JP7390939B2

JP7390939B2 - 対地電位調整回路および電力制御方法

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Publication number: JP7390939B2
Application number: JP2020043073A
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Inventors: 友也古津; 晃浩和泉
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Publication date: 2023-12-04
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Description

この発明は、太陽光発電システムに係る対地電位調整回路および電力制御方法に関し、より詳細にはフレームが設置された裏面電極型の太陽電池モジュールについて発電効率の低下を防止するための対地電位調整回路および電力制御方法に関する。

太陽電池モジュールにおいて、その発電効率が発電時間の経過に伴って低下するＰＩＤ（Potential Induced Degradation）と呼ばれる事象が知られている。そして、ＰＩＤを抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
特許文献１および２は、裏面電極型太陽電池モジュール内の発電部が接地電位よりも電位の高い状態にあることを防止することにより、発電効率の低下を抑制するものである。
残念ながら、特許文献１および２の技術は、高抵抗を介して太陽電池モジュールの正極を接地する構成となるので、電力制御回路は絶縁型（商用系統と太陽電池入力側とがトランス等で絶縁された構成）のものである必要がある。多く普及している非絶縁型の電力制御回路には採用できない。
そこで、非絶縁型の電力制御回路に適用できる技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１５－５６１１７号公報特開２０１５－５６１１８号公報特願２０１８－５８６７１号公報

しかし、非絶縁型の電力制御回路に適用可能な構成は特許文献３のものに限らず、それと異なる構成態様も考えられる。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、簡単な構成でＰＩＤを抑制でき、非絶縁型の電力制御回路に適用できる対地電位調整回路および電力制御方法を提供するものである。

この発明は、外部の太陽電池モジュールと外部の電力制御回路との間に配置され、バイアス回路、電圧補償回路および対地電位制御部を備える回路であって、前記太陽電池モジュールは、フレームが接地された裏面電極型のものであり、電池正極端子および電池負極端子を有して両端子間に起電圧を出力し、前記電力制御回路は、回路正極側入力および回路負極側入力を有して前記太陽電池モジュールによって発電された電力を外部へ供給し、前記バイアス回路は、前記電池正極端子に接続される調整後正極側入力、前記電池負極端子に接続される調整後負極側入力および前記回路負極側入力に接続される調整前負極側出力を有し、前記起電圧を受けて逆バイアス電圧を生成し前記調整後負極側入力と前記調整前負極側入力との間に前記逆バイアス電圧の電位差を持たせ、前記電圧補償回路は、前記回路正極側入力に接続される調整前正極側出力を有し、前記起電圧を昇圧して前記調整前正極側出力へ提供し、前記対地電位制御部は、前記電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように前記起電圧に応じて前記バイアス回路が生成する逆バイアス電圧を制御しかつ前記逆バイアス電圧に相当する分だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるように前記電圧補償回路の昇圧を制御する対地電位調整回路を提供する。

また、異なる観点からこの発明は、外部の太陽電池モジュールと外部の電力制御回路との間に配置される回路を用いて対地電位を調整する方法であって、前記太陽電池モジュールは、電池正極端子および電池負極端子を有して両端子間に起電圧を出力し、前記電力制御回路は、回路正極側入力および回路負極側入力を有して前記太陽電池モジュールによって発電された電力を外部へ供給し、制御部が、前記電池正極端子に接続される調整後正極側入力、前記電池負極端子に接続される調整後負極側入力および前記回路負極側入力に接続される調整前負極側出力を有し前記起電圧を受けて逆バイアス電圧を生成するバイアス回路を用いて、前記電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように前記調整後負極側入力と前記調整前負極側出力との間に前記逆バイアス電圧の電位差を持たせ、前記回路正極側入力に接続される調整前正極側出力を有し前記起電圧を昇圧して前記回路正極側入力へ提供する電圧補償回路を用いて、前記逆バイアス電圧に相当する分だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるように制御する対地電位調整方法を提供する。

この発明による対地電位調整回路において、対地電位制御部は、電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように起電圧に応じてバイアス回路が生成する逆バイアス電圧を制御しかつ逆バイアス電圧に相当する分だけ調整後正極側入力の電位よりも調整前正極側出力の電位が高くなるように電圧補償回路の昇圧を制御するので、簡単な構成で発電効率の低下を抑制できる。

実施の形態１による太陽光発電システムの構成例を示すブロック図である。図１に示す太陽電池モジュールを受光面側から見た外観を示す正面図である。図２Ａに示す太陽電池モジュールを裏面から透視的に見た場合を示す背面図である。図１に示す太陽電池モジュールの断面図である。図３に示す太陽電池モジュールにおいて発電効率低下の推測原因を示す説明図である。図１に示す対地電位調整回路および電力制御回路の構成を示す回路図である。図５における対地電位調整回路の部分を示す回路図である。実施の形態３における電力制御装置の構成を示す回路図である。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
（実施の形態１）
≪太陽光発電システムの構成≫
この実施の形態による太陽光発電システム１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、太陽光発電システム１の要部構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール１０、蓄電装置２０、対地電位調整回路１４１および電力制御回路３０を備えている。太陽電池モジュール１０は、対地電位調整回路１４１および電力制御回路３０を介して系統電力網２と接続可能である。蓄電装置２０は電力制御回路３０を介して系統電力網２と接続可能である。系統電力網２は、電力会社が管理および運用を行う外部の電力網である。

太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール１０が発電した電力を、電力制御回路３０で変換し、蓄電装置２０に出力できる。あるいは、系統電力網２に出力できる（売電）。また、太陽光発電システム１は、系統電力網２から電力を購入し（買電）、蓄電装置２０に蓄電することができる。
さらに、太陽光発電システム１は、太陽電池モジュール１０の発電効率が発電時間の経過に伴って低下するＰＩＤの発生を、対地電位調整回路１４１を用いた制御により抑制し、発電効率の低下を防止できる。

図１において、系統電力網２は中点接地された単相三線の電源である。図１の系統電力網２に示す上側、および下側の交流電源の数値の一例はそれぞれ１００Ｖの電圧であり、電力制御回路３０へは２００Ｖの交流電圧が供給される。

太陽電池モジュール１０は、受光面の裏面側に正極と負極の両方が設けられた裏面電極型の太陽電池モジュールである。また、太陽電池モジュール１０は、電位的に接地されたフレーム（外枠）によって構造的に支持されている。太陽電池モジュール１０は、電池正極端子Ｔ１４２（正極）と電池負極端子Ｔ１４３（負極）とを備える。図１において、太陽電池モジュール１０と電力制御回路３０とを接続する２つの線のうち、電池正極端子Ｔ１４２に接続された上側を正極側の線と呼び、電池負極端子Ｔ１４３に接続された下側の線を負極側と呼ぶこととする。なお、太陽電池モジュール１０は１つのモジュールから構成されたものであってもよいし、複数のモジュールを連結したものであってもよい。太陽電池モジュール１０の具体的な構成については後述する。

蓄電装置２０は、電力を蓄え（蓄電）、また、蓄えた電力を放出（放電）できる。具体的には蓄電装置２０は、太陽電池モジュール１０が発電した電力や系統電力網２を介して電力会社から購入した電力を蓄えることができる。また、蓄電装置２０は、蓄えた電力を放出して図示しない電気機器を駆動させることができる。また、蓄えた電力を系統電力網２に逆潮流させて売却（売電）することができる。

対地電位調整回路１４１は、太陽電池モジュール１０の電池正極端子Ｔ１４２に接続される調整後正極側入力端子Ｔ１３１と、電池負極端子Ｔ１４３に接続される調整後負極側入力端子Ｔ１３２とを有する。太陽電池モジュール１０の電池正極端子Ｔ１４２と対地電位調整回路１４１の調整後正極側入力端子Ｔ１３１とは共通の電位を有し、電池負極端子Ｔ１４３と調整後負極側入力端子Ｔ１３２とは共通の電位を有する。
さらに、対地電位調整回路１４１は、調整前正極側出力端子Ｔ１４７と調整前負極側出力端子Ｔ１４９とを有する。調整前正極側出力端子Ｔ１４７は、電力制御回路３０のＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の入力である回路正極側入力端子Ｔ１３３に接続され、調整前負極側出力端子Ｔ１４９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の入力である回路負極側入力端子Ｔ１３４に接続される。対地電位調整回路１４１は、ＰＩＤの発生を抑えるために電池正極端子Ｔ１４２の対地電位を調整し、かつ対地電位の調整分を補償するように昇圧した電圧を出力する。

この実施形態による電力制御回路３０は、一つのユニットとして構成されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１、双方向ＰＷＭインバータ１０２、交流リアクトル１０３、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、連系リレー１０６、および切替制御部１０７からなる電力制御回路を備えている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、対地電位調整回路１４１を介して太陽電池モジュール１０に接続される。
双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、蓄電装置２０に接続される。
交流リアクトル１０３は、連系リレー１０６を介して系統電力網２に接続される。
電力制御回路３０は、太陽電池モジュール１０、蓄電装置２０および系統電力網２の間における電力の入出力を制御する。

電力制御回路３０のＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、対地電位調整回路１４１を介して太陽電池モジュール１０からの電力を受ける。そして、対地電位調整回路１４１から供給される電圧を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、コイル、ダイオード、および昇圧比をコントロールするスイッチングパワー素子として機能するＦＥＴ（Field-Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いた公知の回路構成を有するＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、蓄電装置２０へ電力を供給して充電（蓄電）する降圧モードと、蓄電装置２０からの電力の供給を受け、蓄電装置２０を放電させる昇圧モードの２つの動作モードを切り替えて動作する。降圧モードにおいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、太陽電池モジュール１０にて発電した直流電力、および双方向ＰＷＭインバータ１０２によって交流電力から変換された直流電力の少なくとも何れかで蓄電装置２０を充電する。昇圧モードにおいて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、蓄電装置２０から放電された直流電力を双方向ＰＷＭインバータ１０２へ送る。双方向ＰＷＭインバータ１０２は、送られた直流電力を交流電力に変換する。

双方向ＰＷＭインバータ１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１、交流リアクトル１０３、および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４に接続されている。双方向ＰＷＭインバータ１０２は、対地電位調整回路１４１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０１を介して太陽電池モジュール１０から供給される直流電力を交流電力に変換する。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して蓄電装置２０から供給される直流電力を交流電力に変換する。
双方向ＰＷＭインバータ１０２は、直流から交流への電力変換だけでなく、交流電圧を制御して変換された交流電力を系統電力網２へ逆潮流させることができる（売電）。また、双方向ＰＷＭインバータ１０２は、系統電力網２から供給を受けた（買電）交流電力を直流電力に変換し、変換された直流の電圧を制御して双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４へ出力することができる。

言い換えると、双方向ＰＷＭインバータ１０２は、系統電力網２から入力された交流電圧を直流電圧に順変換する。また、双方向ＰＷＭインバータ１０２は、直流電圧を交流電圧に逆変換して系統電力網２へ出力する。図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力端および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の一端側は並列接続されて双方向ＰＷＭインバータ１０２の一端側と接続されている。
連系リレー１０６は、交流リアクトル１０３と系統電力網２との間に設けられた切替回路である。切替制御部１０７から受信した制御信号にしたがって、太陽光発電システム１を系統電力網２と接続し、あるいは系統電力網２から切り離す。

切替制御部１０７は、電力制御回路３０の各部を制御するための制御信号を生成し、双方向ＰＷＭインバータ１０２および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の動作モードを切り替える。それによって蓄電装置２０の蓄電および放電を切り替えることができる。また、切替制御部１０７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１および連系リレー１０６の動作を制御する。
この実施形態において切替制御部１０７は、ハードウェア資源としてＣＰＵあるいはＭＰＵ（以下、ＣＰＵと総称する）およびメモリを中心に構成され、その他に入出力回路等を有する。前記メモリに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することによって切替制御部１０７の機能が実現される。

≪太陽電池モジュールの構成例≫
この実施の形態に係る太陽電池モジュール１０の構成例について、図２Ａ～図４を用いて説明する。
図２Ａおよび図２Ｂは、太陽光発電システム１で用いる太陽電池モジュール１０の外観を示す模式図である。図２Ａは、太陽電池モジュール１０を受光面側から見た正面図である。図２Ｂは、太陽電池モジュール１０を裏面から透視的に見た図である。

図２Ａは、太陽電池モジュール１０の正面図を示している。太陽電池モジュール１０は、周囲をフレーム１８で囲まれた複数の太陽電池セル１３から構成されている。図２Ａにおいて、角部の落ちた矩形が一つの太陽電池セル１３である。太陽電池モジュール１０において複数の太陽電池セル１３が行列状に配置されている。各太陽電池セル１３は、受光面の裏面側に設けられた第１電極（図４で後述するｐ型集電層１３ｅに相当）が、別の太陽電池セル１３の同じく裏面側に設けられた第２電極（図４で後述するｎ型集電層１３ｆに相当）と接続されている。これにより、太陽電池モジュール１０に含まれるすべての太陽電池セル１３は直列に接続されている。

図２Ｂは、太陽電池モジュール１０の裏面側の外観を示している。直列に接続された複数の太陽電池セル１３の端部は、別の配線によって裏面側に設けられた端子ボックスへ導かれる。端子ボックスには、太陽電池モジュール１０の出力電圧の正極側の端子である電池正極端子Ｔ１４２、および、太陽電池モジュール１０の出力電圧の負極側の端子である電池負極端子Ｔ１４３がそれぞれ設けられている。これらの電池正極端子Ｔ１４２および電池負極端子Ｔ１４３によって、直列に接続された複数の太陽電池セル１３において発電した電力を外部へ出力することができる。
複数の太陽電池モジュール１０が直列接続される場合、電池正極端子Ｔ１４２は最も高電圧側に位置する太陽電池モジュールの正極となり、電池負極端子は最も低圧側に位置する太陽電池モジュールの負極となる。

図３は、太陽電池モジュール１０の断面図である。図３において、太陽電池モジュール１０は、第１封止樹脂１１ａの中に埋設されている複数の裏面電極型の太陽電池セル１３を備えている。第１封止樹脂１１ａは、受光面側に設けられたカバーガラス１９と裏面側に設けられた裏面保護シート１５との間に挟み込まれるように固定されており、カバーガラス１９、第１封止樹脂１１ａ、および裏面保護シート１５の周囲は第２封止樹脂１１ｂで固定されている。第２封止樹脂１１ｂは、さらにフレーム１８で支持されており、当該フレーム１８は接地している。

裏面電極型の太陽電池セル１３は、パッシベーション膜１３ａ、ｎ型シリコン基板１３ｂ、ｐ＋層１３ｃ、ｎ＋層１３ｄ、ｐ型集電層１３ｅ、およびｎ型集電層１３ｆを備えている。パッシベーション膜１３ａは、ｎ型シリコン基板１３ｂにて発生した正孔および電子が当該ｎ型シリコン基板１３ｂの表面で再結合することを抑制するための被膜である。ｎ型シリコン基板１３ｂは太陽電池セル１３における発電部位にあたり、内部にｐ＋層１３ｃおよびｎ＋層１３ｄを備えている。ｐ型集電層１３ｅはｐ＋層１３ｃに当接しており、太陽電池セル１３の第１電極（正極）として機能する。ｎ型集電層１３ｆはｎ＋層１３ｄに当接しており、太陽電池セル１３の第２電極（負極）として機能する。

なお、太陽電池セル１３において、ｎ型集電層１３ｆは別の太陽電池セル１３のｐ型集電層１３ｅと、接続部材１６によって電気的に接続されている。さらに、直列に接続された複数の太陽電池セル１３の両端に相当するｐ型集電層１３ｅおよびｎ型集電層１３ｆは、太陽電池モジュール１０全体の正極および負極として機能し、それぞれ、太陽電池モジュール１０の電池正極端子Ｔ１４２、電池負極端子Ｔ１４３に接続される。

受光面から入射した光は、カバーガラス１９および第１封止樹脂１１ａを経由して太陽電池セル１３へ到達する。そして、太陽電池セル１３のｎ型シリコン基板１３ｂにおいて、正孔および自由電子を光電効果によって生じた結果、電極間に電圧を生じる。太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池セル１３において生じた電圧を合成し、当該太陽電池モジュール１０の起電圧として図１および図２Ｂに示される電池正極端子Ｔ１４２、電池負極端子Ｔ１４３を通して外部へ出力する。

≪裏面電極型太陽電池モジュールにおけるＰＩＤ発生原因の推測≫
図３を用いて説明したように、太陽電池モジュール１０は、受光面より入射した光が太陽電池セル１３に到達するまでの間に、複数の部材を経由する構成となっている。このことから発明者らは、太陽電池モジュール１０のような裏面電極型の太陽電池モジュールにおいて、ＰＩＤが生じる原因を、以下のように推測している。
図４は、図３に示す太陽電池モジュールにおける発電効率の低下の原因を推測した模式図である。なお、太陽電池モジュール１０は、接地されているフレーム１８によって支持されており、さらにフレーム１８とカバーガラス１９が当接している構成である（図３参照）。

太陽電池モジュール１０が発電を行うと、ｎ型シリコン基板１３ｂにおいて、正孔および自由電子が発生し、電極間を結ぶ電界が生じる。具体的には、ｐ型集電層１３ｅおよびｎ型シリコン基板１３ｂのｐ＋層１３ｃの電位が、ｎ型集電層１３ｆおよびｎ型シリコン基板１３ｂのｎ＋層１３ｄの電位よりも高くなる。このとき、カバーガラス１９とｎ型シリコン基板１３ｂのｐ＋層１３ｃとの間で、前記電極間を結ぶ電界とは別の電界が生じる。具体的には、ｐ＋層１３ｃの対地電位が正であり、カバーガラス１９の対地電位をゼロとした電界が生じる（図中の上向きの矢印）。

カバーガラス１９とｐ＋層１３ｃとの間に電界が生じると、第１封止樹脂１１ａに含まれる自由電子が電界にしたがって移動する。具体的には、自由電子がｎ型シリコン基板１３ｂの方へ移動し、第１封止樹脂１１ａとパッシベーション膜１３ａとの間の境界面上に堆積する。

前述の状態で太陽電池モジュール１０がさらに発電を行うと、光電効果によって発生した正孔の一部が正電極である裏面側のｐ型集電層１３ｅに当接するｐ＋層１３ｃではなく、境界面上に堆積した自由電子に引き寄せられる。このような反応が内部で行われることで、裏面電極型太陽電池モジュールにおいてＰＩＤが生じるものと推測される。

前述の推測内容に基づけば、カバーガラス１９とｐ＋層１３ｃとの間に、ＰＩＤが生じる場合とは逆方向の電界を生じさせることができれば、第１封止樹脂１１ａ中の自由電子が境界面上からカバーガラス１９の方向へ移動すると考えられる。これにより、発電によって生じた正孔が境界面に引き寄せられることがなくなり、太陽電池モジュール１０の発電効率の低下が抑制されるものと考えられる。

ＰＩＤが生じる場合とは逆方向の電界を生じさせるためには、ｐ＋層１３ｃに当接するｐ型集電層１３ｅの電位をカバーガラス１９の電位以下にする必要がある。このとき、カバーガラス１９は、接地されているフレーム１８に当接しているので、ｐ型集電層１３ｅの対地電位がゼロまたは負となるよう制御可能な回路構成とすることが好適である。ｐ型集電層１３ｅは電池正極端子Ｔ１４２に接続されている。従って、太陽電池モジュール１０の電池正極端子Ｔ１４２にゼロまたは負の電位を供給すれば、太陽電池セル１３のＰＩＤの発生を抑制することができる。

≪回路の構成≫
この実施の形態に係る対地電位調整回路１４１および電力制御回路３０の回路の構成例について、図５および図６を用いて説明する。図５は、図１に示す対地電位調整回路１４１および電力制御回路３０を含む太陽光発電システム１の構成例を示す回路図である。図６は、図５における対地電位調整回路１４１の部分を示す回路図である。

図５および図６に示すように、この実施形態による対地電位調整回路１４１は、大別してバイアス回路１５１、電圧補償回路１６１および対地電位制御部１７１からなり、一つのユニットとして他の回路と独立した構成を有している。
バイアス回路１５１の入力は、正極側が対地電位調整回路１４１の調整後正極側入力端子Ｔ１３１に接続され、負極側が対地電位調整回路１４１の調整後負極側入力端子Ｔ１３２に接続されている。
調整後正極側入力と調整後負極側入力との間に、直列接続されたキャパシタＣ１５６およびＣ１５７が配置されている。調整後負極側入力の側がキャパシタＣ１５６、調整後正極側入力の側がキャパシタＣ１５７である。

キャパシタＣ１５６とキャパシタＣ１５７の中点Ｔ１４８にコイルＬ１５５の一端が接続され、他端にスイッチング素子であるトランジスタＱ１５３のドレインが接続されている。トランジスタＱ１５３のソースは調整後負極側入力に接続されている。即ち、コイルＬ１５５を介してキャパシタＣ１５６と並列にトランジスタＱ１５３が配置されている。また、コイルＬ１５５の他端にダイオードＤ１５４のアノードが接続されている。ダイオードＤ１５４のカソードは調整後正極側入力に接続されている。即ち、コイルＬ１５５を介してキャパシタＣ１５７と並列にダイオードＤ１５４が接続されている。
対地電位制御部１７１は、制御信号を生成してトランジスタＱ１５３をオンおよびオフさせる。

トランジスタＱ１５３がオフの状態を維持していると、調整後正極側入力と調整後負極側入力との間に直列接続されたキャパシタＣ１５６およびＣ１５７キャパシタが入力電圧Ｖ_ｉｎによって充電される。最終的な中点Ｔ１４８の電圧は、キャパシタＣ１５６およびＣ１５７の容量の比で決まる。
ここで、トランジスタＱ１５３がオンの状態になると、キャパシタＣ１５６に蓄えられていたエネルギーが放電し、キャパシタＣ１５６からコイルＬ１５５を介してオン状態のトランジスタＱ１５３へ放電電流（電流Ｉ_Ｌ１）が流れ、電流Ｉ_Ｌ１が徐々に増加していく。電流Ｉ_Ｌ１の増加によってコイルＬ１５５にエネルギーが蓄積されていく。一方、キャパシタＣ１５６の放電に連れて電圧Ｖ_Ｃ１は徐々に減少し、キャパシタＣ１５６に蓄えられたエネルギーは減少する。

対地電位制御部１７１は、キャパシタＣ１５６からの放電中にトランジスタＱ１５３をオフにする。トランジスタＱ１５３がオフの状態になると、トランジスタＱ１５３へ流れていた電流は、トランジスタＱ１５３のドレインに接続されたＤ１５４を流れるようになる。コイルＬ１５５は電流Ｉ_Ｌ１を流し続ける性質（慣性）を有するからである。ダイオードＤ１５４を流れる電流は、ダイオードＤ１５４と並列に接続されたキャパシタＣ１５７を充電する。即ち、トランジスタＱ１５３がオフの状態になると、コイルＬ１５５に蓄えられていたエネルギーが減少しキャパシタＣ１５７にエネルギーが蓄積されていく。

トランジスタＱ１５３のオンオフを繰り返すことによって、キャパシタＣ１５６に蓄えられたエネルギーがキャパシタＣ１５７に移動する。蓄えられたエネルギーに応じてキャパシタＣ１５６およびＣ１５７の電圧の割合、即ち分圧比が決まる。言い換えると、トランジスタＱ１５３のデューティー比に応じて中点Ｔ１４８の電圧が決まる。
図５および図６において、キャパシタＣ１５６にかかる電圧をＶ_Ｃ１、キャパシタＣ１５７にかかる電圧をＶ_Ｃ２で示している。また、太陽電池モジュール１０の発電による入力電圧をＶ_ｉｎで示している。

電圧Ｖ_ｉｎ、Ｖ_Ｃ１およびＶ_Ｃ２の間に、
Ｖ_ｉｎ＝Ｖ_Ｃ１＋Ｖ_Ｃ２
の関係が成り立つ。
そして、キャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１の平均およびキャパシタＣ１５７の電圧Ｖ_Ｃ２の平均は、トランジスタＱ１５３のデューティー比に応じて変化する。
対地電位制御部１７１は、接地電位、調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電位および調整前負極側出力端子Ｔ１４９の電位を検出する。そして、トランジスタＱ１５３をオンオフさせるデューティー比を制御する。

一方、電圧補償回路１６１の正負の入力は、バイアス回路１５１と同様に、正極側の入力が対地電位調整回路１４１の調整後正極側入力端子Ｔ１３１に接続され、負極側の入力が対地電位調整回路１４１の調整後負極側入力端子Ｔ１３２に接続されている。
電圧補償回路１６１の正極側の出力は調整前正極側出力端子Ｔ１４７に接続され、負極側の出力は調整前負極側出力端子Ｔ１４９に接続されている。

電圧補償回路１６１は、コイルＬ１６３、スイッチング素子としてのトランジスタＱ１６４、ダイオードＤ１６５およびキャパシタＣ１６６で構成され、公知の標準的な昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータとほぼ同様の回路構成を有する。即ち、調整後正極側入力端子Ｔ１３１にコイルＬ１６３の一端が接続され、他端にトランジスタＱ１６４のドレインおよびダイオードＤ１６５のアノードが接続されている。トランジスタＱ１６４のソースは調整後負極側入力端子Ｔ１３２に接続され、ダイオードＤ１６５のカソードは調整前正極側出力端子Ｔ１４７に接続されている。さらに、調整前正極側出力端子Ｔ１４７にキャパシタＣ１６６の正極側が接続されている。

ただし、キャパシタＣ１６６の負極側、即ち、調整前負極側出力端子Ｔ１４９は、調整後負極側入力端子Ｔ１３２に接続されず、直列接続されたキャパシタＣ１５６とＣ１５７の中点Ｔ１４８に接続されている。その点において、標準的な昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと異なる。電圧補償回路１６１の出力電圧Ｖ_Ｃ３は、対地電位調整回路１４１の出力電圧でもある。出力電圧Ｖ_Ｃ３は、調整前正極側出力端子Ｔ１４７の中点Ｔ１４８に対する電圧である。

太陽電池モジュール１０が発電すると起電圧Ｖ_ｐｖが発生し、発生した起電圧Ｖ_ｐｖが対地電位調整回路１４１の入力となる。即ち、起電圧Ｖ_ｐｖが入力電圧Ｖ_ｉｎとして入力される。
電圧補償回路１６１のトランジスタＱ１６４がオフの状態で、キャパシタＣ１６６を充電する電流Ｉ_Ｌ２がコイルＬ１６３を介して流れる。キャパシタＣ１６６に電荷が蓄積されていくにつれて、キャパシタＣ１６６の電圧Ｖ_Ｃ３は増加していき、コイルＬ１６３を流れる電流Ｉ_Ｌ２は次第減少していく。ここで、オフ状態のトランジスタＱ１６４がオンの状態になると、キャパシタＣ１６６の正極側よりも低い電位（調整後負極側入力端子Ｔ１３２の電位にトランジスタＱ１６４のオン電圧を加えた電位）を有するトランジスタＱ１６４のドレインへ向けて電流Ｉ_Ｌ２が流れるようになる。

コイルＬ１６３が慣性を有するのでコイルＬ１６３を流れる電流Ｉ_Ｌ２は急激な増加をせず次第に増加していく。電流Ｉ_Ｌ２の増加に伴ってコイルＬ１６３にエネルギーが蓄積されていく。一方、キャパシタＣ１６６に蓄えられたエネルギーは、ダイオードＤ１６５に遮られて入力側へ戻る放電路がなく、調整後のＤＣ／ＤＣコンバータ１０１へ供給されるエネルギーを除き維持される。
オン状態のトランジスタＱ１６４が再びオフの状態になると、それまでトランジスタＱ１６４を流れていた電流Ｉ_Ｌ２は、コイルＬ１６３が有する慣性のためにダイオードＤ１６５を介してキャパシタＣ１６６へ向かうようになる。この電流によって、キャパシタＣ１６６がさらに充電される。キャパシタＣ１６６の電圧Ｖ_Ｃ３が次第に増加し、コイルＬ１６３を流れる電流Ｉ_Ｌ２は次第に減少する。電流Ｉ_Ｌ２が減少するに連れて、コイルＬ１６３に蓄えられていたエネルギーが減少し、キャパシタＣ１６６の電圧Ｖ_Ｃ３が増加するに連れてキャパシタＣ１６６にエネルギーが蓄積される。

トランジスタＱ１６４のオンとオフを繰り返すことによって、オン期間中にコイルＬ１６３に蓄えたエネルギーがオフ期間中にコイルＬ１６３からキャパシタＣ１６６へ移され、キャパシタＣ１６６がチャージアップされる。その結果、入力電圧Ｖ_ｉｎよりも大きな出力電圧Ｖ_Ｃ３が得ることができる。出力電圧Ｖ_Ｃ３の大きさは、トランジスタＱ１６４のデューティー比によって左右される。

対地電位制御部１７１は、接地電位、調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電位、調整後負極側入力端子Ｔ１３２の電位、調整前正極側出力端子Ｔ１４７の電位および調整前負極側出力端子Ｔ１４９の電位を検出する。そして、電圧補償回路１６１のトランジスタＱ１６４をオンオフさせるデューティー比を制御する。
この実施形態において、対地電位制御部１７１は、ハードウェア資源としてＣＰＵあるいはＭＰＵ（以下、ＣＰＵと総称する）およびメモリを中心に構成され、その他に入出力回路等を有する。前記メモリに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することによって対地電位制御部１７１の機能が実現される。

続いて、電力制御回路３０のＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の構成を述べる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は対地電位調整回路１４１の調整前正極側出力端子Ｔ１４７および調整前負極側出力端子Ｔ１４９にそれぞれ接続される。
この実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、キャパシタＣ１１１、コイルＬ１０９、トランジスタＱ１０８、ダイオードＤ１１０およびキャパシタＣ１１２で構成され、公知の標準的な昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと同様の回路構成を有する非絶縁型の回路である。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の回路正極側入力端子Ｔ１３３と回路負極側入力端子Ｔ１３４との間に定電圧素子としてのキャパシタＣ１１１が接続されている。また、回路正極側入力端子Ｔ１３３にコイルＬ１０９の一端が接続され、コイルＬ１０９の他端にトランジスタＱ１０８のドレインおよびダイオードＤ１１０のアノードが接続されている。トランジスタＱ１０８のソースは回路負極側入力端子Ｔ１３４に接続され、ダイオードＤ１１０のカソードはＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の正極出力に接続されている。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の正極出力と負極出力の間に定電圧素子としてのキャパシタＣ１１２が接続されている。

トランジスタＱ１０８のオンとオフを繰り返すことによって、オン期間中にコイルＬ１０９にエネルギーが蓄えられ、蓄えられたエネルギーがオフ期間中にコイルＬ１０９からキャパシタＣ１１２へ移されてキャパシタＣ１１２に蓄えられる。その結果、入力電圧Ｖ_Ｃ３よりも大きな出力電圧Ｖ_ｏｕｔが得られる。

≪回路の動作例≫
このように構成された太陽光発電システム１は、以下のように動作する。
まず、太陽電池モジュール１０にて発電が行われる。発電した電力は、対地電位調整回路１４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１および双方向ＰＷＭインバータ１０２を介して系統電力網２へ出力（売電）される。あるいは、対地電位調整回路１４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１および双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して蓄電装置２０へ蓄電される。あるいはまた、売電しつつ蓄電されるか、図示しない電気機器等の電力負荷によって消費される。

太陽電池モジュール１０が発電した電力を系統電力網２へ出力するように動作する場合の回路の動作について述べる。
切替制御部１０７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１および双方向ＰＷＭインバータ１０２へそれぞれ制御信号を送る。このときの太陽電池モジュール１０の起電圧をＶ_ＰＶとすると、対地電位調整回路１４１の入力電圧Ｖ_ｉｎは、起電圧Ｖ_ＰＶとなる。
対地電位制御部１７１は、接地電位、調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電位および調整前負極側出力端子Ｔ１４９の電位を検出する。そして、調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電位が接地電位に対してゼロまたは負の電位になるようにトランジスタＱ１５３のデューティー比を制御しキャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１を調整する。

数値の一例を挙げると、太陽光発電システム１に接続される系統電力網２の各相の接地電位に対する電圧は１００Ｖである。太陽電池モジュール１０からの直流電力を逆変換した交流電力を系統電力網２に逆潮流させる双方向ＰＷＭインバータ１０２の入力電圧（正極インバータ端子Ｔ１４４の負極インバータ端子Ｔ１４５に対する平均電圧）、即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは３５０（Ｖ）である。
双方向ＰＷＭインバータ１０２は、図５に示すようにブリッジ接続されたトランジスタをスイッチングさせて正負交互の電圧を生成する（逆変換動作）。ブリッジ回路の中点の平均電位が接地電位に等しく、電力制御回路３０が非絶縁型の回路構成であることから、負極インバータ端子Ｔ１４５の対地電位は、平均すると出力電圧Ｖ_ｏｕｔの１／２、即ち－１７５Ｖになる。

対地電位調整回路１４１の調整前負極側出力端子Ｔ１４９の電位は、負極インバータ端子Ｔ１４５の電位に等しい。対地電位調整回路１４１の調整後負極側入力端子Ｔ１３２の対地電位は、調整前負極側出力端子Ｔ１４９の電位よりもキャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１だけさらに低い。
対地電位調整回路１４１の調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電池正極端子電位Ｖ_ｐｏｓは、調整後負極側入力端子Ｔ１３２の対地電位よりも入力電圧Ｖ_ｉｎだけ高い。入力電圧Ｖ_ｉｎは、即ち、太陽電池モジュール１０の起電圧Ｖ_ｐｖである。

以上の関係を式で示すと、調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電池正極端子電位Ｖ_ｐｏｓは、
Ｖ_ｐｏｓ＝－Ｖ_ｏｕｔ／２－Ｖ_Ｃ１＋Ｖ_ｉｎ
＝－Ｖ_ｏｕｔ／２－Ｖ_Ｃ１＋Ｖ_ｐｖ
で表される。一例で、太陽電池モジュール１０の起電圧Ｖ_ｐｖは、３００Ｖである。
ＰＩＤの発生を抑えるために、対地電位調整回路１４１は電池正極端子電位Ｖ_ｐｏｓをゼロまたは負にすればよい。接地電位を境界値とすると（Ｖ_ｐｏｓ＝０）、キャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１がとるべき値は、上式より、
Ｖ_Ｃ１＝－Ｖ_ｏｕｔ／２＋Ｖ_ｐｖ－０

上述の数値例を当てはめると、Ｖ_Ｃ１がとるべき値は
Ｖ_Ｃ１＝－１７５＋３００＝１２５（Ｖ）
を境界値としてその境界値と等しいかそれより大きな電圧となる。そして、キャパシタＣ１５７の電圧Ｖ_Ｃ２がとるべき値は、
Ｖ_Ｃ２＝Ｖ_ｐｖ－Ｖ_Ｃ１
となり、上述の数値例を当てはめると、
Ｖ_Ｃ２＝３００－１２５＝１７５（Ｖ）
を境界値としてその境界値と等しいかそれより小さな電圧となる。

ここで、対地電位調整回路１４１からの出力電圧を受ける電力制御回路３０について考える。キャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１による対地電位調整がないと仮定すると、太陽電池モジュール１０の起電圧Ｖ_ｐｖがＤＣ／ＤＣコンバータ１０１に入力されていたはずである。上述の数値例では、３００ＶがＤＣ／ＤＣコンバータ１０１に入力されていたはずである。

対地電位制御部１７１は、調整後負極側入力端子Ｔ１３２に対する調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電圧および調整前負極側出力端子Ｔ１４９に対する調整前正極側出力端子Ｔ１４７の電圧を検出するように構成されている。そして、電池正極端子Ｔ１４２の対地電位調整分が補償された電圧を調整前正極側出力端子Ｔ１４７および調整前負極側出力端子Ｔ１４９から出力するようにトランジスタＱ１６４のデューティー比を制御し、キャパシタＣ１６６の電圧Ｖ_Ｃ３を調整する。
上述の数値例では、電圧Ｖ_Ｃ３がＶ_ｐｖと同じ３００ＶとなるようにトランジスタＱ１６４のデューティー比を制御する。

対地電位調整回路１４１から出力された分圧電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１によって図５中のＶ_ｏｕｔに昇圧される。上述の数値例では、３５０Ｖである。双方向ＰＷＭインバータ１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１から出力される直流電圧を交流電圧に逆変換して系統電力網２へ出力する。双方向ＰＷＭインバータ１０２の正極インバータ端子Ｔ１４４の電位は＋１７５Ｖであり、負極インバータ端子Ｔ１４５の対地電位は－１７５Ｖである。

（実施の形態２）
実施の形態１によれば、バイアス回路１５１は、デューティー比を制御することでキャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１とキャパシタＣ１５７の電圧Ｖ_Ｃ２の比率を調整できる。これによって、電池正極端子Ｔ１４２の電位（電池正極端子電位Ｖ_ｐｏｓ）をゼロまたは負にする。
しかし、電池正極端子Ｔ１４２の対地電位を必要以上に負方向に下げると、キャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１が大きくなり、電圧補償回路１６１が昇圧すべき電圧が大きくなる。

実施の形態１で述べた数値例で、電池正極端子Ｔ１４２の対地電位をゼロに近い負値にするには、３００Ｖの入力電圧Ｖ_ｉｎに対してさらに１２５Ｖより大きな昇圧を行う。例えば、１５０Ｖの昇圧を行う場合を考えると、３００Ｖの入力電圧に対して、さらに１５０Ｖの昇圧を行うことになるが、その程度の昇圧であれば、トランジスタＱ１６４がデューティー比３３％前後で動作するように電圧補償回路１６１の各素子を選択することは容易である。
しかし、例えば３００Ｖの入力電圧に対して、さらに３００Ｖを超える昇圧を行おうとした場合、トランジスタＱ１６４の動作点をデューティー比３３％前後に設定することはより難しくなる。デューティー比が33％から離れると、コイルＬ１６３に流れる電流Ｉ_Ｌ２のリップルがより大きくなり、大きなインダクタンスを有するコイルを選定せざるを得なくなる。それは、コスト的な観点、回路サイズおよび重量等の観点から好ましくない。

この実施形態において、対地電位調整回路１４１は、キャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１を、必要最低限の電圧に抑えるように制御する。即ち、対地電位調整回路１４１は、電池正極端子Ｔ１４２の対地電位Ｖ_ｐｏｓがゼロ（接地電位）になるように調整する。
図５および図６に示す調整前負極側出力端子Ｔ１４９の対地電位は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの１／２の大きさの負値である。
実施の形態１で述べた数値例では、出力電圧Ｖ_ｏｕｔが３５０Ｖ、調整前負極側出力端子Ｔ１４９の対地電位は－１７５Ｖである。

電池正極端子Ｔ１４２の対地電位をゼロにするには、キャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１を、太陽電池モジュール１０の起電圧Ｖ_ＰＶと出力電圧Ｖ_ｏｕｔの１／２との差分に調整すればよい。即ち、
Ｖ_Ｃ１＝－Ｖ_ｏｕｔ／２＋Ｖ_ｐｖ
に調整すればよい。
上述の数値例では、
Ｖ_Ｃ１＝－１７５＋３００＝１２５（Ｖ）
である。

（実施の形態３）
実施の形態１では、ユニットとして他の回路と独立した形態を有する電力制御回路３０と別のユニットとして他の回路と独立した形態を有する対地電位調整回路１４１で構成されることを前提としている。この構成の利点は、フレーム接地された裏面電極型の太陽電池モジュールと特許文献１および２のような絶縁型の電力制御回路が既に設置されており、その電力制御回路をユニット交換する際に、実施の形態１のような非絶縁型の電力制御回路が適用可能な点にある。
即ち、実施の形態１による対地電位調整回路１４１を介して太陽電池モジュール１０と電力制御回路３０とを接続できる。よって、フレーム接地された裏面電極型の太陽電池モジュールのために、絶縁型の電力制御回路を用意しておく必要がなく、他の太陽電池モジュールと共通の電力制御回路３０を適用できる。

一方、上述のような保守を考慮する必要なければ、対地電位調整回路１４１と電力制御回路３０とに分ける必然性がなく、一体の電力制御装置の形態をとることによって冗長な回路構成となっている部分を単純化できる。
この実施の形態では、実施の形態１における対地電位調整回路１４１と電力制御回路３０とが一体のユニットとして構成される態様を示す。
図７は、図５および図６に示す太陽光発電システムと異なる構成態様を示す説明図である。特に図６における電圧補償回路１６１とＤＣ／ＤＣコンバータ１０１とが一体化されて、より単純な回路構成になっている。図７において、図５および図６と同じ回路要素には同じ符号を付している。

図６のバイアス回路１５１におけるキャパシタＣ１５７は、図７においてＤＣ／ＤＣコンバータ１０１のキャパシタＣ１１１と共通化され省略されている。バイアス回路１５１の他の回路構成および動作は図５および図６と同様である。
図５および図６の対地電位制御部１７１は、図５の切替制御部１０７に組み入れられて共通のハードウェア資源を用いた切替／対地電位制御部１１７に変更されている。
図５および図６の電圧補償回路１６１の機能は、図７におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０１に組み込まれている。
切替／対地電位制御部１１７は、調整後正極側入力端子Ｔ１３１の電位が接地電位に対して負の電位になるようにトランジスタＱ１５３のデューティー比を制御しキャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１を調整する。

さらに、切替／対地電位制御部１１７は、対地電位調整分が補償されかつ目標の出力電圧Ｖ_ｏｕｔに昇圧された電圧が正極インバータ端子Ｔ１４４および負極インバータ端子Ｔ１４５に出力されるようにトランジスタＱ１０８のデューティー比を制御する。ここで、目標の出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、太陽電池モジュール１０が発電した電力を系統電力網２へ逆潮流させる場合、双方向ＰＷＭインバータ１０２が逆潮流に必要な電圧を出力に基づいて決まる。実施の形態１で述べた数値例では、出力電圧Ｖ_ｏｕｔは３５０Ｖである。

図７に示す回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１に入力される電圧は、図５および図６の回路におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１０１への入力電圧と異なる。図５および図６の回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１への入力電圧、即ち、対地電位調整回路１４１の調整前正極側出力端子Ｔ１４７の調整前負極側出力端子Ｔ１４９に対する電位差は、太陽電池モジュール１０の起電圧Ｖ_ｐｖに等しくなるように調整された電圧である。一方、図７の回路において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１への入力電圧は、太陽電池モジュール１０の起電圧Ｖ_ｐｖからキャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１を差し引いた電圧になる。そのため、電力制御回路３０のＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を図５および図６に示す回路の場合と変える必要がある。ＭＰＰＴ制御は、電力制御回路３０（図５においては対地電位調整回路１４１）が太陽電池モジュール１０からの電圧と電流の積である電力が最大になる出力電圧で電流を取り出すようにする制御である。

より詳細には、図５および図６に示す回路において、対地電位調整回路１４１は、太陽電池モジュール１０の正極端子の対地電位を調整することを目的として動作する。電圧補償回路１６１は、入力電圧Ｖ_ｉｎに対して対地電位をシフトさせた出力電圧Ｖ_Ｃ３が出力されるように昇圧比を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、その出力電圧Ｖ_Ｃ３を、双方向ＰＷＭインバータ１０２が必要とする電圧まで昇圧するように昇圧比を制御している。
図５および図６に示す電圧補償回路１６１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の機能を兼ねた昇圧を、この実施の形態による図７のＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は行う。
図７に示すこの実施形態による回路において、切替／対地電位制御部１１７は、トランジスタＱ１５３のデューティー比を制御して電圧Ｖ_Ｃ１の大きさを調整する。電池正極端子Ｔ１４２の対地電位がゼロまたは負になり、かつ太陽電池モジュール１０から取り出せる電力が最大になるような入力電圧Ｖ_ｉｎになるように電圧Ｖ_Ｃ１を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、入力電圧Ｖ_ｉｎからキャパシタＣ１５６の電圧Ｖ_Ｃ１を差し引いた電圧を、双方向ＰＷＭインバータ１０２が必要とする電圧まで昇圧する

以上に述べたように、
（i）この発明による対地電位調整回路は、外部の太陽電池モジュールと外部の電力制御回路との間に配置され、バイアス回路、電圧補償回路および対地電位制御部を備える回路であって、前記太陽電池モジュールは、フレームが接地された裏面電極型のものであり、電池正極端子および電池負極端子を有して両端子間に起電圧を出力し、前記電力制御回路は、回路正極側入力および回路負極側入力を有して前記太陽電池モジュールによって発電された電力を外部へ供給し、前記バイアス回路は、前記電池正極端子に接続される調整後正極側入力、前記電池負極端子に接続される調整後負極側入力および前記回路負極側入力に接続される調整前負極側出力を有し、前記起電圧を受けて逆バイアス電圧を生成し前記調整後負極側入力と前記調整前負極側出力との間に前記逆バイアス電圧の電位差を持たせ、前記電圧補償回路は、前記回路正極側入力に接続される調整前正極側出力を有し、前記起電圧を昇圧して前記調整前正極側出力へ提供し、前記対地電位制御部は、前記電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように前記起電圧に応じて前記バイアス回路が生成する逆バイアス電圧を制御しかつ前記逆バイアス電圧に相当する分だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるように前記電圧補償回路の昇圧を制御することを特徴とする。

この発明において、電力制御回路は、例えば外部の系統電力網あるいは外部の蓄電装置と接続され、対地電位調整回路を介して接続される太陽電池モジュールの電力を、系統電力網へ供給する（売電）。あるいは、蓄電装置へ供給し（充電）、また、系統電力網から電力の供給を受けて蓄電装置を充電する（買電）する。さらに、太陽電池モジュール、系統電力網あるいは蓄電装置からの電力を電力負荷に供給する。ただし、この構成に限るものでない。

また、バイアス回路は、調整後負極側入力の電位に前記逆バイアス電圧を加えた電位を調整前負極側出力の電位とすることによって、調整後負極側入力の電位を調整前負極側出力よりも逆バイアス電圧の分だけ低くなるようにし、かつ、逆バイアス電圧の大きさを制御できるものである。その具体的な態様は、例えば、チョッパ型ＤＣ／ＤＣコンバータ（チョッパ回路）を用いて太陽電池モジュールの起電圧から逆バイアス電圧を生成し逆バイアス電圧を制御する回路である。ただし、チョッパ回路の構成に限るものでなく、調整後負極側入力の電位と調整前負極側入力との間に調整可能な逆バイアス電圧を加える回路であればよい。
ここで、逆バイアスとしているのは、対地電位が系統電力網の接地電位、従って、出力側を基準として決まり、バイアス電圧はその対地電位に対して太陽電池モジュール、即ち入力側の電位を調整するものだからである。

さらにまた、電圧補償回路は、バイアス回路を用いて太陽電池モジュールの対地電位を調整することによって、太陽電池の起電圧を受ける電力制御回路への見かけの入力電圧が減少する分を補償する回路である。その具体的な態様は、例えば、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧型チョッパ回路）を用いた回路である。ただし、チョッパ回路の構成に限るものでなく、調整前正極側出力の電位と調整後正極側入力との間の電位差を調整可能な回路であればよい。

対地電位制御部は、バイアス回路および電圧補償回路を制御するものである。その具体的な態様は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路等からハードウェアが構成され、前記メモリに格納された制御プログラムをＣＰＵが実行することで、ハードウェア資源とソフトウェア資源が有機的に結合して機能が実現されるものである。ただし、この態様に限るものでない。

さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記バイアス回路は、前記調整後正極側入力と前記調整後負極側入力との間に直列接続される正極側キャパシタおよび負極側キャパシタと、前記正極側キャパシタおよび負極側キャパシタの分圧比を調整するチョッパ回路を備え、前記正極側キャパシタと負極側キャパシタとが接続された中点に前記調整前負極側入力が接続されるものであってもよい。
このようにすれば、負極側キャパシタにかかる電圧を逆バイアス電圧として電池正極端子の対地電位を調整できる。

（iii）前記電圧補償回路は、前記調整後正極側入力と前記調整後負極側入力との差分としての前記起電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を備え、昇圧された電圧を前記調整前正極側出力に提供するものであってもよい。
このようにすれば、昇圧チョッパ回路を用いて前記逆バイアス電圧に相当する電圧だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるようにできる。

（iv）前記対地電位制御部は、接地電位、前記調整後正極側入力の電位、前記調整後負極側入力の電位、前記調整前正極側出力の電位および前記調整前負極側出力の電位を検出して前記バイアス回路および前記電圧補償回路の昇圧を制御してもよい。
このようにすれば、対地電位制御回路の各部の電位を検出することでバイアス回路および電圧補償回路を制御できる。

（v）前記電力制御回路は、前記回路正極側入力と前記回路負極側入力とを入力とするＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力と外部の系統電力網との間に接続されて順変換動作および逆変換動作を実行する双方向インバータとを備え、前記双方向インバータが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される正極インバータ端子および負極インバータ端子を有し、前記中点は、前記回路負極側入力を介して前記負極インバータ端子に接続されてもよい。
このようにすれば、非絶縁型の電力制御回路に対して、バイアス回路が生成する逆バイアス電圧を用いて電池正極端子の対地電位を制御できる。

（vi）この発明の好ましい態様は、上述の対地電位調整回路を備える対地電位調整ユニットを含む。

（vii）この発明の好ましい態様は、上述の対地電位調整回路および上述の電力制御回路を備える電力制御装置を含む。

（viii）この発明の好ましい態様は、外部の太陽電池モジュールと外部の電力制御回路との間に配置される回路を用いて対地電位を調整する方法であって、前記太陽電池モジュールは、電池正極端子および電池負極端子を有して両端子間に起電圧を出力し、前記電力制御回路は、回路正極側入力および回路負極側入力を有して前記太陽電池モジュールによって発電された電力を外部へ供給し、制御部が、前記電池正極端子に接続される調整後正極側入力、前記電池負極端子に接続される調整後負極側入力および前記回路負極側入力に接続される調整前負極側出力を有し前記起電圧を受けて逆バイアス電圧を生成するバイアス回路を用いて、前記電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように前記調整後負極側入力と前記調整前負極側出力との間に前記逆バイアス電圧の電位差を持たせ、前記回路正極側入力に接続される調整前正極側出力を有し前記起電圧を昇圧して前記回路正極側入力へ提供する電圧補償回路を用いて、前記逆バイアス電圧に相当する分だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるように制御する対地電位調整方法を含む。

この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

１：太陽光発電システム、２：系統電力網、１０：太陽電池モジュール、１１ａ：第１封止樹脂、１１ｂ：第２封止樹脂、１３：太陽電池セル、１３ａ：パッシベーション膜、１３ｂ：ｎ型シリコン基板、１３ｃ：ｐ＋層、１３ｄ：ｎ＋層、１３ｅ：ｐ型集電層、１３ｆ：ｎ型集電層、１５：裏面保護シート、１６：接続部材、１８：フレーム、１９：カバーガラス、２０：蓄電装置、３０：電力制御回路
１０１：ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０２：双方向ＰＷＭインバータ、１０３：交流リアクトル、１０４：双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０６：連系リレー、１０７：切替制御部、１１７：切替／対地電位制御部、１４１：対地電位調整回路、１５１：バイアス回路、１６１：電圧補償回路、１７１：対地電位制御部
Ｃ１１１，Ｃ１１２，Ｃ１５６，Ｃ１５７，Ｃ１６６：キャパシタ
Ｄ１１０，Ｄ１５４，Ｄ１６５：ダイオード
Ｌ１０９，Ｌ１５５，Ｌ１６３：コイル
Ｑ１０８，Ｑ１５３，Ｑ１６４：トランジスタ
Ｔ１３１：調整後正極側入力端子、Ｔ１３２：調整後負極側入力端子、Ｔ１３３：回路正極側入力端子、Ｔ１３４：回路負極側入力端子、Ｔ１４２：電池正極端子、Ｔ１４３：電池負極端子、Ｔ１４４：正極インバータ端子、Ｔ１４５：負極インバータ端子、Ｔ１４７：調整前正極側出力端子、Ｔ１４８：中点、Ｔ１４９：調整前負極側出力端子
Ｉ_Ｌ１，Ｉ_Ｌ２：電流
Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２：電圧、Ｖ_ｉｎ：入力電圧、Ｖ_ｏｕｔ：出力電圧、Ｖ_ｐｏｓ：電池正極端子電位、Ｖ_ｐｖ：起電圧

Claims

外部の太陽電池モジュールと外部の電力制御回路との間に配置され、バイアス回路、電圧補償回路および対地電位制御部を備える回路であって、
前記太陽電池モジュールは、フレームが接地された裏面電極型のものであり、電池正極端子および電池負極端子を有して両端子間に起電圧を出力し、
前記電力制御回路は、回路正極側入力および回路負極側入力を有して前記太陽電池モジュールによって発電された電力を外部へ供給し、
前記バイアス回路は、前記電池正極端子に接続される調整後正極側入力、前記電池負極端子に接続される調整後負極側入力および前記回路負極側入力に接続される調整前負極側出力を有し、前記起電圧を受けて逆バイアス電圧を生成し前記調整後負極側入力と前記調整前負極側出力との間に前記逆バイアス電圧の電位差を持たせ、
前記電圧補償回路は、前記回路正極側入力に接続される調整前正極側出力を有し、前記起電圧を昇圧して前記調整前正極側出力へ提供し、
前記対地電位制御部は、前記電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように前記起電圧に応じて前記バイアス回路が生成する逆バイアス電圧を制御しかつ前記逆バイアス電圧に相当する分だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるように前記電圧補償回路の昇圧を制御する対地電位調整回路。
前記バイアス回路は、前記調整後正極側入力と前記調整後負極側入力との間に直列接続される正極側キャパシタおよび負極側キャパシタと、前記正極側キャパシタおよび負極側キャパシタの分圧比を調整するチョッパ回路を備え、前記正極側キャパシタと負極側キャパシタとが接続された中点に前記調整前負極側出力が接続される請求項１に記載の対地電位調整回路。
前記電圧補償回路は、前記調整後正極側入力と前記調整後負極側入力との差分としての前記起電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路を備え、昇圧された電圧を前記調整前正極側出力に提供する請求項２に記載の対地電位調整回路。
前記対地電位制御部は、接地電位、前記調整後正極側入力の電位、前記調整後負極側入力の電位、前記調整前正極側出力の電位および前記調整前負極側出力の電位を検出して前記バイアス回路および前記電圧補償回路の昇圧を制御する請求項２または請求項３に記載の対地電位調整回路。
前記電力制御回路は、前記回路正極側入力と前記回路負極側入力とを入力とするＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力と外部の系統電力網との間に接続されて順変換動作および逆変換動作を実行する双方向インバータとを備え、
前記双方向インバータが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される正極インバータ端子および負極インバータ端子を有し、
前記中点は、前記回路負極側入力を介して前記負極インバータ端子に接続される請求項２から４のいずれか1項に記載の対地電位調整回路。
請求項１～５の何れか一つに記載の対地電位調整回路を備える対地電位調整ユニット。
請求項１に記載の対地電位調整回路および請求項１に記載の電力制御回路を備える電力制御装置。
外部の太陽電池モジュールと外部の電力制御回路との間に配置される回路を用いて対地電位を調整する方法であって、
前記太陽電池モジュールは、電池正極端子および電池負極端子を有して両端子間に起電圧を出力し、
前記電力制御回路は、回路正極側入力および回路負極側入力を有して前記太陽電池モジュールによって発電された電力を外部へ供給し、
制御部が、
前記電池正極端子に接続される調整後正極側入力、前記電池負極端子に接続される調整後負極側入力および前記回路負極側入力に接続される調整前負極側出力を有し前記起電圧を受けて逆バイアス電圧を生成するバイアス回路を用いて、前記電池正極端子の対地電位がゼロまたは負になるように前記調整後負極側入力と前記調整前負極側出力との間に前記逆バイアス電圧の電位差を持たせ、
前記回路正極側入力に接続される調整前正極側出力を有し前記起電圧を昇圧して前記調整前正極側出力へ提供する電圧補償回路を用いて、前記逆バイアス電圧に相当する分だけ前記調整後正極側入力の電位よりも前記調整前正極側出力の電位が高くなるように制御する対地電位調整方法。