JP5613963B2 - 太陽電池モジュール電源システム - Google Patents

Description

本発明は太陽電池モジュールの監視用回路の電源システムに関する。

太陽電池による発電システムは一般的に屋根の上或いは広大な土地に多数のストリングを並べて構成されるのが一般的である。こうした設置状況では，外的要因又は太陽電池モジュールそのものの劣化，寿命などによる発電量の低下等への対処等，太陽電池モジュールの保守は重要である。

特開２０１０−２６３０２７ 特開平９−１０２６２２

一般的な太陽電池発電システムは図１に示すようにストリング１は複数の太陽電池モジュール２で構成され，太陽電池モジュール２は複数の太陽電池セル３で構成される。

この太陽電池発電システムの発電能力の維持管理の為には太陽電池モジュール２個々の動作状況を把握する必要があり，発電状態を把握する為の電子回路を太陽電池モジュール２内又は近傍に設ける必要がある。太陽電池モジュール２が発電しているときは当該太陽電池モジュール２が発電した電力を上記電子回路に供給することができるが，発電していないときには当該太陽電池モジュール２から電力を得ることができないので，隣接する太陽電池モジュール２又はインバータ５等の外部から或いは太陽電池モジュール２に配された電池から電力を得る必要がある。外部から電力を得る場合は電力供給線が必要であり，電池を使う場合は寿命・コスト等の問題が生じる。

こうした事から太陽電池モジュール２が発電している時或いは発電していない時にかかわらず発電状態を把握する為の電子回路即ち，図１に示す電圧測定手段８，通信手段１０及びＣＰＵｐ６等の電子回路を動作させる為に必要な電力を供給する配線或いは電池が不要な監視システムが期待される。

一般的に太陽電池発電システムでは，図１に示すように，複数の太陽電池セル３を直列に接続し，バイパスダイオード４と組み合わせて構成される太陽電池モジュール２が直列に接続されてストリング１を構成する。そしてその出力はインバータ５に接続されている。

太陽電池発電システムについてはストリング１毎に，或いは太陽電池モジュール２毎に正常に発電しているか或いは発電効率が悪くなっていないか等監視をして太陽電池モジュール２の表面の汚れの清掃，太陽光を遮蔽する落ち葉などの除去或いは太陽電池モジュール２の交換等が必要かを判断し，効率良く運転する事が求められる。

各太陽電池モジュール２の発電状況はインバータ５に配された通信手段１０の出力であるデータ要求線ｐ１２がアクティブになるとこれを受けた太陽電池モジュール２の電圧測定手段８は当該太陽電池モジュール２が発電する電圧を測定しこれを通信手段１０，データ通信線ｐ１１を通じてインバータ５に送信する。送信が完了すると通信手段１０の出力であるデータ要求線ｐ１２をアクティブにして隣の太陽電池モジュール２に電圧の測定を要求する。要求を受けた太陽電池モジュール２は同様に電圧を測定しこれを通信手段１０，データ通信線ｐ１１を通じてインバータ５に送信する。以上の手順を順次繰り返す事により各太陽電池モジュール２の電圧値はそれぞれインバータ５に送信される。更には電流測定手段９により測定されたストリング１の電流値及び上記測定された各太陽電池モジュール２の電圧値はデータ通信線ｂ１３通じて監視システムセンターへ送信される。

この事によって各太陽電池モジュール２がどういった発電状況になっているかを把握する事が可能になる。

上述の測定及び通信は通常，各太陽電池モジュール２に配された電圧測定手段８，通信手段１０及びＣＰＵｐ６（マイコン），インバータ５に配された電流測定手段９，通信手段１０及びＣＰＵｂ７（マイコン）によって実行される。この為にはこれら電子回路を動作させる為の電源が必要となる。

しかも太陽電池モジュール２個々の発電状況を監視する為には，太陽電池モジュール２が何らかの要因により発電しなくなった場合をも含めて監視する必要があり，上記電圧測定手段８，通信手段１０及びＣＰＵｐ６を動作させる為の電源を他から得るのではなく，また電池を用いることなく太陽電池モジュール２内に或いは近傍に用意する事が重要でありその方法を以下に説明する。

さて太陽電池モジュール２の出力は通常，大凡１５Ｖ以上である。この時バイパスダイオード４には逆方向の電圧が印加される事になり電流は流れていない。
この状態（状態１）ではバイパスダイオード４のアノード側が−，カソード側が＋である。

次に太陽電池モジュール２が何らかの要因により発電しなくなった場合（状態２）について考察する。この場合は他の太陽電池モジュール２が発電する電流がバイパスダイオード４を通じて流れる事になり，この場合はバイパスダイオード４のアノード側が＋，カソード側が−となる。即ちバイパスダイオード４に印加される電圧は反転する事になる。

即ち，状態１及び状態２のいづれの状態にあっても上記電圧測定手段８，通信手段１０及びＣＰＵｐ６に電力を供給することのできる電源方式が実現できれば好適である事が判る。

上記状態１或いは状態２において動作する図２に示す電源回路１５−１について説明する。状態１の場合では太陽電池モジュール２の出力電圧は大凡１５Ｖ以上でありバイパスダイオード４には逆方向の電圧が印加されている。この出力はダイオード２１を通じてレギュレータ回路１６に入力されるので所定の電圧にレギュレートされ，上記電圧測定手段８，通信手段１０及びＣＰＵｐ６で成る負荷２５に供給される。又この状態においては昇圧回路１７には上記出力がダイオード２０によりブロックされているので動作しない。

一方状態２の場合はバイパスダイオード４のフォワードドロッブ電圧がダイオード２０のそれより大きいので昇圧回路１７を動作させるに十力な電圧が昇圧回路１７に印加される。そして昇圧された出力はダイオード１９，レギュレータを通じて所定の電圧が負荷２５に供給される。尚ここではバイパスダイオード４のフォワードドロップがダイオード２０のそれより充分大きく昇圧回路１７の動作が可能としたが，バイパスダイオード４を図４に示すように２段以上にする或いはダイオード２０にフォワードドロップの低いショットキーダイオードを用いる事も安定した動作の為には有効である。

また太陽電池モジュール２に採用されるバイパスダイオード４のフォワードドロップは１Ｖ程度であること，そして家庭用などで一般的に使われる太陽電池モジュール２は，モジュール内を２〜４分割し，個々にバイパスダイオード４が配されている。この場合にはバイパスダイオードのフォワードドロップは２Ｖ〜４Ｖ程度となるので電源回路１５−１の昇圧回路１７の動作に充分な電圧が印加される事になる。

以上の事からバイパスダイオード４の両端に生じる電圧の極性がプラス，マイナス或いはマイナス，プラスのいずれであっても，負荷２５に適切な電力を供給できる事になる。即ち，太陽電池モジュール２が正常に発電しているときは勿論，正常に発電していないとき或いは発電していない場合でも電圧測定手段８，通信手段１０及びＣＰＵｐ６等の電子回路を正常に機能させることが可能となる。

太陽電池モジュール２が正常に発電している時又は発電していない時に関わらず，バイパスダイオード４の両端から電子回路を駆動する為の電源を得る事ができるので太陽電池モジュール２に外部から電源を供給する為の電源供給線或いは電池を搭載しなくても太陽電池モジュール２の発電状況監視システムが実現できる。

太陽電池構成図 電源回路１５−１ 電源回路１５−２ 電源回路１５−３

ここでは図３，図４に示す電源回路１５−２，電源回路１５−３について説明する。電源回路１５−２は昇圧回路１７の出力とレギュレータ回路１６の出力をダイオード２２でオア接続したものである。上記状態１の場合は電源回路１５−１と同様にダイオード２１，レギュレータそしてダイオード２２を通じて所定の電圧が負荷２５に印加される。又状態２の場合はダイオード２０を通じて昇圧回路１７に電力が供給され，昇圧回路１７により得られる所定の電圧がダイオード２２を通じて負荷２５に供給される。

電源回路１５−３はダイオード２３，及びダイオード２４により昇圧降圧型電源回路１８に電力を供給するものである。即ち，上記状態１の場合は太陽電池モジュール２の出力電圧はダイオード２３を通じて昇圧降圧型電源回路１８に供給され，状態２の場合はダイオード２４を通じてバイパスダイオード４のフォワードドロップ電圧が昇圧降圧型電源回路１８に供給される。即ち状態１，状態２のどちらの場合においても所定の出力電圧に設定された昇圧降圧型電源回路１８の出力が負荷２５に供給される。

尚上記説明した電源回路１５−１，電源回路１５−２及び電源回路１５−３に於いては昇圧回路１７或いは昇圧降圧型電源回路１８の動作に必要な電圧が印加されるよう配慮する心要がある。特に電源回路１５−３の場合はダイオード２３及びダイオード２４が其々２個直列に接続されるので，バイパスダイオード４のフォワードドロップと使用されるバイパスダイオード４の数の積をダイオード２３，ダイオード２４のフォワードドロップ及び昇圧降圧型電源回路１８の動作に必要な電圧の和より充分高くとる事により安定した動作が可能となる。

１ ストリング
２ 太陽電池モジュール
３ 太陽電池セル
４ バイパスダイオード
５ インバータ
６ ＣＰＵｐ
７ ＣＰＵｂ
８ 電圧測定手段
９ 電流測定手段
１０ 通信手段
１１ データ通信線ｐ
１２ データ要求線ｐ
１３ データ通信線ｂ
１４ データ要求線ｂ
１５ 電源回路
１６ レギュレータ回路
１７ 昇圧回路
１８ 昇圧降圧型電源回路
１９ ダイオード
２０ ダイオード
２１ ダイオード
２２ ダイオード
２３ ダイオード
２４ ダイオード
２５ 負荷

Claims (1)

1. 複数の太陽電池セルを直列に接続し，バイパスダイオードと組み合わせて構成される太陽電池モジュールが直列に接続されてストリングを構成するシステムにおいて使用する電源回路であって，少なくとも，当該太陽電池モジュールが正常に発電している場合は動作せず，正常に発電していない場合に動作する昇圧回路を有し，当該太陽電池モジュールが正常に発電している場合は自ら発電した電圧から，正常に発電していない場合は他の太陽電池モジュールの発電による電流が当該太陽電池モジュールのバイパスダイオードを流れることで発生する順方向電圧降下を前記昇圧回路により昇圧して得られる電圧から，太陽電池モジュールの状態を監視する回路に電力を供給することを特徴とする電源回路

Images