JP7096194B2 - 直列接続された太陽電池又はその他の電源用の動作点制御回路装置 - Google Patents

直列接続された太陽電池又はその他の電源用の動作点制御回路装置 Download PDF

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Description

本発明は、直列接続された複数の太陽電池セル又はその他の複数の電源セル（化学電池、蓄電器、燃料電池、発電機、熱電素子等）の動作点を制御する回路装置（動作点制御回路装置）に係り、より詳細には、太陽電池セル又はその他の電源セルのそれぞれに於いて互いに異なる電流が流通できるように直列接続された太陽電池セル又はその他の電源セルの動作電圧を制御する動作点制御回路装置に係る。
一つの太陽電池（セル）の発電電圧は、一般的に、種々の機械器具や充電器の動作電圧よりも低いので、そのような機械器具の作動や充電器の充電に太陽電池を利用するための一つの方法として、太陽光発電システムに於いて、複数個の太陽電池セルを直列に接続した構成（太陽電池モジュール）が採用される場合がある。しかしながら、太陽電池セルが単に直列に接続されただけの構成の太陽電池モジュールの場合、各太陽電池セルの設置角度の違いや建造物等によって一部のセル上に影が生じ、セル間の受光量にばらつきが生じると、発電量の小さいセルは抵抗(逆バイアスのダイオード)となり、太陽電池モジュールの出力を低下させることとなり得る。
より具体的に説明すると、図９（Ａ）を参照して、この分野に於いてよく知られている如く、一般に、太陽電池は、或る量の光を受けている状態に於いて、発電電圧が０Ｖから或る値まで増大すると共に電流（細実線Ｉ１００～Ｉ２５）が徐々に低減し、発電電圧が更に増大すると、電流が急激に低減する発電電圧－電流特性を有しているので、発電電力には、その大きさが最大となる最適な動作点×（最大電力点又は最適動作点と称される。）が存在する。そして、図示の如く、太陽電池の受光量が低減していくと（Ｒ＝１００％→Ｒ＝２５％）、その発電電圧－電流特性は、発電電圧に対する電流（Ｉ１００→Ｉ２５）が低減する方向に変化し、従って、発電電力（Ｐ１００→Ｐ２５）も低下して、図中点線にて示されているように、最大出力点×も変化する。このような特性の複数の太陽電池セルが回路に於いて単に直列に接続されている場合には、全ての太陽電池セルに共通の電流が流通することとなるので、全ての太陽電池セルの受光量が実質的に等しく、それらの最大出力点が実質的に一致しているときには、最大出力点に於ける電流が等しくなり、全ての太陽電池セルを最大出力点にて動作させることが可能となるが、太陽電池モジュール内の一部の太陽電池セルの受光量が影などによって低減すると、その受光量が低減された太陽電池セルでは、受光量の大きいセルと共通の電流が流れることから、その動作点が最大出力点から外れ、その発電量が、受光量の低減に対応するよりも大きな程度にて低減することとなる。また、受光量の低減された太陽電池セルは、それ自体が、かかる電流に対する抵抗となるので、電力損失を生じ、太陽電池モジュールの更なる出力低下が惹起されることにもなる。即ち、上記の如く、太陽電池モジュール内の太陽電池セル間に受光量のばらつきがあると、それに起因して、太陽電池モジュールの受光量に対応した最大の発電出力が得られないだけでなく、出力の損失も生ずることとなる。
そこで、そのような太陽電池モジュール内に於ける太陽電池セル毎の受光量のばらつきに起因する出力低下を回避するための装置として、直列に接続された太陽電池セルの各々の勳作点を個別に制御することが可能な発電動作点制御回路装置が提案されている（非特許文献１～３）。かかる発電動作点制御回路装置は、複数の太陽電池セルが直列に接続された回路構成に対して、多段昇降圧チョッパ回路を用いて、太陽電池セル毎に、発電電圧を制御して、互いに異なる電流を流通させることが可能であり、これにより、直列接続された複数個の太陽電池セルの受光量が異なる場合であっても、各太陽電池セルにそれぞれの最大出力点に於ける電流が流通するように発電電圧が調節可能であり、従って、全ての太陽電池セルに実質的に最大出力点にて発電させることが可能となっている。
また、特許文献１では、上記の如き発電動作点制御回路装置を用いた構成に於いて、図９（Ｂ）に例示されている如く、各太陽電池セルに対応して直列に接続されたｎ個（ｎは、正の整数）のスイッチング手段の列のうち、一方から数えて２ｍ－１番目（ｍは、１からｎ／２までの全ての整数）と２ｍ番目に接続されたスイッチング手段の組の全ての両端の各々に対してと２ｉ－２番目（ｉは、２からｎ／２までの全ての整数）と２ｉ－１番目に接続されたスイッチング手段の組の全ての両端の各々に対して並列にコンデンサ（「電圧安定化コンデンサ」と称される。）が接続され、スイッチング手段の列の一方から数えて奇数番目に接続されたスイッチング手段の全てが遮断状態（ＯＦＦ状態）となり、偶数番目に接続されたスイッチング手段の全てが導通状態（ＯＮ状態）となる第一の相と、奇数番目に接続されたスイッチング手段の全てが導通状態（ＯＮ状態）となり、偶数番目に接続されたスイッチング手段の全てが遮断状態（ＯＦＦ状態）となる第二の相との間で直列に接続されたスイッチング手段の状態が交互に切換えられる構成が提案されている。かかる構成に於いては、太陽電池セル毎に互いに異なる大きさの電流の流通が許される状態で、スイッチング手段のデューティ比（所定の周期の長さ、即ち、導通状態の期間と遮断状態の期間の和、に対する遮断状態の期間の長さの比）が、太陽電池セル毎に調節されるのではなく、一律に、例えば、１／２に設定され、全ての太陽電池セルの発電電圧を一律に同じ値に調節することが可能となる。この点に関して、図９（Ａ）から理解される如く、太陽電池セルの受光量が低減すると、（Ｒ＝１００％～２５％）、発電電圧に対する発電電力（Ｐ１００～Ｐ２５）及び電流値（Ｉ１００～Ｉ２５）が低減する方向に発電電圧－電流特性が変化し、これに対応して最大電力点（×）に対応する発電電圧も変化することとなるので、各太陽電池セルの実際の発電電圧を、例えば、受光量が最大の太陽電池セル（Ｒ＝１００％）の最大電力点に於ける発電電圧（一点鎖線：Ｖｍｐｐ１００）に、一律に調節した場合には、受光量の少ない太陽電池セル（Ｒ＝７５％、５０％、２５％）に於いては、実際の発電電圧が最大電力点に於ける発電電圧から外れてしまい、発電電力（Ｐ７５、Ｐ５０、Ｐ２５）が各太陽電池セルの最大電力点に於ける電力に比して低減してしまうこととなる。しかしながら、図からも理解される如く、一般に、各々の受光量の場合の発電電力特性に於いて、受光量の変化に伴う最大電力点×の電圧値の変化幅は比較的小さく、最大電力点付近での電圧値の変化に対する発電電力値の変化も比較的緩やかであるので、各太陽電池セルの実際の発電電圧を一律に調節することによる動作点の最大電力点からのずれに起因して発生し得る発電電力の低減量ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３は、然程に大きくならないことが理解される。かくして、この構成によれば、既に述べた如き太陽電池セル間の受光量のばらつきに起因する出力低下及び／又は損失を小さく抑えつつ、スイッチング手段のデューティ比を太陽電池セル毎に調節する必要がなく、一律に１／２に設定すればよいので、スイッチング手段の切換え制御が簡単化され、また、その制御の設定に要する時間と労力を大幅に低減することが可能となる。
特開２０１８－０３８２４５
清水敏久他６名、太陽/風カエネルギー講演論文集、1996年57－60頁 清水敏久、ＦＢテクニカルニュース Ｎｏ．５６ ２０００年１１月１日２２－２７頁 清水敏久他３名、"Generation Control Circuit for Photovoltaic Modules" IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.16, NO. 3, MAY 2001年 ２９３－３００頁
ところで、上記の発電動作点制御回路装置は、一つの太陽電池セルに対して一つのスイッチング手段が設けられる構成となっている。かかるスイッチング手段としては、典型的には、能動スイッチとして、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタが使用されるので、その分、コストを要する。また、各スイッチング手段に対しては、その両端子間の状態を遮断状態と導通状態とで切換えるための制御入力を制御装置から供給する回路を個別に設ける必要があり、その分、回路の構成が複雑になりやすい。この点に関し、本発明の発明者等が上記の図９（Ｂ）に例示されている如き従前の発電動作点制御回路装置の回路構成について検討したところ、上記の電圧安定化コンデンサが設けられている構成に於いては、以下に詳細に述べるインダクタ、トランスの如き手段を用いた構成によって、太陽電池セルと電圧安定化コンデンサとの間の電圧の向きが周期的に反転されるようにすると、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング手段を、ダイオード等の整流手段に置き換えても、特許文献１に記載されている回路と同様に、太陽電池セル毎に互いに異なる大きさの電流の流通が許される状態で、全ての太陽電池セルの発電電圧を一律に調節することが可能であることが見出された。そのように、スイッチング手段が整流手段に置き換えられれば、その分、コストが低減され、スイッチング手段の制御入力のための回路が不要となるので、有利となろう。本発明に於いては、この知見が利用される。
かくして、本発明の一つの主な課題は、複数個の直列に接続された太陽電池セルの列を含む太陽電池モジュールに於いて、セル毎の受光量によらず、全てのセルの発電電圧を一律に調節可能な形式の発電動作点制御回路装置であって、従前の回路構成に於けるスイッチング手段が整流手段に置き換えられている装置を提供することである。なお、「発電動作点制御回路装置」とは、直列に接続された太陽電池セルの各々の発電電圧・電流を制御するための回路部分（太陽電池セルへの接続端子、ダイオード、コンデンサ、インダクタ又はトランス等）から成る装置を指し、「太陽光発電装置」という場合には、直列に接続された太陽電池セルから成る太陽電池モジュールと発電動作点制御回路とを含む構成の装置を指すものとする。
ところで、後により詳細に説明される本発明による装置の回路構成は、太陽電池に限らず、任意の電力を出力する電源素子（例えば、化学電池、燃料電池、蓄電器、発電機、熱電素子など）が直列に接続されたモジュールに於ける各電源素子の動作電圧の制御にも利用可能である。従って、本発明の更なる課題は、複数個の太陽電池及び／又は電源素子（電池セル、蓄電器セル、発電機、熱電素子等）を直列に接続したモジュールに於ける個々の電源素子（セル）の動作点を制御する動作点制御回路装置であって、従前の回路構成に於けるスイッチング手段が整流手段に置き換えられている装置を提供することである。
本発明によれば、上記の課題の一つは、直列接続された複数の電源セルのための動作点制御回路装置であって、
一対の出力端子と、
前記一対の出力端子の間にて直列に接続される２ｋ＋１個（ｋは、正の整数）の陽極及び陰極を有する電源セルの各々の前記陽極及び前記陰極に接続される複数の電極用接続端子と、
前記一対の出力端子の間にて、前記複数の電源セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、
前記一対の出力端子の間にて、前記複数の電源セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子を介して並列に接続される整流手段にして、前記接続された一対の前記電極用接続端子のうちの前記電源セルの陰極側の前記電極用接続端子に接続される陽極と、前記接続された一対の前記電極用接続端子のうちの前記電源セルの陽極側の前記電極用接続端子に接続される陰極とを有し、前記整流手段内に於いてその前記陽極から前記陰極への方向のみ電流の流通を許す整流手段と、
前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて奇数番目の電源セルの陰極側に接続される前記電極用接続端子と前記奇数番目の電源セルに対応する整流手段の陽極との間のそれぞれに接続された反転電圧発生手段にして、その両端間にて双方向に電流が流通可能であり、且つ、前記両端間に周期的に反転する電圧を発生する反転電圧発生手段と、
前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極とその電源セルに対応する整流手段の陽極との間に接続された前記反転電圧発生手段のうちの第一の反転電圧発生手段に対して並列に接続された回路線を有し、前記第一の反転電圧発生手段の両端間にて電圧を発生させる電圧制御回路手段と、
前記回路線と前記整流手段のうちの前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する整流手段の陰極との間と、前記整流手段のうちの前記複数の電源セルの陰極側から数えて２ｊ番目（ｊは、１からｋまでの整数）の電源セルに対応する整流手段の陽極と２ｊ＋１番目の電源セルに対応する整流手段の陰極との間の各々と、前記整流手段のうちの前記複数の電源セルの陰極側から数えて２ｊ－１番目の電源セルに対応する整流手段の陽極と２ｊ番目の電源セルに対応する整流手段の陰極との間の各々とに対して並列に接続された電圧保持コンデンサと
を含み、前記電圧制御回路手段が、前記第一の反転電圧発生手段の両端間にて、任意に設定される大きさの、向きが周期的に反転する電圧を発生させる装置によって達成される。
上記の構成に於いて、「電源セル」とは、太陽電池セル、又は、例えば、化学電池、燃料電池、蓄電器、発電機、熱電素子などの任意の、陽極から電流を放出し、陰極にて電流が流入することにより、電力を出力する任意の電源素子であってよい。「整流手段」は、整流手段内に於いてその陽極から陰極への方向のみ電流の流通を許す手段であれば、任意の手段又は素子であってよく、典型的には、ダイオードであってよい。「反転電圧発生手段」とは、その両端間に電流が流通可能な導体にて構成され、且つ、任意の原理にて両端間に起電力が発生させられる素子又は手段であってよい。「反転電圧発生手段」には、後に示す如く、典型的には、インダクタ又は変圧器（トランス）のコイルが採用されるが、これに限定されない。「電圧制御回路手段」は、例えば、後に例示される如く、任意の態様にて、複数の電源セルの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極とその電源セルに対応する整流手段の陽極との間に接続された第一の反転電圧発生手段の両端に電圧を発生させる回路手段であってよい。電源セルに対して並列に接続される「コンデンサ」と「電圧保持コンデンサ」とは、通常のコンデンサであってよい（「電圧保持コンデンサ」の用語は、電源セルに並列に接続される「コンデンサ」と区別する目的で用いられている。）。第一の反転電圧発生手段の両端間に於いて発生させられる電圧の「任意に設定される大きさ」は、装置の使用者又は設計者によって、装置内の素子や手段の動作の許容範囲内にて適宜設定されてよい大きさのことを意味している。なお、第一の反転電圧発生手段の両端間に於いて発生させられる電圧は、典型的には、向きが周期的に等間隔にて反転し、双方向に於ける大きさが等しい電圧であってよいが、これに限定されない（即ち、向きによって電圧の大きさと時間が異なっていてもよい。）。
上記の装置の回路構成は、基本的には、「背景技術」の欄にて引用した特許文献１に記載されている電圧安定化コンデンサ（本発明の構成に於ける「電圧保持コンデンサ」に対応）が用いられた多段昇降圧チョッパ回路と類似の構成となっているところ、そこに於いて、直列接続された太陽電池セル又はその他の電源セルの各々に対して並列に接続されるスイッチング手段が、制御入力を必要としないダイオード等の整流手段に置き換えられた構成となっている。かかる構成に於いて、電圧制御回路手段が、第一の反転電圧発生手段の両端間にて、任意に設定される大きさを有し、その向きが周期的に反転する電圧を発生させると、後の実施形態の欄にて詳細に説明される如く、反転電圧発生手段、整流手段、電圧保持コンデンサ、並びに、各電源セルに並列のコンデンサの作用により、各電源セルにて互いに異なる電流が流通可能な状態にて、各電源セルの動作電圧（太陽電池セルの場合は、発電電圧）の大きさが、第一の反転電圧発生手段の両端にていずれかの方向に発生した電圧の大きさに一致し、特に、第一の反転電圧発生手段の両端に於いて、向きが周期的に等間隔にて反転し、双方向に於ける大きさが等しい電圧を発生させる場合には、各電源セルの動作電圧が一律に同じ大きさに調整することが可能となる。
そうすると、上記の装置を、太陽電池セルが直列に接続された太陽電池モジュールに対して適用した場合には、各太陽電池セルの発電電圧を一律に調節する一方で、セルに流れる電流は、各セルの受光量に対応して電圧－電流特性に従った互いに異なった大きさにすることが可能となり、更に、第一の反転電圧発生手段の両端間の発生電圧を複数の最も受光量の大きいセルの最大電力点に於ける発電電圧に設定すれば、その電圧に全てのセルの発電電圧が調節され、かくして、「背景技術」の欄にて説明された太陽電池セル間の受光量のばらつきに起因する出力低下及び／又は損失を比較的小さく抑えることが可能となる。その際、本発明の回路構成に於いては、上記の如く、各電源セルに対して並列に接続されるスイッチング手段が整流手段に置き換えられているので、従前の構成のように各スイッチング手段に対して個別に制御入力を与えるための回路構成及び制御は不要となり、動的な制御は、電圧制御回路手段に対してのみ実行すればよいことになるので、装置の構成及び制御のための動作が簡単化される。また、スイッチング手段として使用していたＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタをダイオード等の整流手段に置き換えられることから、その分のコストの節約も期待されることとなる。
上記の装置に於ける電圧制御回路手段の構成は、具体的には、以下に述べられる態様のいずれかによって実現されてよい。
本発明の装置の第一の態様に於いては、前記反転電圧発生手段がインダクタであり、前記電圧制御回路手段が、前記回路線に接続された陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続された陽極とを有し、その陽極と陰極との間に前記任意に設定される大きさの電圧を発生する電圧源と、前記電圧源に並列に接続されるコンデンサと、前記電圧源に対して前記回路線と前記第一の反転電圧発生手段とをそれぞれ介して並列に接続されたスイッチング手段にして、その両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるように制御されるように構成されていてよい。
ここで、「電圧源」は、任意に設定される電圧を、その陽極と陰極との間に供給することのできる任意の電圧源であってよく、この態様の構成に於いては、後述の図面を用いた説明からも理解される如く、複数の電源セルの列に直列に接続されることとなる。「スイッチング手段」は、ＭＯＳＦＥＴ又はその他のこの分野に於いて利用されているトランジスタなど、制御入力に応答して、一対の端子間の電流の導通状態と遮断状態とが切換えられる任意の手段であってよく、この態様の構成に於いては、後述の図面を用いた説明からも理解される如く、複数の電源セルに対応して接続された整流手段の列に対して直列に接続されることとなる。
上記の構成に於いて、スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるよう動作すると、第一の反転電圧発生手段の両端に於いて、その向きが交互に反転する電圧が発生することなり、これにより、上記の如く、各電源セルの動作電圧の大きさが決定されることとなる。特に、スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で等間隔にて繰り返し切換えるように制御される場合（即ち、デューティ比が１／２のとき）には、第一の反転電圧発生手段の両端に、電圧源の電圧の大きさに等しい電圧が交互に向きが反転する態様にて発生し、各電源セルの動作電圧は、一律に、電圧源の両端の電圧と同一に調整されることとなる。この第一の態様に於いては、動的に制御される対象は、電圧制御回路手段に於ける一つのスイッチング手段となるので、従前に比して、回路の構成が簡単化され（制御入力のための回路は、一つでよい。）、制御も容易化される。なお、この第一の態様に於いて、一対の出力端子間に於いて、複数の電源セルと電圧源とが接続されてよく、その場合、出力端子間には、電圧源の電圧の２ｋ＋２倍の電圧が発生することが可能となる。また、別の態様として、一対の出力端子間に於いては、複数の電源セルのみが接続され、電圧源は、一対の出力端子間の外に接続されていてもよく、その場合、出力端子間には、電圧源の電圧の２ｋ＋１倍の電圧が発生することが可能となる。
上記の第一の態様の構成に於いて、スイッチング手段の両端子間の状態に於ける導通状態と遮断状態との切換えが等間隔でない場合には（即ち、デューティ比ｄが１／２ではないとき）、複数の電源セルのうちの陰極側から数えて偶数番目の電源セルの動作電圧が一律に電圧源の供給電圧に一致し、複数の電源セルのうちの陰極側から数えて奇数番目の電源セルの動作電圧が一律に電圧源の供給電圧にｄ／（１－ｄ）を乗じた値に一致することとなる。その場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。
本発明の装置の第二の態様に於いては、前記反転電圧発生手段がインダクタであり、前記電圧制御回路手段が、前記回路線に接続された陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する前記整流手段の陽極に対してインダクタを介して接続された陽極とを有し、前記陽極と前記陰極間に前記任意に設定される大きさの電圧を発生する電圧源と、前記回路線に接続される陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続される陽極とを有し、前記複数の電源セルの陰極側に直列される追加の電源セルの前記陽極及び前記陰極のそれぞれに接続される追加の電極用接続端子と、前記追加の電極セルに対して前記追加の電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、前記回路線と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する前記整流手段の陽極とに間にて前記電圧源に対して並列に接続されたスイッチング手段にして、その両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるように制御されるよう構成されていてよい。
ここで、「スイッチング手段」は、上記の第一の態様と同様の手段であってよく、後述の図面を用いた説明からも理解される如く、複数の電源セルに対応して接続された整流手段の列に対して直列に接続されることとなる。「電圧源」も、上記の第一の態様と同様の任意の電圧源であってよいところ、後述の図面を用いた説明からも理解される如く、インダクタを介してスイッチング手段に対して並列に接続される。そして、この態様の場合には、複数の電源セルの陰極側に於いて、複数の電源セルの列と各電源セルに並列に接続されたコンデンサの列のそれぞれに対して、追加の電源セルとコンデンサが直列に接続される。かかる構成に於いては、スイッチング手段が周期的に両端子間の導通状態と遮断状態と繰り返すように動作すると、第一の反転電圧発生手段の両端に於いて、その向きが交互に反転する電圧が発生することなり、これにより、上記の如く、各電源セルの動作電圧の大きさが決定されることとなる。特に、スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で等間隔にて繰り返し切換えるように制御される場合（即ち、デューティ比が１／２のとき）には、電圧源の供給電圧の大きさに等しい電圧が、第一の反転電圧発生手段の両端に於いてその向きが交互に反転するように発生するようになると共に、追加の電源セルの動作電圧の大きさが第一の反転電圧発生手段の両端間の発生電圧の大きさと等しくなり、かくして、上記の如く、各電源セルの動作電圧を、一律に、電圧源の両端の電圧と同一に調整することが可能となる。この第二の態様に於いても、動的に制御される対象は、電圧制御回路手段に於ける一つのスイッチング手段となるので、従前に比して、回路の構成が簡単化され（制御入力のための回路は、一つでよい。）、制御も容易化される。また、この態様に於いては、複数の電源セルと追加の電源セルと合わせて２ｋ＋２個分の電源セルが直列に接続された場合の動作電圧（大きさは、電圧源の電圧の２ｋ＋２倍）が出力端子間にて得られることとなり、回路をより有効に利用できるようになることが期待される。なお、この態様に於いて、スイッチング手段の両端子間の状態に於ける導通状態と遮断状態との切換えが等間隔でない場合には（即ち、デューティ比ｄが１／２ではないとき）、追加の電源セル及び複数の電源セルのうちの陰極側から数えて偶数番目の電源セルの動作電圧が一律に電圧源の供給電圧に一致し、複数の電源セルのうちの陰極側から数えて奇数番目の電源セルの動作電圧が一律に電圧源の供給電圧にｄ／（１－ｄ）を乗じた値に一致することとなる。その場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。
本発明の装置の第三の態様に於いては、前記反転電圧発生手段がインダクタであり、前記電圧制御回路手段が、前記回路線に接続される陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続される陽極とを有し、前記複数の電源セルの陰極側に直列される追加の電源セルの前記陽極と前記陰極とのそれぞれに接続される追加の電極用接続端子と、前記追加の電源セルに対して並列に接続されるコンデンサと、前記追加の電源セルに対して前記回路線と前記第一の反転電圧発生手段とをそれぞれ介して並列に接続されたスイッチング手段にして、その両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段とを含み、前記一対の出力端子間に前記複数の電源セルと前記追加の電源セルが接続され、前記一対の出力端子間がその出力電圧を制御する装置に接続され、前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるように制御されるよう構成されていてよい。
ここで、「スイッチング手段」は、上記の第一及び第二の態様と同様の手段であってよく、後述の図面を用いた説明からも理解される如く、複数の電源セルに対応して接続された整流手段の列に対して直列に接続されることとなる。また、複数の電源セルの陰極側に於いては、第二の態様と同様に、複数の電源セルの列と各電源セルに並列に接続されたコンデンサの列のそれぞれに対して、追加の電源セルとコンデンサが直列に接続される。そして、この態様の場合には、一対の出力端子間がその出力電圧を制御する装置に接続され、出力端子間の電圧が任意に設定される大きさに保持されることとなる。かかる構成に於いては、スイッチング手段が周期的に等しい時間間隔にて電圧源の陰極と陽極との間の導通状態と遮断状態と繰り返すように動作すると（即ち、デューティ比が１／２のとき）、第一の反転電圧発生手段の両端に於いて追加の電源セルの動作電圧に等しい大きさの電圧がその向きが交互に反転するように発生し、これにより、上記の如く、各電源セルの動作電圧の大きさと向きが、一律に、同一に調整されることとなるところ、出力端子間の電圧（出力電圧）、即ち、複数の電源セル又は更に追加の電源セルの動作電圧が任意に設定される大きさに保持されることから、各電源セルの動作電圧は、出力電圧の大きさを２ｋ＋１（又は２ｋ＋２）で除して得られる大きさに調整できることとなる。この第三の態様に於いても、動的に制御される対象は、電圧制御回路手段に於ける一つのスイッチング手段となるので、従前に比して、回路の構成が簡単化され、制御も容易化される。また、この態様に於いては、スイッチング手段に並列に接続される電圧源が不用となり、回路の構成が簡単化されると共に、複数の電源セルと追加の電源セルと合わせて２ｋ＋２個分の電源セルが直列に接続された場合の動作電圧が出力端子間にて得られることとなるので、回路をより有効に利用可能となることが期待される。なお、この態様に於いて、スイッチング手段の両端子間の状態に於ける導通状態と遮断状態との切換えが等間隔でない場合には（即ち、デューティ比ｄが１／２ではないとき）、追加の電源セル及び複数の電源セルのうちの陰極側から数えて偶数番目の電源セルの動作電圧が一律に第一の電圧に調整され、複数の電源セルのうちの陰極側から数えて奇数番目の電源セルの動作電圧が一律に第一の電圧にｄ／（１－ｄ）を乗じた値に調整され、これらの動作電圧の総和が出力端子間の出力電圧に一致することとなる。その場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。
上記の第一、第二及び第三の態様に於いて、更に、前記複数の電源セルうちの陰極側から数えて偶数番目の電源セルの陰極側に接続される前記電極用接続端子と前記偶数番目の電源セルに対応する整流手段の陽極との間のそれぞれに接続された反転電圧発生手段にして、その両端間にて双方向に電流が流通可能であり、且つ、前記両端間の発生電圧が周期的に反転可能な追加の反転電圧発生手段が設けられていてもよく、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。ここに於いて、上記の反転電圧発生手段は、インダクタであってよい。
本発明の装置の第四の態様に於いては、前記電圧制御回路手段が、一次コイルと二次コイルとを有する変圧器を含み、前記第一の反転電圧発生手段が前記変圧器の前記二次コイルであり、前記変圧器が前記二次コイルの両端に於いて任意に設定される大きさの、向きが周期的に反転する電圧を発生させる変圧器であってよい。ここで、「変圧器」は、上記の如く、一次コイルと二次コイルとが巻きつけられた磁気回路を有し、電源セルの動作電圧として適当な大きさの電圧を二次コイルの両端に発生可能な任意の形式の変圧器であってよい。具体的には、変圧器の一次コイル側の構成は、任意の大きさの電圧を発生可能な直流電圧源とスイッチング手段と一次コイルとから成る閉回路（回路に任意に負荷抵抗が挿入されていてよい。）の構成であってよく、スイッチング手段が周期的に電圧源の陰極と陽極との間の導通と遮断とを繰り返すように動作するになっていてよい。かかる構成に於いて、変圧器がその二次コイルの両端に於いて任意に設定される大きさを有し、その向きが周期的に、特に、等しい時間間隔にて反転する電圧を発生させると、上記の場合と同様に、各電源セルの動作電圧の大きさが、一律に、二次コイルの両端の電圧と同一に調整されることとなる。かかる構成によれば、電源セルの動作電圧を決定する電圧源（変圧器の一次コイル側の電圧源）と、複数の電源セルとが電気的に絶縁されることとなるので、回路装置の適用可能な状況の拡大が期待される。
上記の第四の態様の構成に於いて、より詳細には、前記電圧制御回路手段が、更に、前記回路線に接続される陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続される陽極とを有し、前記複数の電源セルの陰極側に直列される追加の電源セルの前記陽極と前記陰極とのそれぞれに接続される追加の電極用接続端子と、前記追加の電源セルに対して前記追加の電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、前記回路線と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する前記整流手段の陽極とに間にて前記整流手段と直列に接続された追加の整流手段とを含むよう構成されていてよい。即ち、かかる構成に於いては、複数の電源セルのうちの陰極側に於いて、追加の電源セル、追加のコンデンサ及び追加の整流手段が、それぞれ、直列接続され、電源セルが２ｋ＋２段直列に接続された回路が構成されることとなる。この構成によれば、電源セルが直接に接続される回路内には、制御入力を必要とするスイッチング手段が存在せず、回路が全て受動的な電気素子にて構成されることとなり、回路の構成が簡単化される。また、複数の電源セルと追加の電源セルと合わせて２ｋ＋２個分の電源セルが直列に接続された場合の動作電圧が出力端子間にて得られることとなるので、回路をより有効に利用可能となることが期待される。
また、上記の第四の態様の構成に於いて、前記第一の反転電圧発生手段の他の前記反転電圧発生手段が前記変圧器の前記二次コイルであり、前記第一の反転電圧発生手段と同期して発生電圧が周期的に反転するようになっていてもよい。この場合、各反転電圧発生手段に於いて、電圧が調節されるので、回路動作の更なる安定化が期待される。一方、前記第一の反転電圧発生手段の他の前記反転電圧発生手段がインダクタであり、前記第一の反転電圧発生手段と同期して発生電圧が周期的に反転するようになっていてもよい。この場合には、変圧器は、一箇所となるので、回路の消費電力は、相対的に低減されることとなる。
なお、上記の第四の態様の構成に於いても、更に、前記直列に接続される複数の電源セルうちの陰極側から数えて偶数番目の電源セルの陰極側に接続される前記電極用接続端子と前記偶数番目の電源セルに対応する整流手段の陽極との間のそれぞれに接続された反転電圧発生手段にして、その両端間にて双方向に電流が流通可能であり、且つ、前記両端間の発生電圧が周期的に反転可能な追加の反転電圧発生手段を含んでいてよい。その場合、前記追加の反転電圧発生手段が前記変圧器の前記二次コイルであるときには、前記第一の反転電圧発生手段の発生電圧と逆向きに発生電圧が周期的に反転するよう制御される。そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。
上記の第四の態様の構成に於いて、二次コイルの両端に於ける発生電圧の向きの反転が等間隔でない場合には、追加の電源セル及び複数の電源セルのうちの陰極側から数えて偶数番目の電源セルの動作電圧は、一律に、二次コイルに於いて整流手段側から電源セル側へ向かって電圧が発生しているときの、その電圧に調整され、複数の電源セルのうちの陰極側から数えて奇数番目の電源セルの動作電圧は、一律に、二次コイルに於いて電源セル側から整流手段側へ向かって電圧が発生しているときの、その電圧に調整されることとなる。その場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。
かくして、上記の本発明の構成に於いては、従前の動作点制御回路装置に於いて、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング手段の全て（又は電源セル列の陰極側の一つを除く全て）をダイオード等の整流手段に置き換えた構成となっているので、その分のコストが低減され、また、動的な制御の対象が、電圧制御回路手段（又はその内部のスイッチング手段）となるので、電源セル毎にスイッチング手段の制御入力のための回路を設ける必要がなくなり、回路の構成が大幅に簡単化され、制御に於ける作動も容易となる。かかる本発明の新規な構成による作用効果によれば、動作点制御回路装置を有利に利用できる範囲が更に拡大されることが期待される。
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。
図１（Ａ）は、本実施形態による発電動作点制御回路装置と２ｋ＋１個の太陽電池セルとから構成される太陽光発電装置の第一の態様を示す回路構成図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の発電動作点制御回路装置に於けるスイッチング手段の両端子間の導通状態（ＯＮ）と遮断状態（ＯＦＦ）の切換え制御のためにスイッチング手段の制御入力Ｓ１へ与えられる制御信号の時間変化を示している。 図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図１（Ａ）の太陽光発電装置の第一の態様に於けるスイッチング手段がＯＮ状態及びＯＦＦ状態にあるときに各回路要素に発生する電圧と電流の向きを表した回路構成図である。なお、説明の目的で、直列接続される太陽電池セルの数は、３個（ｋ＝１のとき）としている。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による発電動作点制御回路装置と２ｋ＋１個の太陽電池セルとから構成される太陽光発電装置の第一の態様の変更例を示す回路構成図である。 図４は、本実施形態による発電動作点制御回路装置と２ｋ＋１個（ｋ＝１の場合）の太陽電池セルとから構成される太陽光発電装置の第二の態様を示す回路構成図である。 図５は、本実施形態による発電動作点制御回路装置と２ｋ＋１個（ｋ＝１の場合）の太陽電池セルとから構成される太陽光発電装置の第三の態様を示す回路構成図である。 図６（Ａ）は、本実施形態による発電動作点制御回路装置と２ｋ＋１個（ｋ＝１の場合）の太陽電池セルとから構成される太陽光発電装置の第四の態様を示す回路構成図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の回路に於いて反転電圧発生手段として使用される変圧器の二次コイルに電圧を発生する変圧器の一次コイル側の回路構成図である。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の変圧器の一次コイル側回路に於けるスイッチング手段の両端子間の導通状態（ＯＮ）と遮断状態（ＯＦＦ）の切換え制御のためにスイッチング手段の制御入力Ｓ１へ与えられる制御信号Ｓｓ１と一次コイルＬ０に流れるリップル電流ＩＬ０の時間変化を示している。 図７（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、本実施形態による発電動作点制御回路装置と２ｋ＋１個（ｋ＝１の場合）の太陽電池セルとから構成される太陽光発電装置の第四の態様の変更例を示す回路構成図である。 図８は、本実施形態による動作点制御回路装置に於いて、太陽電池セルに置換して、任意のその他の電源セルを直列接続した場合の回路構成図である。 図９（Ａ）は、種々の受光量Ｒを受けた太陽電池の発電電圧に対する発電電流ＩＲと発電電力ＰＲの変化を模式的に表す特性図である。Ｒは、Ｒ＝１００％のときの受光量を１００％として、それぞれの受光量の割合を示している。図９（Ｂ）は、従来の技術（特許文献１等）に於いて提案されている太陽光発電装置の回路構成図の例を示している。
ＰＶｎ…太陽電池セル（ｎは、０又は２ｋ＋１以下の正の整数。以下、同様）
ｃｔ…電極用接続端子
Ｃｎ…コンデンサ
Ｖｓ…電圧源
Ｌｍ…インダクタ又は変圧器の二次コイル（ｍは、０又はｋ＋１以下の正の整数。）
Ｄｎ…ダイオード（整流手段）
Ｍ１…スイッチング手段（ＭＯＳＦＥＴ）
Ｓ１…制御入力
Ｃｖｎ…電圧保持コンデンサ
ｏｔ…出力端子
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。
太陽電池モジュールのための発電動作点制御回路装置の構成と作動
本実施形態による複数の太陽電池セルが直列に接続されてなる太陽電池モジュールに於ける各セルの発電動作点を制御する発電動作点制御回路装置は、基本的には、図９（Ｂ）に例示されている如き特許文献１に記載の多段型の昇降圧チョッパ回路であって、直列に接続されたスイッチング手段の列Ｍ１…に於ける二つのスイッチング手段毎に、順々に、電圧安定化コンデンサＣｖ１…（本実施形態では、電圧保持コンデンサに対応する。）が接続された回路と同様の構成を有しているところ、太陽電池セルの列の陰極側に於いて、そこに接続されているインダクタ（反転電圧発生手段）の発生電圧の向きを周期的に反転させる手段（電圧制御回路手段）を構成することによって、直列に接続された複数のスイッチング手段を整流手段（ダイオードなどの、陽極から陰極への方向のみ電流の流通を許す素子）に置き換えることが可能となり、これにより、コストの低減と回路の構成及び制御の簡単化が図られることとなる。具体的には、本実施形態の発電動作点制御回路装置は、以下に説明される種々の態様にて構成される。
１．第一の態様の構成
図１（Ａ）を参照して、本実施形態の第一の態様の構成に於いて、発電動作点制御回路装置の回路は、具体的には、一対の出力端子ｏｔ＋、ｏｔ－と、それらの間にて複数の太陽電池セルを直列に接続するべく、各太陽電池セルＰＶｎ（ｎは、１から２ｋ＋１までの整数であり、ｋは、正の整数である。）の陽極及び陰極のそれぞれに接続される電極用接続端子ｃｔとを有する。なお、第一の態様に於いては、直列接続されるセルの個数は、基本的には、３以上の奇数となる。電極用接続端子ｃｔには、太陽電池セルＰＶｎと並列となるようにコンデンサＣｎ（Ｃ１、Ｃ２、…Ｃ２ｋ＋１）が接続される共に、整流手段として、ダイオードＤｎ（Ｄ１、Ｄ２、…Ｄ２ｋ＋１）が、それらの陽極及び陰極が、対応する太陽電池セルの陰極及び陽極に接続されるように接続され、太陽電池セルＰＶｎ列の陰極側（図中下側）から数えて奇数番目の太陽電池セルＰＶｎの陰極側の電極端子ｃｔとダイオードＤｎの陽極との間に於いては、反転電圧発生手段として、インダクタＬｍ（Ｌ１、Ｌ２…Ｌｋ＋１）がそれぞれ装入される。更に、太陽電池セルＰＶｎ列の陰極側に於いて、そこに接続されているインダクタＬ１の両端間に、任意に設定される大きさの、その向きが周期的に反転する電圧を発生させる電圧制御回路手段として、太陽電池セルＰＶｎ列の陰極側のセルＰＶ１の陰極に直列に電圧源Ｖｓが接続され（即ち、陰極側のセルＰＶ１の陰極に電圧源Ｖｓの陽極が接続される。）、太陽電池セルＰＶｎ列の陰極側のセルＰＶ１に対応するダイオードＤ１の陽極側にＭＯＳＦＥＴ等であってよいスイッチング手段又は素子Ｍ１が接続され、電圧源ＶｓとインダクタＬ１とスイッチング手段Ｍ１とで閉ループを形成するように電圧源Ｖｓの陰極が回路線ＢＬを介してスイッチング手段Ｍ１へ接続される。なお、電圧源Ｖｓに並列してコンデンサＣ０も接続されてよい。そして、図示の如く、電圧保持コンデンサＣｖｎが、スイッチング手段Ｍ１とそれに直列に接続されたダイオードＤ１とに対してと、太陽電池セルＰＶｎ列の陰極側から数えて２ｊ－１番目と２ｊ番目のダイオードの組の全て（１番目と２番目の組、３番目と４番目の組、…）と２ｊ番目と２ｊ＋１番目のダイオードの組の全て（２番目と３番目の組、４番目と５番目の組、…）との両端の各々に対して並列に接続される（ｊは、１からｋまでの整数）。なお、コンデンサＣｎ、ダイオードＤｎ、電圧保持コンデンサＣｖｎ、インダクタＬｍ、スイッチング手段Ｍ１は、この分野で通常使用されている回路要素であってよい。電圧源Ｖｓは、太陽電池セルの発電電圧の範囲にて任意に設定される大きさの電圧を陽極－陰極間に供給できる任意の形式の電源装置であってよい。かくして、図からも理解される如く、第一の態様に於いては、発電動作点制御回路装置は、２ｋ＋１個の太陽電池セルＰＶｎが直列に接続されたモジュールに対して電圧源Ｖｓが更に直列に接続されてなる構成、即ち、２ｋ＋２個の直列接続された電源のそれぞれに対して、電圧源Ｖｓに対応するものを除いて、スイッチング手段がダイオードに置換されたチョッパ回路が接続された２ｋ＋２段のチョッパ回路の構成であって、更に、一つのスイッチング手段と２ｋ＋１個のダイオードの列に於いて、二つずつ、電圧保持コンデンサＣｖｎが順々に並列に接続された構成となっている。
２．第一の態様の作動
図１（Ａ）に描かれている本実施形態の第一の態様の装置に於いて、電圧制御回路手段の要素としてダイオードＤｎの列に直列に接続されているスイッチング手段Ｍ１は、その制御入力Ｓ１から、図１（Ｂ）にて模式的に描かれている如く、任意に設定されてよい所定のサイクル時間Ｔｓに於いて、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とが、任意のデューティ比ｄ（任意に設定されてよい周期の長さＴｓ、即ち、導通状態の期間と遮断状態の期間の和、に対する遮断状態の期間の長さの比）にて、周期的に変化する制御信号を受信し、これにより、制御信号がＯＮのときに、スイッチング手段Ｍ１の両端子間が導通状態となり、制御信号がＯＦＦのときに、スイッチング手段Ｍ１の両端子間が遮断状態となるよう作動する。そうすると、スイッチング手段Ｍ１に接続されたインダクタＬ１に於いて、スイッチング手段Ｍ１の導通／遮断状態の切換に同期して向きが反転する起電力（誘導電圧）が発生し、その後のスイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ状態の切換作動の間に於ける回路内のインダクタＬｍ、ダイオードＤｎ、電圧保持コンデンサＣｖｎ及びコンデンサＣｎの作動の結果、太陽電池セルＰＶｎの全ての発電電圧の大きさＶｎが電圧源Ｖｓの出力電圧Ｖ０に基づいて決定されることとなる。
上記の第一の態様の回路の構成に於いて、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ状態の切換作動の間に各太陽電池セルＰＶｎの全ての発電電圧Ｖｎが電圧源Ｖｓの出力電圧Ｖ０に基づいて決定される過程は、以下のように説明される。
図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して、まず、図２（Ａ）の如く、スイッチング手段Ｍ１がＯＮ状態となり、その両端子間が導通すると、電圧源Ｖｓの陽極からインダクタＬ１とスイッチング手段Ｍ１とを通って電圧源Ｖｓの陰極に戻る閉ループが出来るところ、キルヒホッフの法則が成立するので、インダクタＬ１に於いて、図２（Ａ）中の矢印にて示されている如く、スイッチング手段Ｍ１から電圧源Ｖｓの方へ向かう方向に電圧源Ｖｓの出力電圧Ｖ０に等しい大きさの誘導起電力（発生電圧）が発生する。なお、このとき、スイッチング手段Ｍ１とダイオードＤ１の陽極との接点の電位が電圧源Ｖｓの陰極と実質的に等しく、ダイオードＤ１の陰極には、インダクタＬ１の発生電圧が太陽電池セルＰＶ１を介してかかっているので、ダイオードＤ１の陽極の電位は陰極より高くならず、ダイオードＤ１には電流は流れない（ダイオードＤ１はＯＦＦ状態となる。）。
次に、図２（Ｂ）の如く、スイッチング手段Ｍ１がＯＦＦ状態となると、スイッチング手段Ｍ１とダイオードＤ１との接点、即ち、ダイオードＤ１の陽極の電位が陰極より高くなり、それまでインダクタＬ１に流れていた電流は、ダイオードＤ１へ流通することとなる。そうすると、電圧源Ｖｓの陽極からインダクタＬ１とダイオードＤ１とを経て電圧保持コンデンサＣｖ１を通って電圧源Ｖｓの陰極に戻る閉ループが出来るところ、電圧保持コンデンサＣｖ１に電荷が溜まると共に、インダクタＬ１を通る電流が減るので、インダクタＬ１の電圧の向きが、図２（Ｂ）中の矢印にて示されている如く、電圧源Ｖｓの陽極からダイオードＤ１の陽極へ向かう方向へ反転することとなる。なお、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ状態の間にインダクタＬ１に蓄積した電磁エネルギーは、スイッチング手段Ｍ１のＯＦＦ状態の間に放出されるとの条件により、インダクタＬ１の反転前の電圧Ｖｂと反転後の電圧Ｖａには、Ｖｂ：Ｖａ＝（１－ｄ）：ｄの関係が成立し、反転後のインダクタＬ１の電圧の大きさは、電圧源Ｖｓの出力電圧Ｖ０にデューティ比の関数α（＝ｄ／（１－ｄ））を乗じて得られる値αＶ０となる。これにより、電圧保持コンデンサＣｖ１には、（１＋α）Ｖ０の電圧（＝電圧源Ｖｓの出力電圧Ｖ０＋インダクタＬ１の発生電圧αＶ０）が保持されることとなる。なお、ダイオードＤ２について、ダイオードＤ２の陽極は、ダイオードＤ１の陰極に接続され、ダイオードＤ２の陰極は電圧保持コンデンサＣｖ２を介してダイオードＤ１の陽極に接続されているところ、ダイオードＤ１が導通状態であるときには、ダイオードＤ２の陽極がダイオードＤ２の陰極よりも電位が高くなることはないため、ダイオードＤ２には電流は流れない（ダイオードＤ２はＯＦＦ状態となる。）。また、このとき、ダイオードＤ１が導通しているので、キルヒホッフの法則により、太陽電池セルＰＶ１の発生電圧、即ち、発電電圧Ｖ１とインダクタＬ１の発生電圧αＶ０が等しくなり、従って、
Ｖ１＝αＶ０…（１）
の関係が成立する。
そして、図２（Ａ）の如く、スイッチング手段Ｍ１が再びＯＮ状態となり、その両端子間が導通すると、電圧保持コンデンサＣｖ１が（１＋α）Ｖ０の電圧を保持しているので、上記と同様にダイオードＤ１はＯＦＦ状態となると共に、電圧保持コンデンサＣｖ２の電圧源Ｖｓに近い方の端子と電圧保持コンデンサＣｖ１の負側端子の電位が一致し、更に、電圧保持コンデンサＣｖ１には、（１＋α）Ｖ０の電圧が保持されているので、ダイオードＤ２の陽極がダイオードＤ２の陰極よりも電位が高くなり、ダイオードＤ２に電流が流れ（ダイオードＤ２はＯＮ状態となる。）、これにより、電圧保持コンデンサＣｖ２の電圧は、電圧保持コンデンサＣｖ１の保持電圧（１＋α）Ｖ０と等しくなる。また、このとき、太陽電池セルＰＶ２からインダクタＬ２を経て電圧保持コンデンサＣｖ２へ流れる電流が増加するので、インダクタＬ２において太陽電池セルＰＶ２へ向かう方向に誘導起電力が発生するところ、ダイオードＤ２が導通しているので、キルヒホッフの法則に従い、太陽電池セルＰＶ２の発生電圧、即ち、発電電圧Ｖ２の大きさは、インダクタＬ２の発生電圧と等しくなる。なお、このとき、ダイオードＤ３の陽極は、インダクタＬ２の負側端子に接続され且つダイオードＤ１とダイオードＤ２との接点の電位と実質的に等しく、ダイオードＤ３の陰極は、太陽電池セルＰＶ３を介してインダクタＬ２の正側端子に接続されるので、ダイオードＤ３の陽極の電位は陰極より高くならず、ダイオードＤ３には電流は流れない（ダイオードＤ３はＯＦＦ状態となる。）。
かくして、図２（Ｂ）の如く、スイッチング手段Ｍ１が再びＯＦＦ状態となると、上記と同様に、ダイオードＤ１が再びＯＮ状態となり、ダイオードＤ２の陰極が（１＋α）Ｖ０の電圧を保持している電圧保持コンデンサＣｖ２の正側端子に接続され、ダイオードＤ２の陽極が電圧保持コンデンサＣｖ２の負側端子に接続されていることから、ダイオードＤ２が遮断状態となる。一方、ダイオードＤ３については、その陽極が電圧保持コンデンサＣｖ２の正側端子に接続され、陰極が電圧保持コンデンサＣｖ３の正側端子に接続され、電圧保持コンデンサＣｖ３の負側端子が電圧保持コンデンサＣｖ２の負側端子に接続されることから、ダイオードＤ３は、導通状態となる。そうすると、それまでインダクタＬ２に流れていた電流は、ダイオードＤ３へ流通し、太陽電池セルＰＶ２の陽極からインダクタＬ２とダイオードＤ３とを経て電圧保持コンデンサＣｖ３を通って太陽電池セルＰＶ２の陰極に戻る閉ループが出来るところ、電圧保持コンデンサＣｖ３に電荷が溜まると共に、インダクタＬ２を通る電流が減るので、インダクタＬ２の発生電圧の向きが図２（Ｂ）中の矢印にて示されている如く、太陽電池セルＰＶ２の陽極からダイオードＤ３の陽極へ向かう方向へ反転することとなる。その際のインダクタＬ２の発生電圧の大きさは、上記の場合と同様に、反転前のα倍の大きさと等しくなり、従って、太陽電池セルＰＶ２の発電電圧Ｖ２の大きさのα倍と等しくなるところ、キルヒホッフの法則に従い、太陽電池セルＰＶ２の発電電圧Ｖ２とインダクタＬ２の発生電圧の和が電圧保持コンデンサＣｖ２の保持電圧（１＋α）Ｖ０と等しくなるので、結局、
Ｖ２＝Ｖ０…（２）
の関係が成立することとなる。また、ダイオードＤ３が導通していることから、キルヒホッフの法則に従い、太陽電池セルＰＶ３の発生電圧、即ち、発電電圧Ｖ３は、インダクタＬ２の発生電圧に等しくなるので、結局、
Ｖ３＝αＶ０…（３）
の関係が成立することとなる。更に、電圧保持コンデンサＣｖ３の正側及び負側の端子は、電圧保持コンデンサＣｖ２の正側及び負側の端子とそれぞれ等電位になるので、電圧保持コンデンサＣｖ３の保持電圧も（１＋α）Ｖ０となる。
なお、上記の構成に於いて、太陽電池セルＰＶｎ及び電圧源Ｖｓに並列に接続されたコンデンサＣｎは、上記の一連のインダクタＬｍの電圧の向きの反転過程に於ける太陽電池セルＰＶｎ及び電圧源Ｖｓの両端間の電圧を維持及び安定化する機能を果たしている。また、上記の構成に於いて、各太陽電池セルＰＶｎに流れる電流の差は、コンデンサＣｎ及び電圧保持コンデンサＣｖｎに於ける電荷の流入出によって吸収される。
直列接続される太陽電池セルの数が２ｋ＋１個の場合に於いても、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧は、上記と同様に決定される。具体的には、図１（Ａ）の如き構成に於いて、スイッチング手段Ｍ１が反復してＯＮ／ＯＦＦ状態に切換られると、図２に関連して説明された如く、各電圧保持コンデンサＣｖｎは、その前後の電圧保持コンデンサＣｖｎ－１、Ｃｖｎ＋１のそれぞれに対して反復して並列に接続され、電圧保持コンデンサＣｖｎの保持電圧は、平衡状態に於いて、一律に（１＋α）Ｖ０となる。そして、電圧保持コンデンサＣｖ２ｊ＋１の保持電圧は、隣接する二つの太陽電池セルＰＶ２ｊ、ＰＶ２ｊ＋１の発生電圧の和Ｖ２ｊ＋Ｖ２ｊ＋１と一致し、且つ、太陽電池セルＰＶ２ｊの発生電圧Ｖ２ｊは、インダクタＬｊ＋１の発生電圧の向きが太陽電池セル側へ向いているときの電圧と等しくなり、太陽電池セルＰＶ２ｊ＋１の発生電圧Ｖ２ｊ＋１は、インダクタＬｊ＋１の発生電圧の向きがダイオード側へ向いているときの電圧（太陽電池セルＰＶ２ｊの発生電圧Ｖ２ｊのα倍）と等しくなるので、結局、太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目のセルの発電電圧は、一律に、電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０に一致し、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目のセルの発電電圧は、一律に、αＶ０に一致することとなる。更に、デューティ比ｄ＝１／２のとき、即ち、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ状態が等間隔にて切換えられるときには、α＝１となるので、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧は、一律に、電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０に調整されることとなる。
かくして、図１（Ａ）の如き回路構成に於いては、デューティ比ｄ＝１／２として、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦの切換を反復すると、直列接続された２ｋ＋１個の太陽電池セルＰｖｎの発生電圧Ｖｎが電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０に一致するので、電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０を、例えば、複数の太陽電池セルの中で最も受光量の大きいセルの最大電力点に於ける発電電圧Ｖｍｐｐに一致させると（図９（Ａ）参照）、太陽電池セル間の受光量のばらつきに起因する出力低下及び／又は損失を小さく抑えながら、太陽電池モジュールの発電作動を実行することが可能となる。なお、電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０の制御に於いては、具体的には、電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０を変化させながら、太陽電池モジュールの出力電力、電圧及び／電流を計測し、太陽電池モジュールの出力電力、電圧及び／電流が最大となる電圧に電圧源Ｖｓの発生電圧Ｖ０を一致させることによって達成されてよい。
上記の構成によれば、既に述べた如く、発電動作点制御回路装置において、制御入力を与えるスイッチング手段は、Ｍ１のみとなり、従前の回路構成に於いて用いられていたその他のスイッチング手段は、全てダイオードに置き換えられるので、装置の構成及び制御のための動作が簡単化され、また、回路要素を準備するためのコストが節約できることが期待される。
３．第一の態様の変更例
上記の図１（Ａ）に例示されている第一の態様の回路の構成に於いては、インダクタは、太陽電池セルの列の陰極側から数えて奇数番目のセルの陰極と、それに対応するダイオードの陽極との間に装入されているところ、図３（Ａ）に示されている如く、更なる反転電圧発生手段として、インダクタ（Ｌ’１等）が、太陽電池セルの列の陰極側から数えて偶数番目のセルの陰極と、それに対応するダイオードの陽極との間にも装入されていてもよい。ここで追加されるインダクタの電圧の発生の向きは、その太陽電池セルの列の陰極側から数えて奇数番目のセルの陰極とダイオードの陽極との間に装入されているインダクタとは逆向きとなる。
また、第一の態様の回路の構成に於いては、図３（Ｂ）に示されている如く、出力端子ｏｔ＋、ｏｔ-の間には太陽電池セル（ＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３…）の列のみが接続され、電圧源Ｖｓは、出力端子ｏｔ＋、ｏｔ-の間の外に接続されていてよい。
４．第二の態様の構成と作動
図４を参照して、本実施形態の第二の態様の構成に於いては、上記の第一の態様に於いて、電圧源Ｖｓが接続されていた太陽電池セルの列に対して直列に接続される部位に追加の太陽電池セルＰＶ０を接続し、電圧源Ｖｓがスイッチング手段Ｍ１を挟んで追加の太陽電池セルＰＶ０に対向する部位にインダクタＬ０を介して接続される。即ち、電圧源Ｖｓは、追加の太陽電池セルＰＶ０に対して、インダクタＬ１、Ｌ０を挟んで並列に接続されることとなる。なお、太陽電池セルの列の陰極側ＰＶ１から数えて偶数番目のセルＰＶ２ｊの陰極と、それに対応するダイオードＤ２ｊの陽極との間にも、更なる反転電圧発生手段として、インダクタ（Ｌ’１等）が装入されていてもよい。
作動に於いて、第一の態様の場合と同様に、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦの切換がデューティ比ｄにて反復して実行されると、キルヒホッフの法則に従い、追加の太陽電池セルＰＶ０の発電電圧は、電圧源Ｖｓの供給電圧Ｖ０と等しくなり、インダクタＬ１の発生電圧は、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ状態のときには、スイッチング手段Ｍ１から太陽電池セルＰＶ０を向いた方向に発生し、その大きさが電圧源の供給電圧Ｖ０となり、スイッチング手段Ｍ１のＯＦＦ状態のときには、方向が反転し、その大きさがαＶ０となる。そして、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ切換え作動と共に、インダクタＬ１の発生電圧の向きが周期的に反転する間に、上記の第一の態様の場合と同様に、電圧保持コンデンサＣｖｎのそれぞれには、（１＋α）Ｖ０の電圧が保持され、追加の太陽電池セルＰＶ０と、太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目の太陽電池セルＰＶｎの発生電圧は、一律に、電圧源Ｖｓの供給電圧Ｖ０に一致し、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目の太陽電池セルＰＶｎ発生電圧は、一律に、αＶ０に一致し、デューティ比ｄ＝１／２のときには、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎは、一律に、電圧源Ｖｓの供給電圧Ｖ０に一致することとなる。電圧源Ｖｓの供給電圧Ｖ０の調節方法は、第一の態様と同様であってよい。
上記の第二の態様の場合には、２ｋ＋１個の直列接続された太陽電池セルに追加の太陽電池セルＰＶ０が加わり、合計で、２ｋ＋２個の太陽電池セルが直列接続されたモジュールの電圧及び電力が得られることとなり、回路をより有効に利用できるようになることが期待される。
５．第三の態様の構成と作動
図５を参照して、本実施形態の第三の態様の構成に於いては、上記の第一の態様に於いて、電圧源Ｖｓが接続されていた太陽電池セルの列に対して直列に接続される部位に追加の太陽電池セルＰＶ０を接続され、更に、出力端子間の出力電圧が任意の形式の電圧制御装置、例えば、ＭＰＰＴ制御回路によって調節される。なお、太陽電池セルの列の陰極側ＰＶ１から数えて偶数番目のセルＰＶ２ｊの陰極と、それに対応するダイオードＤ２ｊの陽極との間にも、更なる反転電圧発生手段として、インダクタ（Ｌ’１等）が装入されていてもよい。
作動に於いて、第一の態様の場合と同様に、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦの切換がデューティ比ｄにて反復して実行されると、インダクタＬ１の発生電圧は、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ状態のときには、スイッチング手段Ｍ１から太陽電池セルＰＶ０を向いた方向に発生し、その大きさが追加の太陽電池セルＰＶ０の発電電圧Ｖ０と等しくなり、スイッチング手段Ｍ１のＯＦＦ状態のときには、方向が反転し、その大きさがαＶ０となる。そして、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ切換え作動と共に、インダクタＬ１の発生電圧の向きが周期的に反転する間に、上記の第一の態様の場合と同様に、電圧保持コンデンサＣｖｎのそれぞれには、（１＋α）Ｖ０の電圧が保持され、追加の太陽電池セルＰＶ０と、太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目の太陽電池セルＰＶｎの発生電圧は、一律に、電圧源Ｖｓの供給電圧Ｖ０に一致し、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目の太陽電池セルＰＶｎ発生電圧は、一律に、αＶ０に一致することとなる。ここに於いて、この態様に於いては、出力端子間電圧Ｖｏｕｔが制御されているので、
Ｖｏｕｔ＝ΣＶｎ＝（１＋α）（ｋ＋１）Ｖ０ …（４）
の関係が成立し、追加の太陽電池セルＰＶ０の発電電圧Ｖ０と太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目の太陽電池セルＰＶｎの発生電圧Ｖｎは、
Ｖｎ＝Ｖｏｕｔ／｛（１＋α）（ｋ＋１）｝ …（５ａ）
に決定され、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目の太陽電池セルＰＶｎ発生電圧Ｖｎは、
Ｖｎ＝αＶｏｕｔ／｛（１＋α）（ｋ＋１）｝ …（５ｂ）
に決定される。ここで、デューティ比ｄ＝１／２のときには、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎは、一律に、
Ｖｎ＝Ｖｏｕｔ／２（ｋ＋１） …（５ｃ）
に決定される。出力端子間電圧Ｖｏｕｔの調節方法は、通常のＭＰＰＴ制御と同様に、出力端子間電圧Ｖｏｕｔを変化させながら、太陽電池モジュールの出力電力、電圧及び／電流を計測し、太陽電池モジュールの出力電力、電圧及び／電流が最大となる電圧に出力端子間電圧Ｖｏｕｔを一致させることによって達成されてよい。
上記の第三の態様に於いては、２ｋ＋１個の直列接続された太陽電池セルに追加の太陽電池セルＰＶ０が加わり、合計で、２ｋ＋２個の太陽電池セルが直列接続されたモジュールの電圧及び電力が得られることとなり、回路をより有効に利用できるようになることが期待される。また、出力端子間電圧Ｖｏｕｔを通常のＭＰＰＴ制御と同様に制御することとなるので、動作点制御回路に於いて、電圧源Ｖｓを準備する必要がない点で有利である（例えば、既存のＭＰＰＴ制御装置を利用することが可能となる。）。
６．第四の態様の構成と作動
図６（Ａ）を参照して、本実施形態の第四の態様の構成に於いては、上記の第一の態様に於いて、電圧源Ｖｓが接続されていた太陽電池セルの列に対して直列に接続される部位に追加の太陽電池セルＰＶ０を接続し、スイッチング手段Ｍ１が接続されていたダイオードの列に対して直列に接続される部位に追加のダイオードＤ０が接続される。太陽電池セルＰＶ０は、太陽電池セル列の太陽電池セルＰＶｎと同様のものであってよく、ダイオードＤ０は、ダイオード列のダイオードＤｎと同様のものであってよい。従って、この態様に於いては、２ｋ＋２個の太陽電池セルが直列に接続され、これらに対応して、２ｋ＋２個のダイオードが直列に接続された回路が構成される。
そして、第一の態様の回路構成に於いてインダクタＬｍが配置されていた部位には、反転電圧発生手段として、変圧器の二次コイルが用いられる。かかる変圧器の二次コイルは、図示していない磁気回路を介して、図６（Ｂ）に例示されている如き変圧器の一次コイル側回路の一次コイルと磁気的に結合される。変圧器の一次コイル側回路は、一次コイルＬ０、電圧源Ｖｓ、スイッチング手段Ｍ１及び抵抗Ｒが閉ループを形成してなる回路であってよく、スイッチング手段Ｍ１の両端子間の導通／遮断状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態）が周期的に切換わることにより、電圧源Ｖｓから一次コイルＬ０へ流通する電流が変化し、これにより、一次コイルＬ０にて発生する磁束が変化し、その磁束の変化が磁気回路を経由して二次コイルＬｍへ伝達されて、二次コイルＬｍにて起電力が発生することとなる。スイッチング手段Ｍ１は、図６（Ｂ）にて模式的に描かれている如く、その制御入力Ｓ１から、任意に設定されてよい所定のサイクル時間Ｔｓに於いて、任意のデューティ比ｄにて、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とが周期的に変化する制御信号を受信し、これにより、制御信号がＯＮのときに、スイッチング手段Ｍ１の両端子間が導通状態となり、制御信号がＯＦＦのときに、スイッチング手段Ｍ１の両端子間が遮断状態となるよう構成される。また、反転電圧発生手段として、太陽電池セル列の陰極側（追加の太陽電池セルを除く。）から数えて奇数番目の太陽電池セルの陰極側に接続される二次コイルＬｍの向きは、全て、一致するよう配置される（図中、○印参照）。この態様に於いて用いられる変圧器としては、二次コイルに於いて、太陽電池セルの発電電圧として利用可能な大きさの範囲の電圧を発生すると共に、本実施形態に於ける反転電圧発生手段として要求される周期にて電圧の反転が可能となる任意の変圧器が用いられてよい。
作動に於いては、図６（Ｂ）の変圧器の一次コイル側回路に於けるスイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ状態が、図６（Ｃ）下段に示されている如く、デューティ比ｄにて周期的に変化すると、一次コイルには、図６（Ｃ）上段に示されている如く、リップル電流が流通し、二次コイルに於いて周期的に反転する起電力が発生することとなる。ここに於いて、スイッチング手段Ｍ１がＯＮ状態のときには、図６（Ｂ）中、一次コイルにて下向きに起電力が発生し、これにより、図６（Ａ）の二次コイルＬｍには、左向き、即ち、ダイオード列から太陽電池セル列へ向かう向きの起電力Ｖｂが発生し、その際には、キルヒホッフの法則に従い、追加の太陽電池セルＰＶ０と太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目の太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎが二次コイルＬｍの発生電圧Ｖｂと等しくなる。一方、スイッチング手段Ｍ１がＯＦＦ状態のときには、図６（Ｂ）中、一次コイルにて上向きに起電力が発生し、これにより、図６（Ａ）の二次コイルＬｍには、右向き、即ち、太陽電池セル列からダイオード列へ向かう向きの起電力Ｖａが発生し、その際には、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目のダイオードＤｎが導通するので、キルヒホッフの法則に従い、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目の太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎが二次コイルＬｍの発生電圧Ｖａと等しくなる。ここで、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ状態の間に一次コイルＬ０及び二次コイルＬｍに蓄積した電磁エネルギーは、スイッチング手段Ｍ１のＯＦＦ状態の間に放出されるとの条件により、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ状態のときの二次コイルＬｍの電圧Ｖｂとスイッチング手段Ｍ１のＯＦＦ状態のときの二次コイルＬｍの電圧Ｖａには、Ｖｂ：Ｖａ＝（１－ｄ）：ｄの関係が成立するので、結局、Ｖａ＝αＶｂが成立し、かくして、追加の太陽電池セルＰＶ０と太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目の太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎは、一律に、Ｖｂに調整され、太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目の太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎは、αＶｂに、一律に調整されることとなる。なお、各太陽電池セルＰＶｎの電流の差は、電圧保持コンデンサＣｖｎとコンデンサＣｎとによって吸収される（電圧保持コンデンサＣｖｎは、それぞれ、（１＋α）Ｖｂの電圧を保持することとなる。）。更に、デューティ比ｄ＝１／２のときには、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎは、一律に、二次コイルＬｍの発生電圧Ｖｂと等しくなり、更に、変圧器の一次コイルと二次コイルのインダクタンスと起電力との間には、Ｌ０：Ｌｍ＝Ｖｓ：Ｖｂの関係が成り立つので、結局、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧Ｖｎは、一次コイル側回路の電圧源電圧Ｖｓを用いて、
Ｖｎ＝Ｌｍ／Ｌ０・Ｖｓ …（６）
により与えられることとなる。
上記の第四の態様に於いては、太陽電池セルが直接に接続される回路内には、制御入力を必要とするスイッチング手段が存在せず、回路が全て受動的なダイオードにて構成されることとなるので、動作点制御回路に対して、制御入力を供給するための回路を準備する必要がなくなり、回路に於ける配線構造が簡単化される。また、複数の電源セルと追加の電源セルと合わせて２ｋ＋２個分の電源セルが直列に接続された場合の動作電圧が出力端子間にて得られることとなるので、回路をより有効に利用可能となることが期待される。更に、電源は、変圧器の一次コイル側回路内にあり、太陽電池セルと電圧源とが電気的に絶縁されることとなるので、太陽電池モジュールと電源とに於いて、共通の接地が取れない環境に於いても回路装置の利用が可能となり、回路装置の適用可能な状況の拡大が期待される。
７．第四の態様の変更例
上記の第四の態様の構成に於いて、図７（Ａ）に描かれている如く、太陽電池セルの列の陰極側ＰＶ１から数えて偶数番目のセルＰＶ２ｊの陰極と、それに対応するダイオードＤ２ｊの陽極との間にも、更なる反転電圧発生手段として、二次コイルＬ’１等が装入されていてもよい。この場合、二次コイルＬ’１等にて発生する起電力の向きは、太陽電池セルの列の陰極側の太陽電池セルＰＶ１から数えて奇数番目のセルＰＶ２ｊ－１の陰極に接続された二次コイルＬｍの起電力の向きと逆向きになるよう設定される。なお、この構成に於いて、全ての二次コイルに対して、共通の一次コイル側回路が用いられてよく、その場合には、装置の部品数を小さく抑えられることとなる
また、上記の第四の態様の構成に於いて、図７（Ｂ）に描かれている如く、太陽電池セルＰＶ１の陰極に接続されている二次コイルＬ１の他の太陽電池セルＰＶ１から数えて奇数番目のセルＰＶ２ｊ－１の陰極に接続された反転電圧発生手段は、全て、インダクタであってもよい。なお、太陽電池セルの列の陰極側ＰＶ１から数えて偶数番目のセルＰＶ２ｊの陰極と、それに対応するダイオードＤ２ｊの陽極との間にも、更なる反転電圧発生手段として、インダクタ（Ｌ’１等）が装入されていてもよい。かかる構成に於いては、二次コイルＬ１の発生電圧が上記の如く周期的に反転されると、第一の態様の場合と同様に、（追加の太陽電池セルＰＶ０を除き）太陽電池セル列の陰極側から数えて偶数番目のセルの発電電圧は、一律に、スイッチング手段Ｍ１のＯＮ状態のときの二次コイルＬｍの電圧Ｖｂに一致し、（追加の太陽電池セルＰＶ０を除き）太陽電池セル列の陰極側から数えて奇数番目のセルの発電電圧は、一律に、αＶｂに一致することとなる。そして、変圧器の一次側コイル回路のスイッチング手段Ｍ１のＯＮ／ＯＦＦ状態が等間隔にて切換えられるとき、即ち、デューティ比ｄ＝１／２のとき、α＝１となるので、太陽電池セルＰＶｎの発電電圧は、式（６）により与えられることとなる。この構成に於いては、動作点制御回路に於いて、変圧器の二次コイルが使用される箇所が一箇所となるので、図６（Ａ）の回路に比して、回路の作動に要する消費電力が低減される。
本実施形態による動作点制御回路装置のその他の電源素子への応用
上記に説明された本実施形態による太陽光発電装置及び／又は発電動作点制御回路装置の一連の構成は、太陽電池の他に、図８に例示されている如く、化学電池セル、蓄電器セル、燃料電池セル（固形酸化物型燃料電池であってもよい。）、熱電発電素子、発電機セル（風力、水力、潮力、エンジン等による任意の発電機であってよい。）など、任意の電源セルを直列接続する際に適用されてよい。直列接続される電源セルの各々の最適な動作電圧が異なっていても、その動作電圧のずれによる出力低下が然程に大きくない場合には、本実施形態による教示に従って、動作点制御回路装置を利用することにより、出力を大きく低減させずに、動作電圧の調節のための時間と労力とを削減することが可能となる。また、上記の本実施形態による発電動作点制御回路装置の構成は、直列接続される電源の種類は同じ場合であっても異なる場合であっても適用されてもよい。例えば、図１（Ａ）、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４、図５、図６（Ａ）、図７（Ａ）、（Ｂ）に例示されている如き回路構成を有する動作点制御回路装置に於いて、太陽電池セルに換えて、化学電池セル、蓄電器セル、燃料電池セル、熱電発電素子、発電機セル等の任意の電源セルが直列に接続されてよく、図８に例示されている如く、互いに異なる電源セルが直列に接続された状態で使用されてよい。
更に、本実施形態の動作点制御回路装置に於いては、スイッチング手段のデューティ比がｄであるとき、（追加の電源セルを除く）電源セル列の陰極側から数えて偶数番目の電源セルの動作電圧Ｖｎｅと奇数番目の電源セルの動作電圧Ｖｎｏとは、α＝＝ｄ／（１－ｄ）を用いて、
Ｖｎｏ＝αＶｎｅ …（７）
の関係となるので、本実施形態によれば、一つの動作点制御回路装置により、所望の動作電圧が互いに異なる二つの電源セル群の電源セルを交互に直列に接続されたモジュールに於ける二つの群の電源セルの動作電圧を、電圧源Ｖｓの供給電圧とスイッチング手段Ｍ１のデューティ比ｄを調節することによって、それぞれ所望の電圧に調節することが可能となる。
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。

Claims (16)

  1. 直列接続された複数の電源セルのための動作点制御回路装置であって、
    一対の出力端子と、
    前記一対の出力端子の間にて直列に接続される２ｋ＋１個（ｋは、正の整数）の陽極及び陰極を有する電源セルの各々の前記陽極及び前記陰極に接続される複数の電極用接続端子と、
    前記一対の出力端子の間にて、前記複数の電源セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、
    前記一対の出力端子の間にて、前記複数の電源セルの各々に対して、対応する前記電極用接続端子を介して並列に接続される整流手段にして、前記接続された一対の前記電極用接続端子のうちの前記電源セルの陰極側の前記電極用接続端子に接続される陽極と、前記接続された一対の前記電極用接続端子のうちの前記電源セルの陽極側の前記電極用接続端子に接続される陰極とを有し、前記整流手段内に於いてその前記陽極から前記陰極への方向のみ電流の流通を許す整流手段と、
    前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて奇数番目の電源セルの陰極側に接続される前記電極用接続端子と前記奇数番目の電源セルに対応する整流手段の陽極との間のそれぞれに接続された反転電圧発生手段にして、その両端間にて双方向に電流が流通可能であり、且つ、前記両端間に周期的に反転する電圧を発生する反転電圧発生手段と、
    前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極とその電源セルに対応する整流手段の陽極との間に接続された前記反転電圧発生手段のうちの第一の反転電圧発生手段に対して並列に接続された回路線を有し、前記第一の反転電圧発生手段の両端間にて電圧を発生させる電圧制御回路手段と、
    前記回路線と前記整流手段のうちの前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する整流手段の陰極との間と、前記整流手段のうちの前記複数の電源セルの陰極側から数えて２ｊ番目（ｊは、１からｋまでの整数）の電源セルに対応する整流手段の陽極と２ｊ＋１番目の電源セルに対応する整流手段の陰極との間の各々と、前記整流手段のうちの前記複数の電源セルの陰極側から数えて２ｊ－１番目の電源セルに対応する整流手段の陽極と２ｊ番目の電源セルに対応する整流手段の陰極との間の各々とに対して並列に接続された電圧保持コンデンサと
    を含み、前記電圧制御回路手段が、前記第一の反転電圧発生手段の両端間にて、任意に設定される大きさの、向きが周期的に反転する電圧を発生させる装置。
  2. 請求項１の装置であって、
    前記反転電圧発生手段がインダクタであり、
    前記電圧制御回路手段が、
    前記回路線に接続された陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続された陽極とを有し、その陽極と陰極との間に前記任意に設定される大きさの電圧を発生する電圧源と、
    前記電圧源に並列に接続されるコンデンサと、
    前記電圧源に対して前記回路線と前記第一の反転電圧発生手段とをそれぞれ介して並列に接続されたスイッチング手段にして、その両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
    を含み、前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるように制御される装置。
  3. 請求項２の装置であって、前記一対の出力端子間に前記複数の電源セルと前記電圧源が接続されている装置。
  4. 請求項２の装置であって、前記一対の出力端子間に前記複数の電源セルが接続され、前記電圧源が前記一対の出力端子間の外に接続されている装置。
  5. 請求項１の装置であって、
    前記反転電圧発生手段がインダクタであり、
    前記電圧制御回路手段が、
    前記回路線に接続された陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する前記整流手段の陽極に対してインダクタを介して接続された陽極とを有し、前記陽極と前記陰極間に前記任意に設定される大きさの電圧を発生する電圧源と、
    前記回路線に接続される陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続される陽極とを有し、前記複数の電源セルの陰極側に直列される追加の電源セルの前記陽極及び前記陰極のそれぞれに接続される追加の電極用接続端子と、
    前記追加の電極セルに対して前記追加の電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、
    前記回路線と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する前記整流手段の陽極とに間にて前記電圧源に対して並列に接続されたスイッチング手段にして、その両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
    を含み、前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるように制御される装置。
  6. 請求項５の装置であって、前記一対の出力端子間に前記複数の電源セルと前記追加の電源セルが接続されている装置。
  7. 請求項１の装置であって、
    前記反転電圧発生手段がインダクタであり、
    前記電圧制御回路手段が、
    前記回路線に接続される陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続される陽極とを有し、前記複数の電源セルの陰極側に直列される追加の電源セルの前記陽極と前記陰極とのそれぞれに接続される追加の電極用接続端子と、
    前記追加の電源セルに対して並列に接続されるコンデンサと、
    前記追加の電源セルに対して前記回路線と前記第一の反転電圧発生手段とをそれぞれ介して並列に接続されたスイッチング手段にして、その両端子間を選択的に互いに導通するスイッチング手段と
    を含み、
    前記一対の出力端子間に前記複数の電源セルと前記追加の電源セルが接続され、
    前記一対の出力端子間がその出力電圧を制御する装置に接続され、
    前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で繰り返し切換えるように制御される装置。
  8. 請求項２乃至７のいずれかの装置であって、前記スイッチング手段がその両端子間の状態を周期的に導通状態と遮断状態との間で等間隔にて繰り返し切換えるように制御される装置。
  9. 請求項１の装置であって、前記電圧制御回路手段が、一次コイルと二次コイルとを有する変圧器を含み、前記第一の反転電圧発生手段が前記変圧器の前記二次コイルであり、前記変圧器が前記二次コイルの両端に於いて任意に設定される大きさの、向きが周期的に反転する電圧を発生させる変圧器である装置。
  10. 請求項９の装置であって、前記電圧制御回路手段が、更に、
    前記回路線に接続される陰極と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルの陰極に接続される前記電極用接続端子に接続される陽極とを有し、前記複数の電源セルの陰極側に直列される追加の電源セルの前記陽極と前記陰極とのそれぞれに接続される追加の電極用接続端子と、
    前記追加の電源セルに対して前記追加の電極用接続端子を介して並列に接続されるコンデンサと、
    前記回路線と前記複数の電源セルのうちの陰極側から数えて１番目の電源セルに対応する前記整流手段の陽極とに間にて前記整流手段と直列に接続された追加の整流手段と
    を含む装置。
  11. 請求項９又は１０の装置であって、前記第一の反転電圧発生手段の他の前記反転電圧発生手段が前記変圧器の前記二次コイルであり、前記第一の反転電圧発生手段と同期して発生電圧が周期的に反転する装置。
  12. 請求項９又は１０の装置であって、前記第一の反転電圧発生手段の他の前記反転電圧発生手段がインダクタであり、前記第一の反転電圧発生手段と同期して発生電圧が周期的に反転する装置。
  13. 請求項１乃至１２のいずれかの装置であって、前記電源セルが太陽電池セル、化学電池セル、燃料電池セル、蓄電器セル、発電機、熱電素子及び／又はこれらの組み合わせである装置。
  14. 請求項１乃至１３のいずれかの装置であって、前記電圧制御回路手段が、前記第一の反転電圧発生手段の両端間にて、向きが周期的に等間隔にて反転する等しい大きさの電圧を発生させる装置。
  15. 請求項１４の装置であって、前記電源セルが太陽電池セルであり、前記第一の反転電圧発生手段の両端間の発生電圧が、前記複数の電源セルのうちの最も受光量の大きい電源セルの最大電力点に於ける発電電圧に設定される装置。
  16. 請求項１乃至１２の装置であって、前記電源セルが太陽電池セルであり、前記複数の電源セルのうちの最も受光量の大きい電源セルの発電電圧がその最大電力点に於ける発電電圧に設定される装置。
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