷抵抗をＲとすると、出力電力ＰとコイルＬの蓄積電力が等しいために（数３）のようになり、出力電流Ｉ０ は（数４）に示すようになって、トランジスタＴｒの導通期間ｔｏｎ及び繰り返し周波数ｆに比例する。
【００５４】
【数３】
【００５５】
【数４】
したがって、トランジスタＴｒの導通期間ｔｏｎを長く、繰り返し周波数ｆを高くすれば出力電流Ｉ０ が増加し、逆にトランジスタＴｒの導通期間ｔｏｎを短く、繰り返し周波数ｆを低くすれば出力電流Ｉ０ が減少する。
【００５６】
上記した実施の形態２によれば、前記電圧設定部３６で端数太陽電池列２７の目標電圧値Ｖ１ を設定し、前記電流制御手段で、前記電圧設定部３６が設定した目標電圧値Ｖ１ と前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ との電圧差ΔＶに見合う電流を制御して前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ が目標電圧値Ｖ１ になるように制御し、前記直流／直流電力変換回路３２で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置１０の入力電圧に追従することができる。
【００５７】
したがって、前記インバータ装置１０の最大電力点追従機能を保持するなど、インバータ装置１０に影響を与えることなく、簡単な電源装置Ｇによりインバータ装置１０に端数太陽電池列２７を接続することができる。
【００５８】
（実施の形態例３）
図９に本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例３を示す。この実施の形態例３の電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置が、上記した実施の形態例２の電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置と異なるところは、その電源装置Ｇの制御部３３の構成であり、他の構成は実施の形態例２の電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置と同様であるので、実施の形態例２と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５９】
実施の形態例３の太陽光発電装置の電源装置Ｇの制御部３３は、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電圧を検出する電圧検出部（検出センサ）３４と、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電流を検出する電流検出部（検出センサ）３５と、端数太陽電池列２７の出力電力の最大電力点ＰＭａｘを探索して最大電力点ＰＭａｘの電圧を目標電圧値Ｖ１ とするための目標電圧値設定手段としての最大電力点追従制御部（最大電力点追従制御手段）４４と、この最大電力点追従制御部４４から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差ΔＶを元に電流指令値Ｉ１ を作成する電圧制御部３７と、この電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較してＰＷＭ駆動パルスを発生する電流制御部３８と、この電流制御部３８からのパルス信号により前記スイッチング素子Ｔを制御するＰＷＭ駆動部３９とを備えている。
【００６０】
最大電力点追従制御部４４における最大電力点追従制御は、基本的には電圧を変動させて、電力変化によって次回の変動方向を決定する方法が用いられる。例えば、電圧を１Ｖ上昇させて電力変化がマイナスであれば、次回に電圧を−１Ｖ変動させる方法である。
【００６１】
すなわち、図１０のフローチャートにおいて、端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を出力電圧範囲の上限から減少方向に、また、出力電圧Ｖ０ の下限方向から増加方向にΔＶ変化させ（ステップＳ１）、その出力電圧Ｖ０ の変化に伴う直流電流を計測し（ステップＳ２）、演算手段により直流電力を演算する（ステップＳ３）。この直流電力が変化前の直流電力と比べて増加しているか否かを判断し（ステップＳ４）、直流電力が増加していると判断されると、電圧変動方向をそのまま（ステップＳ５）としてステップＳ１に向かう。また、ステップＳ４で直流電力が増加していないと判断されると、電圧変動方向が反転した（ステップＳ５）としてステップＳ１に至る。
【００６２】
次に、上記のように構成された太陽光発電装置の作動を説明する。
前記最大電力点追従制御部４４において、電流検出部３５で検出された端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ と、電圧検出部３４で検出された端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを入力として、端数太陽電池列２７の出力電力の最大電力点ＰＭａｘを探索し、最大電力点ＰＭａｘの電圧を目標電圧値Ｖ１ とする。
【００６３】
そして、電圧制御部３７において、電圧設定部３６から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差ΔＶを元に電流指令値Ｉ１ を作成する。
【００６４】
次に、電流制御部３８において、電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較して電流差ΔＩを検出し、ＰＷＭ駆動パルスを発生する。そして、このパルス信号によりＰＷＭ駆動部３９が前記スイッチング素子Ｔを制御し、電流指令値Ｉ１ に見合う出力電流Ｉ０ が直流／直流電力変換回路３２に流れるようにして、端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を目標電圧値Ｖ１ に近づけて端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ をインバータ装置１０に入力して、この端数太陽電池列２７を有効利用する。
【００６５】
上記した実施の形態３によれば、前記最大電力点追従制御部４４において、端数太陽電池列２７の出力電力の最大電力点ＰＭａｘを探索し、最大電力点ＰＭａｘの電圧を目標電圧値Ｖ１ とし、前記電圧設定部３６で端数太陽電池列２７の目標電圧値Ｖ１ を設定し、前記電流制御手段で、前記電圧設定部３６が設定した目標電圧値Ｖ１ と前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ との電圧差ΔＶに見合う電流を制御して前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ が目標電圧値Ｖ１ になるように制御し、前記直流／直流電力変換回路３２で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置１０の入力電圧に追従することができる。
【００６６】
したがって、前記インバータ装置１０の最大電力点追従機能を保持するなど、インバータ装置１０に影響を与えることなく、簡単な電源装置Ｇによりインバータ装置１０に端数太陽電池列２７を接続することができる。
【００６７】
なお、上記した実施の形態例１〜３では、家屋２１の屋根２２に設置される電源装置及びこの電源装置を用いた陽光発電装置について述べたが、本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置はこれに限らず、ソーラーカー等の太陽光発電を必要とする物体についても適用できるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係わる電源装置によれば、複数の太陽電池を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むようにしたことにより、前記電源装置により端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むことができる。このために、太陽電池を設置する物体、例えば屋根の形状／面積の制限を受けることなく太陽電池を取り付けることが可能になり、屋根面積を十分に活用することができる。したがって、太陽電池を設置する物体、例えば屋根と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる。
【００７０】
また、請求項１の発明に係わる電源装置によれば、前記端数太陽電池列の目標電圧値を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御する電流制御手段と、この電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して前記インバータ装置の入力電圧に追従する制御回路とを、前記目標電圧値設定手段で端数太陽電池列の目標電圧値を設定し、前記電流制御手段で、前記目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御し、前記制御回路で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置の入力電圧に追従することができる。
【００７１】
したがって、前記インバータ装置の最大電力点追従機能を満足させるなど、インバータ装置に影響を与えることなく、簡単な電源手段によりインバータ装置に端数太陽電池列を接続することができる。
【００７２】
また、請求項２の発明に係わる電源装置によれば、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の開放電圧を基準値にして定めた電圧値を目標電圧値として設定する電圧設定手段であることにより、上記した請求項１の発明と同様な効果を奏し得る。
【００７３】
また、請求項３の発明に係わる電源装置によれば、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の出力電力の最大電力点の電圧を目標電圧値として設定する最大電力点追従制御手段であることにより、上記した請求項１の発明と同様な効果を奏し得る。
【００７４】
また、請求項４の発明に係わる電源装置によれば、請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載の電源装置において、前記電流制御手段が、前記端数太陽電池列の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記端数太陽電池列の出力電流を検出する電流検出部と、前記目標電圧値設定手段により設定された目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成する電圧制御部と、前記電圧制御部から出力した電流指令値と前記電流検出部が検出した前記端数太陽電池列の出力電流値とを比較して駆動パルスを発生する電流制御部と、前記電流制御部からのパルス信号により前記制御回路を制御する駆動部とを備えたことにより、上記した請求項１の発明と同様な効果を奏し得るばかりか、前記電圧制御部において、目標電圧値設定手段から出力した目標電圧値と電圧検出部が検出した端数太陽電池列の出力電圧値とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成し、電流制御部において、電圧制御部から出力した電流指令値と電流検出部が検出した端数太陽電池列の出力電流値とを比較して電流差を検出してパルス信号を発生し、このパルス信号により駆動部が制御回路を制御し、電流指令値に見合う出力電流が制御回路に流れるようにして、端数太陽電池列の出力電圧を目標電圧値に近づけて端数太陽電池列の出力電流をインバータ装置に入力して、この端数太陽電池列を有効利用することができる。
【００７５】
また、請求項５の発明に係わる電源装置によれば、請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の電源装置において、前記制御回路は、スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフ作動させて、このスイッチング素子の導通期間と、繰り返し周波数を制御することにより前記端数太陽電池列の出力電流を制御する電流制御構成であることにより、上記した請求項１ないし請求項４の発明と同様な効果を奏し得るばかりか、電源装置の構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽光発電による分散型電源と商用電源とを系統連系する系統連系システムの構成説明図である。
【図２】（１）は本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置を備えた家屋の斜視図である。
（２）は本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例１の構成説明図である。
【図３】本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置における太陽電池アレイの構成説明図である。
【図４】同太陽電池アレイの構成するモジュールの構成説明図である。
【図５】同モジュールの等価回路図である。
【図６】太陽光発電装置のＶ−Ｉ、Ｖ−Ｐ特性図である。
【図７】制御回路の電流波形図である。
【図８】本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例２の構成説明図である。
【図９】本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例３の構成説明図である。
【図１０】最大電力点追従動作のフローチャートである。
【符号の説明】
８ 太陽電池アレイ
１０ インバータ装置
２５ 一定数の太陽電池構成
２６ 主太陽電池構成
２７ 端数太陽電池列
３２ 直流／直流電力変換回路（制御回路）
３３ 制御部
３４ 電圧検出部
３５ 電流検出部
３６ 電圧設定部（目標電圧値設定手段）
３７ 電圧制御部
３８ 電流制御部
３９ ＰＷＭ駆動部（駆動部）
４４ 最大電力点追従制御部（最大電力点追従制御手段、目標電圧値設定手段）
Ｇ 電源装置（電源手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の太陽電池を直列に接続してなる一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列の出力電流を制御してインバータ装置の入力電圧に追従させる電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電による分散型電源と商用電源を連系し、太陽光発電だけでは電力がまかなえない場合、その電力を系統側から供給するシステムが開発されている。
【０００３】
このようなシステムは、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池、太陽電池からの出力が太陽電池に逆流しないようダイオードや開閉器で構成された接続箱、太陽電池からの直流電力を商用電源と同期のとれた交流電力に変換する電力変換装置および商用電源の異常を検出する保護装置で構成されている。また、一般家庭を対象とした低圧連系用システムにおいては、通常、太陽電池を家屋の屋根に設置し、電力変換装置は屋内に設置されることが多い。
【０００４】
そして、従来の太陽光発電装置においては、複数の太陽電池アレイを直列に接続してなる一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して太陽電池構成とし、この太陽電池構成の出力を直流／交流電力変換装置（インバータ装置）に入力する構成であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような太陽光発電装置においては、太陽電池アレイを据え付ける屋根の形状／面積の制限により、定められた同一の直列数にできなくて太陽電池アレイを取り付けられずに屋根にスペースが余る場合がある。すなわち、屋根面積を十分に活用できないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に着目して成されたものであって、その目的とするところは、端数太陽電池列で出力した直流電力を利用することができて、太陽電池を設置する物体、例えば屋根と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる電源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明に係わる電源装置は、複数の太陽電池を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むべく、前記端数太陽電池列の目標電圧値を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御する電流制御手段と、この電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して前記インバータ装置の入力電圧に追従する制御回路とを有して構成したことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により、前記端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むことができる。このために、太陽電池を設置する物体、例えば屋根の形状／面積の制限を受けることなく太陽電池を取り付けることが可能になり、屋根面積を十分に活用することができる。したがって、太陽電池を設置する物体、例えば屋根と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる。
【００１３】
また、前記目標電圧値設定手段で端数太陽電池列の目標電圧値を設定し、前記電流制御手段で、前記目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御し、前記制御回路で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置の入力電圧に追従することができる。
【００１４】
したがって、前記インバータ装置の最大電力点追従機能を満足させるなど、インバータ装置に影響を与えることなく、簡単な電源手段によりインバータ装置に端数太陽電池列を接続することができる。
【００１５】
また、請求項２の発明に係わる電源装置は、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の開放電圧を基準値にして定めた電圧値を目標電圧値として設定する電圧設定手段である。
【００１６】
かかる構成により、上記した請求項１の発明と同様な作用を奏し得る。
【００１７】
また、請求項３の発明に係わる電源装置は、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の出力電力の最大電力点の電圧を目標電圧値として設定する最大電力点追従制御手段である。
【００１８】
かかる構成により、上記した請求項１の発明と同様な作用を奏し得る。
【００１９】
また、請求項４の発明に係わる電源装置は、請求項１ないし３のいずれか一に記載の電源装置において、前記電流制御手段が、前記端数太陽電池列の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記端数太陽電池列の出力電流を検出する電流検出部と、前記目標電圧値設定手段により設定された目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成する電圧制御部と、前記電圧制御部から出力した電流指令値と前記電流検出部が検出した前記端数太陽電池列の出力電流値とを比較して駆動パルスを発生する電流制御部と、前記電流制御部からのパルス信号により前記制御回路を制御する駆動部とを備えた。
【００２０】
かかる構成により、上記した請求項１の発明と同様な作用を奏し得るばかりか、前記電圧制御部において、目標電圧値設定手段から出力した目標電圧値と電圧検出部が検出した端数太陽電池列の出力電圧値とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成し、電流制御部において、電圧制御部から出力した電流指令値と電流検出部が検出した端数太陽電池列の出力電流値とを比較して電流差を検出してパルス信号を発生し、このパルス信号により駆動部が制御回路を制御し、電流指令値に見合う出力電流が制御回路に流れるようにして、端数太陽電池列の出力電圧を目標電圧値に近づけて端数太陽電池列の出力電流をインバータ装置に入力して、この端数太陽電池列を有効利用することができる。
【００２１】
また、請求項５の発明に係わる電源装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の電源装置において、前記制御回路は、スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフ作動させて、このスイッチング素子の導通期間と、繰り返し周波数を制御することにより前記端数太陽電池列の出力電流を制御する電流制御構成である。
【００２２】
かかる構成により、上記した請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の発明と同様な作用を奏し得るばかりか、電源装置の構成を簡素化することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、太陽光発電による分散型電源と商用電源とを系統連系する系統連系システムを示す。この図面において、１は商用電源の電力系統であり、発電所の主電源２と、この発電所２からの電力を降圧して配電する変電所３と、配電線４に設けられた遮断器５と、供給された電力を降圧して各家庭に供給する柱上変圧器６とを備えている。
【００２８】
各家庭に設置された分散型電源は、太陽電池アレイ８と、この太陽電池アレイ８から出力される直流電力を交流電力に変えるインバータ（インバータ回路）９を内蔵したインバータ装置１０とを備えている。
【００２９】
このインバータ装置１０は、商用電源の電力系統１から分散型電源を切り離す遮断器１１と、周波数変動や電圧変動に基づいて、商用電源の電力系統１の遮断器５の開成を検知して遮断器１１を開成させる開成検知手段１２とを含む系統連系保護装置を内蔵した構成となっている。
【００３０】
かかる系統連系システムにおいては、計測される太陽電池アレイ８の出力電圧及び出力電流に基づいて、太陽電池アレイ８の発電電力を演算する演算手段１４と、太陽電池アレイ８の出力電圧を変化させる出力可変手段１５と、この出力可変手段１５を制御して太陽電池アレイ８の出力電圧を変化させることにより、演算手段１４で演算された発電電力が最大となる出力電圧値を探索する最大電力点追従動作を、一定の時間間隔をあけて断続的に行う制御手段１６と、発電量が異常であるときなどに表示を行う表示手段１７とを備えている。そして、前記開成検知手段１２、演算手段１４、出力可変手段１５及び制御手段１６は、マイクロコンピュータ２０によって構成されている。
【００３１】
この制御手段１６は、出力可変手段１５を介してインバータ回路９を制御することにより、太陽電池アレイ８の出力電圧を変化させ、演算手段１４から出力される電力が最大となる電圧値を探索するものである。
【００３２】
（実施の形態例１）
図２の（１）は屋根に本発明に係わる太陽光発電装置を設置した家屋の斜視図、図２の（２）は本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例１の構成説明図、図３は同太陽光発電装置の太陽電池アレイの構成説明図、図４はモジュールの構成説明図である。
【００３３】
この実施の形態例１は、上記した系統連系システムを用いて実施されるものである。そして、家屋２１の屋根２２に、本発明に係わる太陽光発電装置を構成する多数枚の前記太陽電池アレイ８が設置してある。太陽電池アレイ８は定格３ＫＷ出力の場合、直列に６枚のモジュールＭを接続してモジュール列Ｎを構成し、モジュール列Ｎを並列に５枚（計３０モジュール）を接続して構成されている。
【００３４】
そして、一般的にモジュールＭ毎の出力電圧の違いからモジュールＭ（構成単位であるセルＳ）を保護するため、太陽電池アレイ８のモジュール列Ｎ毎に逆流防止ダイオード２３を接続する。
【００３５】
また、モジュール列ＮにおいてモジュールＭは直列に接続されているため、１個のモジュールＭが無出力状態（陰になった状態）になると解放状態となってしまうため、モジュール列Ｎが全て無出力状態になってしまう。これを防ぐため、図５に示すように各モジュールＭ毎に並列にバイパスダイオード２４を接続している。
【００３６】
したがって、上記のように構成された太陽電池アレイ８は直列に６枚接続して一定数の太陽電池構成２５とし、この一定数の太陽電池構成２５を４列並列に接続して主太陽電池構成（６直列４配列アレイ）２６が構成してあるが、前記屋根２２の太陽電池設置面積の違いにより一定数の太陽電池構成２５より太陽電池アレイ８の枚数が少ない端数太陽電池列２７が生じる。
【００３７】
本発明の実施の形態例１では、端数太陽電池列２７の出力側に電源装置Ｇを接続してこの電源装置Ｇにより端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、主太陽電池構成（６直列４配列アレイ）２７の出力側に設けられたインバータ装置１０に取り込むようにしたものである。
【００３８】
本発明の実施の形態例１によれば、６数の太陽電池アレイ８を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成２５を４数列並列に接続して主太陽電池構成２６とし、一定数の太陽電池構成２５に満たない端数太陽電池列２７の出力側に電源手段である電源装置Ｇを接続して、この電源装置Ｇにより前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成２６の出力側に接続されたインバータ装置１０に取り込むようにしたことにより、前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成２６の出力側に接続されたインバータ装置１０に取り込むことができる。
【００３９】
このために、太陽電池を設置する物体、例えば屋根２２の形状／面積の制限を受けることなく太陽電池を取り付けることが可能になり、屋根面積を十分に活用することができる。したがって、太陽電池を設置する物体、例えば屋根２２と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる。
【００４０】
上記した実施の形態例１では、前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力を、電源装置Ｇにより前記主太陽電池構成２６の出力側に接続されたインバータ装置１０に取り込むことを主眼としており、電源装置Ｇの構成に付いては言及していない。
【００４１】
したがって、前記端数太陽電池列２７で出力した直流電力をインバータ装置１０に取り込む場合、前記端数太陽電池列２７の不足電圧分を昇圧電源を用いて、定められた直列数に相当する一定の電圧に昇圧してインバータ装置１０に入力する方法が考えられるが、このようにすると、インバータ装置１０が最大電力追従制御できなくなり、太陽電池利用効率が減少する。また、昇圧電源装置の出力電圧を可変とし、最大電力点に追従させる場合、昇圧電源装置の構成が複雑になり、コストアップとなる。かかる問題点は次に述べる実施の形態例２で解決される。
【００４２】
（実施の形態例２）
図８に本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例２を示す。この実施の形態例２における電源装置Ｇは、前記端数太陽電池列２７の目標電圧値Ｖ１ を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値Ｖ１ と前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ が目標電圧値Ｖ１ になるように制御する電流制御手段とから構成される制御部３３と、この制御部３３の電流制御手段により前記端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を制御して前記インバータ装置１０の入力電圧に追従する制御回路とを備えている。
【００４３】
そして、前記制御回路は、陰、陽極の入力接続端子２８、２９と、陰、陽極の出力接続端子３０、３１を有する直流／直流電力変換回路３２であり、この直流／直流電力変換回路３２はコンデンサＣ１、Ｃ２とコイルＬとダオオードＤとスイッチング素子（トランジスタＴｒ）Ｔと有しており、このスイッチング素子Ｔは入力接続端子２８に対して並列に組み込まれている。
【００４４】
また、前記制御部３３は、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電圧を検出する電圧検出部（検出センサ）３４と、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電流を検出する電流検出部（検出センサ）３５と、端数太陽電池列２７の開放電圧の、例えば８０％程度の目標電圧値（電圧指令値）Ｖ１ を設定する電圧設定部３６と、この電圧設定部３６から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差を元に電流指令値Ｉ１ を作成する電圧制御部３７と、この電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較してＰＷＭ（パルス・ウィズス・モジュレーション）駆動パルスを発生する電流制御部３８と、この電流制御部３８からのパルス信号により前記スイッチング素子Ｔを制御する駆動部であるＰＷＭ駆動部３９とを備えている。
【００４５】
この場合、目標電圧値設定手段は電圧設定部３６であり、電流制御手段は、電圧検出部３４と電流検出部３５と電圧制御部３７と電流制御部３８とＰＷＭ駆動部３９とから構成される。
【００４６】
そして、上記のように構成された電源装置Ｇは、その入力接続端子２８、２９でリード線４０、４１を介して端数太陽電池列２７の出力端子２７−１、２７ー２に接続し、また、出力接続端子３０、３１はリード線４２、４３を介してインバータ装置１０の入力端子１０−１、１０ー２に接続して、主太陽電池構成（６直列４配列アレイ）２６の出力回路に組み込まれている。
【００４７】
次に、上記のように構成された太陽光発電装置の作動を説明する。
前記電圧設定部３６において、端数太陽電池列２７の開放電圧の、例えば８０％程度の目標電圧値Ｖ１ を設定する。次に、電圧検出部３４で端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を検出する。そして、電圧制御部３７において、電圧設定部３６から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差を元に電流指令値Ｉ１ を作成する。
【００４８】
端数太陽電池列２７における出力電流Ｉ−出力電圧Ｖの関係は、図６に示すような曲線特性を有する。したがって、目標電圧値Ｖ１ より出力電圧Ｖ０ が高い場合には、これらの電圧差ΔＶ（Ｖ０ −Ｖ１ ）を無くすべく、この電圧差ΔＶに見合った端数太陽電池列２７の出力電流を多く流せばよい。この出力電流を多く流すために、すなわち、電圧差ΔＶを無くすべく電流指令値Ｉ１ を作成する。
【００４９】
そして、電流検出部３５が端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を検出する。次に、電流制御部３８において、電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較して電流差ΔＩ（Ｉ０ −Ｉ１ ）を検出し、ＰＷＭ駆動パルスを発生する。そして、このパルス信号によりＰＷＭ駆動部３９が前記スイッチング素子Ｔを制御し、電流指令値Ｉ１ に見合う出力電流が直流／直流電力変換回路３２に流れるようにして、端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を目標電圧値Ｖ１ に近づけて端数太陽電池列２７の出力電流をインバータ装置１０に入力して、この端数太陽電池列２７を有効利用する。
【００５０】
直流／直流電力変換回路３２において出力電流を制御するのであるが、この電流制御は、スイッチング素子ＴであるトランジスタＴｒがパルス信号によりオン・オフ作動によりなされる。すなわち、トランジスタＴｒがパルス信号によりオン作動すると、入力端子（入力電源Ｖｉｎ）からコイルＬと通して端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ が流れる。コイルＬを流れる電流は、図７に示すように時間に比例して単調に増加することから（数１）のようになる。
【００５１】
【数１】
【００５２】
【数２】
【００５３】
出力電流をＩ０ 、負荷抵抗をＲとすると、出力電力ＰとコイルＬの蓄積電力が等しいために（数３）のようになり、出力電流Ｉ０ は（数４）に示すようになって、トランジスタＴｒの導通期間ｔｏｎ及び繰り返し周波数ｆに比例する。
【００５４】
【数３】
【数４】
【００５６】
上記した実施の形態２によれば、前記電圧設定部３６で端数太陽電池列２７の目標電圧値Ｖ１ を設定し、前記電流制御手段で、前記電圧設定部３６が設定した目標電圧値Ｖ１ と前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ との電圧差ΔＶに見合う電流を制御して前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ が目標電圧値Ｖ１ になるように制御し、前記直流／直流電力変換回路３２で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置１０の入力電圧に追従することができる。
【００５７】
したがって、前記インバータ装置１０の最大電力点追従機能を保持するなど、インバータ装置１０に影響を与えることなく、簡単な電源装置Ｇによりインバータ装置１０に端数太陽電池列２７を接続することができる。
【００５８】
（実施の形態例３）
図９に本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例３を示す。この実施の形態例３の電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置が、上記した実施の形態例２の電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置と異なるところは、その電源装置Ｇの制御部３３の構成であり、他の構成は実施の形態例２の電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置と同様であるので、実施の形態例２と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５９】
実施の形態例３の太陽光発電装置の電源装置Ｇの制御部３３は、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電圧を検出する電圧検出部（検出センサ）３４と、直流／直流電力変換回路３２に設けられて端数太陽電池列２７の出力電流を検出する電流検出部（検出センサ）３５と、端数太陽電池列２７の出力電力の最大電力点ＰＭａｘを探索して最大電力点ＰＭａｘの電圧を目標電圧値Ｖ１ とするための目標電圧値設定手段としての最大電力点追従制御部（最大電力点追従制御手段）４４と、この最大電力点追従制御部４４から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差ΔＶを元に電流指令値Ｉ１ を作成する電圧制御部３７と、この電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較してＰＷＭ駆動パルスを発生する電流制御部３８と、この電流制御部３８からのパルス信号により前記スイッチング素子Ｔを制御するＰＷＭ駆動部３９とを備えている。
【００６０】
最大電力点追従制御部４４における最大電力点追従制御は、基本的には電圧を変動させて、電力変化によって次回の変動方向を決定する方法が用いられる。例えば、電圧を１Ｖ上昇させて電力変化がマイナスであれば、次回に電圧を−１Ｖ変動させる方法である。
【００６１】
すなわち、図１０のフローチャートにおいて、端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を出力電圧範囲の上限から減少方向に、また、出力電圧Ｖ０ の下限方向から増加方向にΔＶ変化させ（ステップＳ１）、その出力電圧Ｖ０ の変化に伴う直流電流を計測し（ステップＳ２）、演算手段により直流電力を演算する（ステップＳ３）。この直流電力が変化前の直流電力と比べて増加しているか否かを判断し（ステップＳ４）、直流電力が増加していると判断されると、電圧変動方向をそのまま（ステップＳ５）としてステップＳ１に向かう。また、ステップＳ４で直流電力が増加していないと判断されると、電圧変動方向が反転した（ステップＳ５）としてステップＳ１に至る。
【００６２】
次に、上記のように構成された太陽光発電装置の作動を説明する。
前記最大電力点追従制御部４４において、電流検出部３５で検出された端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ と、電圧検出部３４で検出された端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを入力として、端数太陽電池列２７の出力電力の最大電力点ＰＭａｘを探索し、最大電力点ＰＭａｘの電圧を目標電圧値Ｖ１ とする。
【００６３】
そして、電圧制御部３７において、電圧設定部３６から出力した目標電圧値Ｖ１ と電圧検出部３４が検出した端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ とを比較して電圧差ΔＶを元に電流指令値Ｉ１ を作成する。
【００６４】
次に、電流制御部３８において、電圧制御部３７から出力した電流指令値Ｉ１ と電流検出部３５が検出した端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ とを比較して電流差ΔＩを検出し、ＰＷＭ駆動パルスを発生する。そして、このパルス信号によりＰＷＭ駆動部３９が前記スイッチング素子Ｔを制御し、電流指令値Ｉ１ に見合う出力電流Ｉ０ が直流／直流電力変換回路３２に流れるようにして、端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ を目標電圧値Ｖ１ に近づけて端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ をインバータ装置１０に入力して、この端数太陽電池列２７を有効利用する。
【００６５】
上記した実施の形態３によれば、前記最大電力点追従制御部４４において、端数太陽電池列２７の出力電力の最大電力点ＰＭａｘを探索し、最大電力点ＰＭａｘの電圧を目標電圧値Ｖ１ とし、前記電圧設定部３６で端数太陽電池列２７の目標電圧値Ｖ１ を設定し、前記電流制御手段で、前記電圧設定部３６が設定した目標電圧値Ｖ１ と前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ との電圧差ΔＶに見合う電流を制御して前記端数太陽電池列２７の出力電圧Ｖ０ が目標電圧値Ｖ１ になるように制御し、前記直流／直流電力変換回路３２で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列２７の出力電流Ｉ０ を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置１０の入力電圧に追従することができる。
【００６６】
したがって、前記インバータ装置１０の最大電力点追従機能を保持するなど、インバータ装置１０に影響を与えることなく、簡単な電源装置Ｇによりインバータ装置１０に端数太陽電池列２７を接続することができる。
【００６７】
なお、上記した実施の形態例１〜３では、家屋２１の屋根２２に設置される電源装置及びこの電源装置を用いた陽光発電装置について述べたが、本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置はこれに限らず、ソーラーカー等の太陽光発電を必要とする物体についても適用できるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係わる電源装置によれば、複数の太陽電池を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むようにしたことにより、前記電源装置により端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むことができる。このために、太陽電池を設置する物体、例えば屋根の形状／面積の制限を受けることなく太陽電池を取り付けることが可能になり、屋根面積を十分に活用することができる。したがって、太陽電池を設置する物体、例えば屋根と太陽電池の利用度を高め経済性を高めることが可能になる。
【００７０】
また、請求項１の発明に係わる電源装置によれば、前記端数太陽電池列の目標電圧値を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御する電流制御手段と、この電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して前記インバータ装置の入力電圧に追従する制御回路とを、前記目標電圧値設定手段で端数太陽電池列の目標電圧値を設定し、前記電流制御手段で、前記目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御し、前記制御回路で、前記電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して（出力インピーダンスを大にし）前記インバータ装置の入力電圧に追従することができる。
【００７１】
したがって、前記インバータ装置の最大電力点追従機能を満足させるなど、インバータ装置に影響を与えることなく、簡単な電源手段によりインバータ装置に端数太陽電池列を接続することができる。
【００７２】
また、請求項２の発明に係わる電源装置によれば、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の開放電圧を基準値にして定めた電圧値を目標電圧値として設定する電圧設定手段であることにより、上記した請求項１の発明と同様な効果を奏し得る。
【００７３】
また、請求項３の発明に係わる電源装置によれば、請求項１記載の電源装置において、前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の出力電力の最大電力点の電圧を目標電圧値として設定する最大電力点追従制御手段であることにより、上記した請求項１の発明と同様な効果を奏し得る。
【００７４】
また、請求項４の発明に係わる電源装置によれば、請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載の電源装置において、前記電流制御手段が、前記端数太陽電池列の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記端数太陽電池列の出力電流を検出する電流検出部と、前記目標電圧値設定手段により設定された目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成する電圧制御部と、前記電圧制御部から出力した電流指令値と前記電流検出部が検出した前記端数太陽電池列の出力電流値とを比較して駆動パルスを発生する電流制御部と、前記電流制御部からのパルス信号により前記制御回路を制御する駆動部とを備えたことにより、上記した請求項１の発明と同様な効果を奏し得るばかりか、前記電圧制御部において、目標電圧値設定手段から出力した目標電圧値と電圧検出部が検出した端数太陽電池列の出力電圧値とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成し、電流制御部において、電圧制御部から出力した電流指令値と電流検出部が検出した端数太陽電池列の出力電流値とを比較して電流差を検出してパルス信号を発生し、このパルス信号により駆動部が制御回路を制御し、電流指令値に見合う出力電流が制御回路に流れるようにして、端数太陽電池列の出力電圧を目標電圧値に近づけて端数太陽電池列の出力電流をインバータ装置に入力して、この端数太陽電池列を有効利用することができる。
【００７５】
また、請求項５の発明に係わる電源装置によれば、請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の電源装置において、前記制御回路は、スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフ作動させて、このスイッチング素子の導通期間と、繰り返し周波数を制御することにより前記端数太陽電池列の出力電流を制御する電流制御構成であることにより、上記した請求項１ないし請求項４の発明と同様な効果を奏し得るばかりか、電源装置の構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽光発電による分散型電源と商用電源とを系統連系する系統連系システムの構成説明図である。
【図２】（１）は本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置を備えた家屋の斜視図である。
（２）は本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例１の構成説明図である。
【図３】本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置における太陽電池アレイの構成説明図である。
【図４】同太陽電池アレイの構成するモジュールの構成説明図である。
【図５】同モジュールの等価回路図である。
【図６】太陽光発電装置のＶ−Ｉ、Ｖ−Ｐ特性図である。
【図７】制御回路の電流波形図である。
【図８】本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例２の構成説明図である。
【図９】本発明に係わる電源装置及びこの電源装置を用いた太陽光発電装置の実施の形態例３の構成説明図である。
【図１０】最大電力点追従動作のフローチャートである。
【符号の説明】
８ 太陽電池アレイ
１０ インバータ装置
２５ 一定数の太陽電池構成
２６ 主太陽電池構成
２７ 端数太陽電池列
３２ 直流／直流電力変換回路（制御回路）
３３ 制御部
３４ 電圧検出部
３５ 電流検出部
３６ 電圧設定部（目標電圧値設定手段）
３７ 電圧制御部
３８ 電流制御部
３９ ＰＷＭ駆動部（駆動部）
４４ 最大電力点追従制御部（最大電力点追従制御手段、目標電圧値設定手段）
Ｇ 電源装置（電源手段）
Claims (5)
- 複数の太陽電池を直列に接続して成る一定数の太陽電池構成を複数列並列に接続して主太陽電池構成とし、一定数の太陽電池構成に満たない端数太陽電池列で出力した直流電力を、前記主太陽電池構成の出力側に接続されたインバータ装置に取り込むべく、前記端数太陽電池列の目標電圧値を設定する目標電圧値設定手段と、この目標電圧値設定手段が設定した目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧との電圧差に見合う電流を制御して前記端数太陽電池列の出力電圧が目標電圧値になるように制御する電流制御手段と、この電流制御手段により前記端数太陽電池列の出力電流を制御して前記インバータ装置の入力電圧に追従する制御回路とを有して構成したことを特徴とする電源装置。
- 前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の開放電圧を基準値にして定めた電圧値を目標電圧値として設定する電圧設定手段である請求項１記載の電源装置。
- 前記目標電圧値設定手段が、前記端数太陽電池列の出力電力の最大電力点の電圧を目標電圧値として設定する最大電力点追従制御手段である請求項１記載の電源装置。
- 前記電流制御手段が、前記端数太陽電池列の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記端数太陽電池列の出力電流を検出する電流検出部と、前記目標電圧値設定手段により設定された目標電圧値と前記端数太陽電池列の出力電圧とを比較して電圧差を元に電流指令値を作成する電圧制御部と、前記電圧制御部から出力した電流指令値と前記電流検出部が検出した前記端数太陽電池列の出力電流値とを比較して駆動パルスを発生する電流制御部と、前記電流制御部からのパルス信号により前記制御回路を制御する駆動部とを備えた請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載の電源装置。
- 前記制御回路は、スイッチング素子をパルス信号によりオン・オフ作動させて、このスイッチング素子の導通期間と、繰り返し周波数を制御することにより前記端数太陽電池列の出力電流を制御する電流制御構成である請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載の電源装置。
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