JP6536552B2

JP6536552B2 - 太陽光発電システム

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Publication number: JP6536552B2
Application number: JP2016240478A
Authority: JP
Inventors: 大典佐藤; 高弘平野; 三好　達也; 達也三好
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2036-12-12
Also published as: EP3333665A1; US10476274B2; BR102017026507A2; EP3333665B1; BR102017026507B1; CN108233514B; CA2988232A1; KR20180067433A; CA2988232C; KR101980456B1; JP2018098880A; US20180166882A1; RU2666123C1; MY186150A; TWI649524B; TW201827765A; CN108233514A

Description

本開示は、太陽光発電システムに関する。

特許文献１には、太陽光発電システムが開示されている。特許文献１記載の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール、電力変換回路、制御回路及び負荷を有する。太陽電池モジュールは、所定起電力の複数の太陽電池セルをアレイ状に配列して構成される。

ところで、複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールにおいては、日陰となった太陽電池セルが電気回路における負荷となって電力を消費する。その結果、日陰となった太陽電池セルが異常発熱するおそれがある。異常発熱を回避するために、バイパスダイオードを用いた太陽電池モジュールが知られている。例えば、特許文献２には、バイパスダイオードと複数の太陽電池セルとが並列接続された太陽電池モジュールが開示されている。

特開２００４−２８０２２０号公報特開２０１１−２４９７９０号公報

しかしながら、バイパスダイオードがオープン故障した場合、日陰となった太陽電池セルに電流が流れ、異常発熱が発生してしまう。本技術分野では、制御により太陽電池セルの異常発熱を抑制することができる太陽光発電システムが望まれている。

本開示の一側面に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールに接続され、太陽電池モジュールの出力電圧を目標出力電圧に制御する電力変換部と、目標出力電圧を決定する制御部と、を備え、制御部は、目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する。

Ｖ_ＴＬ（Ｉ_ｒｒ，Ｔ）は、使用光量Ｉ_ｒｒ、温度Ｔにおける目標出力電圧の下限値であり、Ｖ_ＯＣ（Ｉ_ｒｒ，Ｔ）は使用光量Ｉ_ｒｒ、温度Ｔにおける太陽電池モジュールの開放電圧であり、ｎは直列接続された複数の太陽電池セルの枚数であり、Ｖ_ＢＤ（Ｔ）は、温度Ｔにおける１枚の太陽電池セルの逆方向降伏電圧の正値であり、αは許容誤差である。

この太陽光発電システムでは、数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽電池セルの少なくとも一部が日陰となり、かつ、数式（１）を用いて設定された下限値より下回る目標出力電圧の場合、日陰となった太陽電池セルが逆方向降伏状態で通電する。この場合、日陰となった太陽電池セルにて電力が消費され、発熱してしまう。数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値が設定されることにより、太陽電池セルが逆方向降伏状態で通電することを回避することができる。よって、この太陽光発電システムは、制御により太陽電池セルの異常発熱を抑制することができる。

一実施形態において、太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっているか否かを判定する日陰判定部を備えてもよい。この場合、制御部は、日陰判定部により太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっていると判定されたときに、目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する。

上記構成を有する太陽光発電システムでは、日陰判定部により太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっていると判定されたときに、つまり、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに、目標出力電圧の下限値を設定することができる。

一実施形態において、太陽光発電システムは、第一ダイオードと、第二ダイオードと、第一ダイオード及び第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障しているか否かを判定する故障判定部と、を備えてもよい。この場合、直列接続された複数の太陽電池セルは、第一太陽電池セル直列群と第二太陽電池セル直列群とに少なくとも分けられ、第一ダイオードと第一太陽電池セル直列群とが並列接続され、第二ダイオードと第二太陽電池セル直列群とが並列接続されており、制御部は、故障判定部により第一ダイオード及び第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障していると判定された場合、目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する。

上記構成を有する太陽光発電システムでは、故障判定部により第一ダイオード及び第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障していると判定されたときに、つまり、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに、目標出力電圧の下限値を設定することができる。

本開示によれば、制御により太陽電池セルの異常発熱を抑制することができる。

第一実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。図１の太陽電池モジュールを示す平面図である。図１の太陽電池モジュールの電流−電圧特性を示すグラフである。図１の太陽光発電システムの出力決定処理を説明するフローチャートである。変形例に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。第二実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。目標出力電圧の決定処理を示すフローチャートである。第三実施形態に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。目標出力電圧の決定処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

［第一実施形態］
［太陽光発電システム１００の構成］
図１は、第一実施形態に係る太陽光発電システム１００を示すブロック図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１を示す平面図である。太陽光発電システム１００は、太陽光を用いて発電し、その電力を蓄電するシステムである。図１及び図２に示されるように、太陽光発電システム１００は、太陽電池モジュール１、電圧計２、電流計３、ＤＣ−ＤＣコンバータ４（電力変換部の一例）、蓄電池５及び制御部６を備える。

太陽電池モジュール１は、太陽光を用いて発電する複数の素子を組み立ててユニット化した部品である。太陽電池モジュール１は、電力を出力する。太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル１０、及び、出力端子１３，１４を有する。

太陽電池セル１０は、エネルギー変換素子である。太陽電池セル１０は、受光面に太陽光を受光すると、受光した太陽光のエネルギーを電力に変換して出力する。太陽電池セル１０としては、特定の構成に限定されず、公知の太陽電池セルが採用される。

太陽電池セル１０それぞれは、同一構成であり、直列接続されている。つまり、太陽電池セル１０それぞれは電気的に互いに直列に接続されている。これらの太陽電池セル１０は、複数の太陽電池セル直列群１１を形成している。太陽電池セル直列群１１それぞれは、直列接続されている。本実施形態において、これらの太陽電池セル１０は、３つの太陽電池セル直列群１１を形成している。具体的な一例として、太陽電池セル１０の枚数は全部で３６枚であり、太陽電池セル直列群１１を形成している太陽電池セル１０の枚数は１２枚である。

出力端子１３は、太陽電池モジュール１における低電位の電力出力端に設けられた端子である。出力端子１３は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ４の低電位の電力入力端子に電気的に接続される。出力端子１４は、太陽電池モジュール１における高電位の電力出力端に設けられた端子である。出力端子１４は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ４の高電位の電力入力端子に電気的に接続される。

電圧計２は、電気回路中の電圧（電位差）を計測する計測器である。電圧計２は、太陽電池モジュール１と並列に接続される。より具体的な一例として、電圧計２は、太陽電池モジュール１の出力端子１３と出力端子１４との間に電気的に接続されており、太陽電池モジュール１により出力される電圧を計測する。電流計３は、電気回路中の電流を計測する計測器である。電流計３は、太陽電池モジュール１と直列に接続される。より具体的な一例として、電流計３は、太陽電池モジュール１の出力端子１４に対して電気的に接続されており、太陽電池モジュール１から出力される電流を計測する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、電力を変換する機器である。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池モジュール１に接続される。図中では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池モジュール１と蓄電池５との間に電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池モジュール１の出力電圧を目標出力電圧に制御する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、目標出力電圧に制御された出力電圧を所定電圧へ変換する。より具体的な一例としては、ＤＣ−ＤＣコンバータ４は、太陽電池モジュール１により出力される電圧及び電流を変換し、蓄電池５に出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ４としては、特定の構成に限定されず、公知のＤＣ−ＤＣコンバータが採用される。

蓄電池５は、太陽電池モジュール１により電力が入力されることで充電可能なバッテリである。蓄電池５は、繰り返し充放電可能なバッテリであれば特定のバッテリに限定されない。

制御部６は、演算装置であり、例えばＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)などを備えた一般的なコンピュータとして構成される。制御部６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４に接続され、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の動作を制御する。具体的な一例としては、制御部６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の目標出力電圧を決定する。

制御部６は、一例として、太陽電池モジュール１の出力電力が最大となる目標出力電圧を決定する。制御部６は、種々の公知の手法を採用することができる。例えば、制御部６は、太陽光発電システム１００においてＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)制御を実行するように、ＤＣ−ＤＣコンバータ４の動作を制御する。ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池モジュール１の出力電圧を変化させ、電圧の変化前後における電力を比較して、より電力が大きくなる電圧を採用する制御方法である。より具体的な一例としては、制御部６は、電圧計２により計測された電圧、及び、電流計３により計測された電流に基づいて、太陽電池モジュール１により発電された電力を算出する。

さらに、制御部６は、目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する。

ここで、Ｖ_ＴＬ（Ｉ_ｒｒ，Ｔ）は、使用光量Ｉ_ｒｒ、温度Ｔにおける目標出力電圧の下限値であり、Ｖ_ＯＣ（Ｉ_ｒｒ，Ｔ）は使用光量Ｉ_ｒｒ、温度Ｔにおける太陽電池モジュールの開放電圧であり、ｎは直列接続された複数の太陽電池セルの枚数であり、Ｖ_ＢＤ（Ｔ）は、温度Ｔにおける１枚の太陽電池セルの逆方向降伏電圧の正値であり、αは許容誤差である。このような下限値を採用する理由は、日陰となった太陽電池セル１０が発熱することを回避するためである。詳細については後述する。

太陽電池モジュール１の開放電圧Ｖ_ＯＣは、例えばＩＥＣ（International Electro-technical Commission）規格であるＩＥＣ６０９０４−１に規定された測定方法で測定される。開放電圧Ｖ_ＯＣは、使用光量Ｉ_ｒｒに依存する。数式（１）に用いる開放電圧Ｖ_ＯＣは、例えば、太陽電池モジュール１が使用光量（使用環境下における光量）上限の太陽光を受光した場合における太陽電池モジュール１の開放電圧（出力端子１３と出力端子１４との間の開放電圧）としてもよい。より具体的な一例として、使用光量の上限値の具体的な範囲は、例えば３００Ｗ／ｍ^２〜１０００Ｗ／ｍ^２である。また、太陽電池モジュール１の開放電圧Ｖ_ＯＣは、温度Ｔに依存する。例えば、太陽電池モジュール１の開放電圧Ｖ_ＯＣは、太陽電池セル１０が低温になるに連れて上昇する温度依存性を有している。数式（１）に用いる開放電圧Ｖ_ＯＣは、使用環境下における太陽電池セル１０の下限温度での太陽電池モジュール１の開放電圧としてもよい。下限温度の具体的な温度範囲は−３０℃〜９０℃である。

また、太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤは、太陽電池セル１０の電流−電圧特性に基づいて規定される。逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤは、温度Ｔに依存する。例えば、逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤは、太陽電池セル１０が低温になるに連れて低下する温度依存性を有している。太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤは、使用環境下における太陽電池セル１０の下限温度での太陽電池モジュール１の逆方向降伏電圧としてもよい。下限温度の具体的な温度範囲は−３０℃〜９０℃である。太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤの詳細な規定方法については後述する。

許容誤差αは、許容電流Ｉ_Ｔと寄生直列抵抗Ｒとの積で表現される。許容電流Ｉ_Ｔとは、温度Ｔにおいて、日陰となる太陽電池セル１０に通電させたとしても発熱が許容範囲内である電流値である。例えば、許容電流Ｉ_Ｔは、電流Ｉのときの発熱量であるＶ_ＢＤ・Ｉ［Ｗ］が太陽電池モジュール１の耐熱性に応じて許容される範囲となるように設定される。許容範囲内の発熱の一例としては、２０Ｗ〜３０Ｗである。寄生直列抵抗Ｒは、太陽電池モジュール１と太陽電池モジュール１から電圧計２が接続されている点までの経路の寄生直列抵抗の合計である。

制御部６は、下限値を設定することにより、下限値以上の目標出力電圧を決定する。下限値を用いて目標出力電圧を決定する手法は幾つか存在する。第一の手法として、制御部６は、最初に下限値以上の電圧範囲を設定し、設定された電圧範囲内において目標出力電圧を公知の手法で決定する。第二の手法として、制御部６は、最初に目標出力電圧を公知の手法で仮決定し、仮決定された目標出力電圧を下限値と比較する。そして、制御部６は、仮決定された目標出力電圧が下限値以上であれば、仮決定された目標出力電圧をそのまま目標出力電圧として採用する。一方、制御部６は、仮決定された目標出力電圧が下限値未満であれば、仮決定された目標出力電圧を破棄し、次に条件の良い目標出力電圧と下限値との比較を行う。制御部６は、上記処理を繰り返すことで目標出力電圧を決定する。

制御部６は、決定された目標出力電圧に対応する制御値をＤＣ−ＤＣコンバータ４に出力する。制御値の一例は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４のデューティ（Duty）比である。

［異常発熱の原理］
太陽電池セル１０が異常発熱する条件を説明する。太陽電池モジュール１がバイパスダイオードを有していない場合、異常発熱の発生条件は、２つの条件を満たしたときとなる。第一条件は、太陽電池モジュール１の少なくとも１つの太陽電池セル１０の受光面の一部領域又は全領域が日陰となることである。日陰とは、日光のあたる状況下において日光が遮られ、影となることをいう。一部の太陽電池セル１０の日光が遮られる原因は、例えば、天候、鳥類の糞などの遮蔽物の付着、飛来物の衝突などによるセル表面層の破損や改質などが考えられる。なお、太陽電池セル１０の全てが日陰となる場合は、当然に異常発熱は発生しない。以下では、太陽電池セル１０の全てが日陰となる場合は除外して説明する。

少なくとも１つの太陽電池セル１０が日陰となる場合、太陽電池モジュール１の出力電流は日陰となっている太陽電池セル１０の電流値に律速される。第二条件は、太陽電池モジュール１の出力電圧が所定範囲となることである。以下では、異常発熱となる太陽電池モジュール１の出力電圧の範囲の詳細を説明する。

図３は、図１の太陽電池モジュール１の電流−電圧特性を示すグラフである。図３において、横軸は太陽電池モジュール１により出力される電圧Ｖを表し、縦軸は太陽電池モジュール１により出力される電流Ｉを表す。図３の第一象限（Ｖ＞０、Ｉ＞０）では、太陽電池モジュール１は電池として機能する（順バイアス）。図３の第二象限（Ｖ＜０、Ｉ＞０）では、太陽電池モジュール１は負荷として機能する（逆バイアス）。

破線のグラフＸは、１枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合（当該太陽電池セル１０の受光面の一部分又は全面が日陰となった場合）の当該太陽電池セル１０の電流−電圧特性を示している。グラフＸは、１枚の太陽電池セルの開放電圧Ｖ_ＣＥＬＬで横軸と交わる。グラフＸは、電圧が低下するに連れて電流が上昇するものの、太陽電池セルが日陰となっているため、低い電流値で飽和する（図中Ａ１）。

グラフＸに示されるように、当該太陽電池セル１０に印加される電圧が逆方向となり（図中の第一電圧範囲ＲＶ１）、電圧が所定値まで低下（逆方向の電圧の絶対値が所定値まで増大）したときに、電流が急激且つ直線的に増大する（図中Ａ２）。太陽電池セル１０の逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤは、グラフＸのＡ２部分を直線で近似した線（図中Ａ３）が横軸と交わる点における電圧の正値と定義することができる。

実線のグラフＹは、日陰となった１枚の太陽電池セル１０を含む太陽電池モジュール１の電流−電圧特性である。太陽電池モジュール１は、第一象限の領域で動作が制御される。グラフＹは、ｎ枚の太陽電池セル１０を有する太陽電池モジュール１の開放電圧Ｖ_ＯＣで横軸と交わる。グラフＹは、出力電圧が低下するに連れて電流が上昇するものの、１枚の太陽電池セル１０が日陰となっているため当該太陽電池セル１０を流れることができる出力電流が上限とされ、その結果、低い電流値で飽和する（図中Ａ４、第三電圧範囲ＲＶ３）。

さらに、グラフＹに示されるように、日陰となった太陽電池セル１０に印加される逆方向の電圧が、ｎ−１枚の太陽電池セル１０の開放電圧に相当する出力電圧から逆方向降伏電圧Ｖ_ＢＤを差し引いた出力電圧まで低下（逆方向の電圧の絶対値が所定値まで増大）したときに、出力電流が急激且つ直線的に増大する（図中Ａ５、第二電圧範囲ＲＶ２）。第二電圧範囲ＲＶ２を数式（２）で示す。

太陽電池モジュール１の目標出力電圧が第二電圧範囲ＲＶ２内である場合、日陰となった太陽電池セル１０が逆方向降伏状態で導通する。この場合、当該太陽電池セル１０が発熱する。

なお、制御部６がＭＰＰＴ制御で目標出力電圧を決定している場合、第一電力点Ｍ１が出力最大値と選択され得る。そして、第一電力点Ｍ１を基準として目標出力電圧が第二電圧範囲ＲＶ２内に固定されることから、日陰となった太陽電池セル１０が異常発熱する状態が継続する場合がある。つまり、制御部６がＭＰＰＴ制御で目標出力電圧を決定している場合、太陽電池セル１０の異常発熱の問題がより顕著となる。

［目標出力電圧の下限値］
上述したとおり、目標出力電圧が第二電圧範囲ＲＶ２内に設定された場合には、発熱する。制御部６は、目標出力電圧の下限値を上述した数式（１）を用いて設定することにより、目標出力電圧が第二電圧範囲ＲＶ２内に設定されることを回避する。これにより、異常発熱の発生条件である第二条件が満たされることが無くなる。図３の例では、第一電力点Ｍ１は選択されず、第二電力点Ｍ２が選択される。このように、太陽光発電システム１００は、制御により太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができる。

なお、上述した説明においては、１枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合を例示しているが、例えばｍ枚（ｍは２以上）の太陽電池セル１０が日陰となった場合、上記の式（１）の−Ｖ_ＢＤに係数ｍが係ることとなる。このとき、上記の式（１）の左辺の値は一層減少する。従って、上記の説明のように１枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合において上記の式（１）を満たしていれば、ｍ枚の太陽電池セル１０が日陰となった場合においても上記の式（１）が満たされることとなる。

［太陽光発電システム１００の下限値設定処理］
図４は、太陽光発電システム１００の出力決定処理を説明するフローチャートである。図４に示されるフローチャートは、太陽電池モジュール１から出力を得る際に、制御部６により実行される。

図４に示されるように、制御部６は、下限値設定処理（Ｓ１２）から開始する。制御部６は、下限値設定処理（Ｓ１２）として、目標出力電圧の下限値を設定する。制御部６は、数式（１）を用いて算出された下限値を、目標出力電圧の下限値として設定する。

続いて、制御部６は、目標出力電圧決定処理（Ｓ１４）として、下限値設定処理（Ｓ１２）にて設定された下限値以上の範囲内において、太陽電池モジュール１からの出力が最大となるように目標出力電圧を決定する。制御部６は、例えばＭＰＰＴ制御で用いられる目標出力電圧を決定する。制御部６は、太陽光発電システム１００の電源ＯＦＦなどのＭＰＰＴ制御の終了条件が満たされるまで、つまり、ＭＰＰＴ制御の実行中においては、目標出力電圧を所定のタイミング又は周期で決定する。制御部６は、目標出力電圧決定処理（Ｓ１４）を終了すると、図４に示される出力決定処理のフローチャートを終了する。なお、制御部６は、ＭＰＰＴ制御の実行中において目標出力電圧の下限値の設定を動的に行ってもよい。この場合には、制御部６は、下限値設定処理（Ｓ１２）を繰り返し実行し、時々刻々と設定される下限値を目標出力電圧決定処理（Ｓ１４）に反映することにより実現する。以上の処理により、目標出力電圧の下限値が設定され、下限値以上の目標出力電圧が決定される。

［変形例１］
太陽電池モジュール１は、その一部が日陰となった太陽電池セル直列群１１の入出力をバイパスさせる手段を備えていてもよい。図５は、変形例１に係る太陽電池モジュール１Ａを示す平面図である。図５に示されるように、太陽電池モジュール１Ａは、太陽電池モジュール１と比べて、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃを備える点で相違し、その他の構成は同一である。なお、以下では、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃは、バイパスダイオード１２と総称する場合がある。

直列接続された複数の太陽電池セル１０は、複数の太陽電池セル直列群１１に分けられている。図中では、直列接続された複数の太陽電池セル１０は、太陽電池セル直列群１１Ａ（第一太陽電池セル直列群の一例）、太陽電池セル直列群１１Ｂ（第二太陽電池セル直列群の一例）及び太陽電池セル直列群１１Ｃに分けられている。なお、以下では、太陽電池セル直列群１１Ａ〜１１Ｃは、太陽電池セル直列群１１と総称する場合がある。

バイパスダイオード１２は、整流作用を有する素子である。バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１に対して１つ設けられている。バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１における高電位の電力出力端及び低電位の電力出力端を接続するように設けられている。すなわち、バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１と並列接続されている（電気的に互いに並列に接続されている。）。例えば、バイパスダイオード１２Ａ（第一ダイオードの一例）は、太陽電池セル直列群１１Ａと並列接続される。バイパスダイオード１２Ｂ（第二ダイオードの一例）は、太陽電池セル直列群１１Ｂと並列接続される。バイパスダイオード１２Ｃは、太陽電池セル直列群１１Ｃと並列接続される。

バイパスダイオード１２は、太陽電池セル直列群１１における低電位の電力出力端から高電位の電力出力端に向かう方向が順方向となるように設けられている。バイパスダイオード１２では、順方向に所定以上の電圧が印加されると、太陽電池セル直列群１１における低電位の電力入力端から高電位の電力出力端に向かって電流が流れる。このため、バイパスダイオード１２は、太陽電池セル１０が日陰となった場合には、当該太陽電池セル１０を含む太陽電池セル直列群１１を流れることができない電流を迂回させるように作用する。なお、制御部６が目標出力電圧の下限値を設定することにより、バイパスダイオード１２がオープン故障した場合において、一部の太陽電池セル１０が日陰となったときであっても、当該太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができる。

［第一実施形態のまとめ］
以上、第一実施形態に係る太陽光発電システム１００によれば、数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰となり、かつ、数式（１）を用いて設定された下限値より下回る目標出力電圧の場合、日陰となった太陽電池セル１０が逆方向降伏状態で通電する。この場合、日陰となった太陽電池セル１０にて電力が消費され、発熱してしまう。数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値が設定されることにより、太陽電池セル１０が逆方向降伏状態で通電することを回避することができる。よって、この太陽光発電システム１００は、制御により太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができる。

また、制御部６がＭＰＰＴ制御で目標出力電圧を決定している場合、太陽電池セル１０の異常発熱の問題がより顕著となる。第一実施形態に係る太陽光発電システム１００によれば、ＭＰＰＴ制御で目標出力電圧を決定する場合であっても、制御により太陽電池セル１０の異常発熱を抑制することができる。

［第二実施形態］
第一実施形態に係る太陽光発電システム１００では、制御部６が数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値を常に設定している。しかし、日陰となる太陽電池セル１０が存在しない場合には、数式（１）を用いて設定される下限値以下に目標出力電圧を決定したとしても異常発熱は発生しない。したがって、異常発熱が発生する可能性があるときに限り下限値を設定することができれば、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の設定可能な電圧範囲を拡大することができる。結果として、太陽光発電システム１００の総発電量が向上する場合がある。第二実施形態に係る太陽光発電システム１００Ａでは、異常発熱が発生する可能性があるときに目標出力電圧の下限値を設定した上で目標出力電圧を決定し、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の下限値を設定することなく目標出力電圧を決定する。

［太陽光発電システム１００Ａの構成］
図６は、第二実施形態に係る太陽光発電システム１００Ａを示すブロック図である。太陽光発電システム１００Ａは、第一実施形態に係る太陽光発電システム１００と比較して、撮像装置７及び日陰判定部８を備える点、及び制御部の機能が相違し、その他の構成は同一である。

撮像装置７と日陰判定部８とは、情報のやり取りが可能に構成される。制御部６Ａと日陰判定部８とは、情報のやり取りが可能に構成される。情報のやり取りの手法については、特に限定されない。例えば、両者は、配線などにより電気的に接続されていてもよいし、無線通信又は有線通信可能に接続されていてもよいし、共有の外部記憶媒体を参照可能に構成されていてもよい。

撮像装置７は、画像素子を備える装置である。撮像装置７は、太陽電池セル１０の表面を撮像した画像を取得するように配置される。撮像装置７は、一例としてカメラである。

日陰判定部８は、演算装置であり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えた一般的なコンピュータとして構成される。日陰判定部８は、撮像装置７により取得された画像を取得する。そして、日陰判定部８は、撮像装置７により取得された画像を解析し、太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰になっているか否かを判定する。解析手法としては、公知の画像処理技術を採用することができる。

制御部６Ａは、制御部６と比べて、条件を満たしたときだけ目標出力電圧の下限値を設定する点が相違し、その他は同一である。制御部６Ａは、日陰判定部８の判定結果を取得する。そして、制御部６Ａは、日陰判定部８により太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰になっていると判定された場合、目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する。

［太陽光発電システム１００Ａの下限値設定処理］
図７は、太陽光発電システム１００Ａの出力決定処理を説明するフローチャートである。図７に示されるフローチャートは、太陽電池モジュール１から出力を得る際に、日陰判定部８及び制御部６Ａにより実行される。

図７に示されるように、太陽光発電システム１００Ａは、日陰判定処理（Ｓ２０）から開始する。日陰判定部８は、日陰判定処理（Ｓ２０）として、撮像装置７により取得された画像に基づいて、太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰になっているか否かを判定する。

制御部６Ａは、太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰になっていると判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、下限値設定処理（Ｓ２２）として、目標出力電圧の下限値を設定する。制御部６Ａは、数式（１）を用いて算出された下限値を、目標出力電圧の下限値として設定する。続いて、目標出力電圧決定処理（Ｓ２４）が実行される。

制御部６Ａは、目標出力電圧決定処理（Ｓ２４）として、下限値設定処理（Ｓ２２）にて設定された下限値以上の範囲内において、太陽電池モジュール１からの出力が最大となるように目標出力電圧を決定する。

一方、制御部６Ａは、太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰になっていないと判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）、下限値設定処理（Ｓ２２）を実行することなく、目標出力電圧決定処理（Ｓ２４）を実行する。制御部６Ａは、目標出力電圧決定処理（Ｓ２４）として、電圧範囲に制限を受けること無く太陽電池モジュール１からの出力が最大となるように目標出力電圧を決定する。

太陽光発電システム１００Ａは、目標出力電圧決定処理（Ｓ２４）を終了すると、図７に示される出力決定処理のフローチャートを終了する。太陽光発電システム１００Ａは、目標出力電圧の設定を動的に行う場合には、終了した出力決定処理のフローチャートを最初から再実行する。以上の処理により、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに目標出力電圧の下限値が設定され、下限値以上の目標出力電圧が決定される。

なお、第二実施形態に係る太陽光発電システム１００Ａは、第一実施形態に係る変形例１を採用してもよい。

［第二実施形態のまとめ］
以上、第二実施形態に係る太陽光発電システム１００Ａによれば、日陰判定部８により太陽電池セル１０の少なくとも一部が日陰になっていると判定されたときに、つまり、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに、数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽光発電システム１００Ａは、下限値の設定を動的に行うことにより、制御により太陽電池セル１０の異常発熱を抑制しつつ、太陽光発電システム１００Ａの総発電量を向上させることができる。

［第三実施形態］
第一実施形態に係る太陽光発電システム１００では、バイパスダイオードを備える太陽電池モジュール１Ａを採用した場合であっても、制御部６が数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値を常に設定している。しかし、バイパスダイオードがオープン故障していない場合には、数式（１）を用いて設定される下限値以下に目標出力電圧を決定したとしても異常発熱は発生しない。したがって、異常発熱が発生する可能性があるときに限り下限値を設定することができれば、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の設定可能な電圧範囲を拡大することができる。結果として、太陽光発電システム１００の総発電量が向上する場合がある。第三実施形態に係る太陽光発電システム１００Ｂでは、第二実施形態と同様に、異常発熱が発生する可能性があるときに目標出力電圧の下限値を設定した上で目標出力電圧を決定し、異常発熱が発生する可能性がないときには目標出力電圧の下限値を設定することなく目標出力電圧を決定する。

［太陽光発電システム１００Ｂの構成］
図８は、第三実施形態に係る太陽光発電システム１００Ｂを示すブロック図である。太陽光発電システム１００Ｂは、第一実施形態に係る太陽光発電システム１００の変形例１（バイパスダイオードを含む太陽電池モジュール１Ａを備える例）と比較して、故障判定部９を備える点、及び制御部の機能が相違し、その他の構成は同一である。

太陽電池モジュール１Ａと故障判定部９とは、情報のやり取りが可能に構成される。制御部６Ｂと故障判定部９とは、情報のやり取りが可能に構成される。情報のやり取りの手法については、特に限定されない。例えば、両者は、配線などにより電気的に接続されていてもよいし、無線通信又は有線通信可能に接続されていてもよいし、共有の外部記憶媒体を参照可能に構成されていてもよい。

故障判定部９は、演算装置であり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えた一般的なコンピュータとして構成される。故障判定部９は、バイパスダイオード１２のオープン故障を判定するための計測情報を太陽電池モジュール１Ａから取得する。計測情報の一例は、例えばバイパスダイオード１２それぞれに流れる電流値及び電圧値などである。

故障判定部９は、例えば、正常時のバイパスダイオード１２の電流−電圧特性と、計測情報に基づくバイパスダイオード１２の電流−電圧特性とを比較して、バイパスダイオード１２がオープン故障しているか否かを判定してもよい。あるいは、故障判定部９は、逆電圧印加時の太陽電池モジュール１Ａの負極から正極に向けて流れる電流値に基づいて、バイパスダイオード１２がオープン故障しているか否かを判定してもよい。

さらに他の例として、故障判定部９は、太陽電池モジュール１Ａに設けられた判定回路を用いて故障を判定してもよい。判定回路は、太陽電池モジュール１Ａの太陽電池セル直列群１１ごとに設けられる。つまり、故障判定部９は、バイパスダイオード１２ごとにオープン故障を判定する。判定回路は、バイパスダイオード１２と互いの順方向を揃えて並列接続されるＬＥＤ及びＬＥＤ駆動回路の直列回路と、極性切替スイッチとを備える。極性切替スイッチは、バイパスダイオード１２と直列回路との並列回路のアノード側端及びカソード側端と、外部接続する正極端子及び負極端子と、の間の接続極性を切り替える。故障判定部９は、太陽光を受光して発電している状態においてＬＥＤが消灯しており、続いて極性を切り替えたときにＬＥＤが点灯した場合にはオープン故障していると判定する。これにより、故障判定部９は、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃの少なくとも１つがオープン故障しているか否かを判定する。

制御部６Ｂは、制御部６と比べて、条件を満たしたときだけ目標出力電圧の下限値を設定する点が相違し、その他は同一である。制御部６Ｂは、故障判定部９の判定結果を取得する。そして、制御部６Ｂは、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃの少なくとも１つがオープン故障していると判定された場合、目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する。

［太陽光発電システム１００Ｂの下限値設定処理］
図９は、太陽光発電システム１００Ｂの出力決定処理を説明するフローチャートである。図９に示されるフローチャートは、太陽電池モジュール１Ａから出力を得る際に、故障判定部９及び制御部６Ｂにより実行される。

図９に示されるように、太陽光発電システム１００Ｂは、故障判定処理（Ｓ３０）から開始する。故障判定部９は、故障判定処理（Ｓ３０）として、計測情報に基づいて、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃの少なくとも１つがオープン故障しているか否かを判定する。

制御部６Ｂは、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃの少なくとも１つがオープン故障していると判定された場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、下限値設定処理（Ｓ３２）として、目標出力電圧の下限値を設定する。制御部６Ｂは、数式（１）を用いて算出された下限値を、目標出力電圧の下限値として設定する。続いて、目標出力電圧決定処理（Ｓ３４）が実行される。

制御部６Ｂは、目標出力電圧決定処理（Ｓ３４）として、下限値設定処理（Ｓ３２）にて設定された下限値以上の範囲内において、太陽電池モジュール１Ａからの出力が最大となるように目標出力電圧を決定する。

一方、制御部６Ｂは、バイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃの全てがオープン故障していないと判定された場合（Ｓ３０：ＮＯ）、下限値設定処理（Ｓ３２）を実行することなく、目標出力電圧決定処理（Ｓ３４）を実行する。制御部６Ｂは、目標出力電圧決定処理（Ｓ３４）として、電圧範囲に制限を受けること無く太陽電池モジュール１Ａからの出力が最大となるように目標出力電圧を決定する。

太陽光発電システム１００Ｂは、目標出力電圧決定処理（Ｓ３４）を終了すると、図９に示される出力決定処理のフローチャートを終了する。太陽光発電システム１００Ｂは、目標出力電圧の設定を動的に行う場合には、終了した出力決定処理のフローチャートを最初から再実行する。以上の処理により、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに目標出力電圧の下限値が設定され、下限値以上の目標出力電圧が決定される。

［第三実施形態のまとめ］
以上、第三実施形態に係る太陽光発電システム１００Ｂによれば、故障判定部９によりバイパスダイオード１２Ａ〜１２Ｃの少なくとも１つがオープン故障していると判定されたときに、つまり、異常発熱の発生条件を満たす可能性があるときに、数式（１）を用いて目標出力電圧の下限値が設定される。太陽光発電システム１００Ｂは、下限値の設定を動的に行うことにより、制御により太陽電池セル１０の異常発熱を抑制しつつ、太陽光発電システム１００Ｂの総発電量を向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限られない。本発明は、上述した実施形態に対して当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。

制御部６，６Ａ，６Ｂは、ＭＰＰＴ制御を実行しなくてもよい。例えば、制御部６，６Ａ，６Ｂは、太陽電池モジュール１，１Ａから出力される電圧を広範囲にわたってスキャンして電力の最大値を探索するスキャニング制御を実行してもよい。この場合でも、太陽光発電システム１００，１００Ａ，１００Ｂにおいて本実施形態の作用効果が奏される。

１，１Ａ…太陽電池モジュール、４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、５…蓄電池、６，６Ａ，６Ｂ…制御部、８…日陰判定部、９…故障判定部、１０…太陽電池セル、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…太陽電池セル直列群、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…バイパスダイオード、１００，１００Ａ，１００Ｂ…太陽光発電システム。

Claims

複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールに接続され、前記太陽電池モジュールの出力電圧を目標出力電圧に制御する電力変換部と、
前記目標出力電圧を決定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記目標出力電圧の下限値を数式（１）を用いて設定する、
太陽光発電システム。

Ｖ_ＴＬ（Ｉ_ｒｒ，Ｔ）は、使用光量Ｉ_ｒｒ、温度Ｔにおける前記目標出力電圧の前記下限値であり、Ｖ_ＯＣ（Ｉ_ｒｒ，Ｔ）は使用光量Ｉ_ｒｒ、温度Ｔにおける前記太陽電池モジュールの開放電圧であり、ｎは直列接続された前記複数の太陽電池セルの枚数であり、Ｖ_ＢＤ（Ｔ）は、温度Ｔにおける１枚の前記太陽電池セルの逆方向降伏電圧の正値であり、αは許容誤差である。
前記太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっているか否かを判定する日陰判定部を備え、
前記制御部は、前記日陰判定部により前記太陽電池セルの少なくとも一部が日陰になっていると判定された場合、前記目標出力電圧の前記下限値を数式（１）を用いて設定する、請求項１に記載の太陽光発電システム。
第一ダイオードと、
第二ダイオードと、
前記第一ダイオード及び前記第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障しているか否かを判定する故障判定部と、
を備え、
直列接続された前記複数の太陽電池セルは、第一太陽電池セル直列群と第二太陽電池セル直列群とに少なくとも分けられ、
前記第一ダイオードと前記第一太陽電池セル直列群とが並列接続され、
前記第二ダイオードと前記第二太陽電池セル直列群とが並列接続されており、
前記制御部は、前記故障判定部により前記第一ダイオード及び前記第二ダイオードの少なくとも一方がオープン故障していると判定された場合、前記目標出力電圧の前記下限値を数式（１）を用いて設定する、請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。