WO2006033142A1 - 太陽光発電システムおよびその昇圧ユニット - Google Patents

太陽光発電システムおよびその昇圧ユニット Download PDF

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WO2006033142A1
WO2006033142A1 PCT/JP2004/013821 JP2004013821W WO2006033142A1 WO 2006033142 A1 WO2006033142 A1 WO 2006033142A1 JP 2004013821 W JP2004013821 W JP 2004013821W WO 2006033142 A1 WO2006033142 A1 WO 2006033142A1
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WO
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circuit
solar cell
voltage
output
generation system
Prior art date
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PCT/JP2004/013821
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English (en)
French (fr)
Inventor
Makoto Kasugai
Omi Nishi
Hirokazu Nakabayashi
Naoki Nishio
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic power generation system and a boosting unit thereof, and in particular, raises the power generation voltage of a solar cell within the input operation range of a power conditioner, and converts the DC power of the solar cell to AC power.
  • the present invention relates to a photovoltaic power generation system that is connected to commercial power by converting it into power and its booster unit.
  • a solar power generation system converts surplus power by converting DC power generated by a solar cell into AC power by a power conditioner and by linking it with a general commercial power source supplied from an electric power company.
  • Patent Document 1 Conventionally, as a general configuration of this type of photovoltaic power generation system, for example, there is one shown in Patent Document 1 below.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the boosting unit of the photovoltaic power generation system disclosed in Patent Document 1. In FIG.
  • a booster unit 101 is a standard input unit to which a solar cell circuit 100a that is one unit (hereinafter referred to as “solar cell circuit”) configured by connecting a plurality of solar cell modules in series is connected. 110 and a step-up input unit 112 to which the solar cell circuit 100b is connected.
  • the standard input unit 110 is an input unit that does not have a booster circuit, and is an input unit that requires the number of series connected solar cell modules that can be supplied without boosting the voltage within the input operation range of the power conditioner 102.
  • the boost input unit 112 is an input unit that includes a booster circuit, and is an input unit that boosts the voltage of the solar cell circuit to the operating range of the power conditioner by the booster circuit.
  • the standard input unit 110 and the boost input unit 112 are provided with a switch at each input stage.
  • the outputs are connected in the boost unit 101 to be grouped together and output to the power conditioner 102.
  • the power conditioner 102 converts the direct current power of the solar cell circuit output from the booster unit 101 into alternating current power, and is connected to the commercial power system 104 to perform grid connection.
  • the boost unit shown in the figure only two solar cell circuits (100a, 100b) are shown for simplification of the drawing. However, usually more solar cell circuits may be input.
  • the grid interconnection of the photovoltaic power generation system is an existing technology, so detailed explanation is omitted.
  • the step-up input unit 112 to which the solar cell circuit 100b is connected includes a main circuit including a rear tuttle, a switching element, a diode, a capacitor, and the like, and a switching element of the main circuit based on the input voltage Vs2 and the output voltage Vo2.
  • a control signal 114 that supplies the control signal Sg2 and a trip signal that generates and outputs a trip signal for tripping the input switch when an error occurs based on the output voltage Vo2 and the temperature T2 of the switching element detected by the temperature sensor Part 116 is provided.
  • the booster circuit of the boost input unit 112 includes a series connection number (nl) of solar cell circuits 100a that do not require a booster circuit and a series connection number (n2) of solar cell circuits 100b that require a booster circuit.
  • the control circuit 114 of the boost input unit 112 compares the actual boost voltage ratio (Vo2 / Vs2), which is the ratio of the actual output voltage Vo2 and the input voltage Vs2, with the target boost ratio a * to reduce the error.
  • the signal Sg2 transmitted to the switching element is controlled to optimize the on / off time.
  • FIG. 14 is a diagram showing voltage-power characteristics (hereinafter simply referred to as “VP characteristics”) of solar cell circuits having different numbers of series connections.
  • VP characteristics voltage-power characteristics
  • FIG. 3 (a) the V–P characteristics of the solar cell circuit 100a connected to the standard input unit 110 are shown by a solid line (L1), and the VP characteristics of the solar cell circuit 100b connected to the boost input unit 112 are shown. This is indicated by the broken line (L2).
  • the target step-up ratio (X *) expressed by the ratio of the number of solar cell circuits connected in series is equal to the ratio (VolZV o2) of the open circuit voltage of each input section.
  • the maximum power point P2max of the boost input unit 112 moves to P2max 'after boosting.At this time, the power conditioner 102 is connected to the standard input unit indicated by the thick line (L5). 110 and step-up input section 112. It will operate at the Pmax point of the combined output characteristics of 2.
  • the solar cell circuit 100a of the standard input section 110 and the step-up input Part 1 12 Solar cell circuit 100b is operated at the point where each output power becomes maximum Leave in Toga.
  • the boost input unit 112 performs the target boost ratio constant control so that the target boost ratio ⁇ * is constant.
  • the power conditioner 102 connected to the output of the boosting unit is not in an operating state, the boosting unit 101 is placed in a no-load state, and the boosting circuit of the boosting input unit 112 performs a boosting operation.
  • the booster input unit 112 changes the target booster ratio ⁇ * to be small and boosts the voltage. Constant voltage control is performed so that the output voltage of unit 101 falls within the allowable input voltage range of power conditioner 102.
  • trip signal generator 116 of booster input unit 112 outputs output voltage Vo2 Is detected, and the breaker 121 of the input stage is tripped to open the line with the solar cell circuit, thereby preventing the booster unit 101 and the power conditioner 102 from being damaged.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-51571
  • the conventional boosting unit is connected in series so that the voltage of the solar cell becomes the input operating range of the power conditioner, like the solar cell circuit 100a connected to the standard input section shown in FIG. Number (standard number of connections) was required. For this reason, it was necessary to always arrange the number of series on the one side of the roof (usually a lot of solar radiation, south side) to ensure a voltage that would be the input operating range of the power conditioner.
  • a dormitory often found in modern houses There was a problem that a booster unit could not be used in a house where a number of solar cells could not be installed on one roof surface, such as the roof, because the required number of series (standard number of connections) could not be installed.
  • the target boost ratio ⁇ * targeted by the control circuit of the boost input section requires the number of series connection (nl) of solar cell circuits connected to the standard input section that does not require the boost circuit and the boost circuit.
  • the target boost ratio ⁇ * is usually set manually with a dial switch at the time of construction.It is determined by the ratio of the number of solar cell circuits connected in series to the boost input section (n2). . Therefore, the extra work of setting the target boost ratio * of the boost unit during construction will occur, and there is a possibility that an incorrect boost ratio will be set. If the target boost ratio ⁇ * is set to an incorrect value, the maximum power cannot be extracted from the solar cell circuit connected to the boost unit.
  • FIG. 15 is a V-V characteristic diagram showing an example of the case where the maximum power cannot be extracted from the boosting unit.
  • the boost ratio is originally set to (VolZVo2), but it is set to a small value by mistake
  • the output characteristics of the boost input section will be Becomes a broken line (Ml)
  • the VP characteristic of the combined output of the standard input part and the boost input part is the characteristic indicated by the thick line (M2). Therefore, the operating point by the inverter is Pmax ', and the solar cell connected to the booster input unit should be operated at the maximum output operating voltage Vpi of the solar cell circuit connected to the standard input unit. Since it operates at the maximum output operating voltage Vp2 'after boosting the circuit, the solar cell circuit connected to the standard input section cannot output the maximum power.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and is the number of series connections (standard) to be an input operation range of all solar cell circuit power power conditioners connected to the boosting unit. It is an object of the present invention to provide a photovoltaic power generation system capable of operating all the solar cell circuits at the maximum power point even when the number of connections is less than the number of connections) and a boosting unit thereof.
  • a photovoltaic power generation system is provided.
  • a photovoltaic power generation system is provided.
  • a booster unit comprising a booster circuit that boosts a DC voltage output from a connected solar cell circuit, and a power conditioner that converts DC power output from the booster unit into AC power; All of the plurality of solar cell circuits are connected to the booster circuit.
  • the booster unit includes the booster circuit connected to each of the plurality of solar cell circuits, and all the solar cell circuits are connected to the booster circuit.
  • the step-up ratio is controlled.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system including a boosting unit according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an output power characteristic with respect to an input voltage in a power conditioner connected to a booster unit.
  • Fig. 3-1 shows the operation of the boost unit when the maximum output operating voltage Vs of the solar cell circuit connected to the booster circuit is lower than the minimum input voltage V2 at which the rated output of the inverter is available. It is a figure for demonstrating.
  • FIG. 3-2 shows that the maximum output operating voltage Vs of the solar cell circuit connected to the booster circuit and the maximum output operating voltage Vs' of the other solar cell circuit are both rated for the inverter.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the boosting unit when it is greater than the minimum input voltage V2 that can be output and is in a relationship of Vs to Vs ′.
  • FIG. 4 is a diagram showing a processing concept for detecting the maximum output operating point of a solar cell circuit.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of a control circuit.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example for operating two solar cell circuits with different maximum output operating voltages at the maximum power point.
  • Fig. 7-1 is a diagram showing an example of the case where all the solar cell circuits connected to the boosting unit cannot be operated at the maximum power point!
  • Fig. 7-2 is a graph showing the combined output VP characteristics of the solar cell circuit in the state shown in Fig. 7-1.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of a control process for operating all the solar cell circuits connected to the boosting unit at the maximum power point.
  • FIG. 91 is a diagram showing a processing concept for operating all the solar cell circuits connected to the boosting unit at the maximum power point.
  • Fig. 9 2 is a graph showing the composite output VP characteristic of the solar cell circuit controlled as shown in Fig. 91.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a process flow of another control process for operating all the solar cell circuits connected to the boosting unit at the maximum power point.
  • FIG. 11-1 is a diagram showing a processing concept for operating the solar cell circuit at the maximum power point based on the processing flow shown in FIG.
  • FIG. 11 2 is a graph showing the composite output V—P characteristics of the solar cell circuit controlled as shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a processing concept for detecting the maximum output operating point of a solar cell circuit in consideration of calculation processing time.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a boosting unit of a photovoltaic power generation system that works on the prior art.
  • FIG. 14 is a graph showing VP characteristics of solar cell circuits having different numbers of series connections.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the case where the maximum power cannot be extracted from the boosting unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system including a boosting unit that works on the present invention. is there.
  • the boost unit shown in the figure only two solar cell circuits 1 Oa and 10b are shown for simplicity of drawing, but the number of inputs of the solar cell circuit and the number of boost circuits can be expanded. Needless to say.
  • solar cell circuits 10a and 10b respectively installed on a small space roof surface such as a dormitory roof are connected to a booster unit 11, respectively.
  • the booster 11 is equipped with booster circuits 20a and 20b connected to the solar cell circuits 10a and 10b, respectively.
  • the outputs of these booster circuits 20a and 20b are connected in the booster unit 11. They are collected in one line and output to the inverter 12.
  • the power conditioner 12 includes a booster circuit for generating commercial system voltage, an inverter circuit for converting the DC power of the solar cell circuit to AC power, a protection device for system interconnection, etc. (all not shown)
  • maximum power point tracking control various processes for linking to the commercial power system 14 are performed.
  • the booster circuit 20a includes a main circuit including a force such as a rear tuttle 23, a switching element 24, a diode 25, capacitors 26 and 27, a temperature sensor 28, and a control circuit 21a.
  • the control circuit 21a includes the output voltage Vsl of the solar battery circuit 10a and the input voltage Vsl to the booster circuit 20a, the output voltage Vol of the booster circuit 20a, and the rear tutor when the switching element detected by the current sensor 29 is turned on 23 Current IL1 and temperature sensor 28 ambient temperature T1 signal inside the booster unit.
  • the control circuit 21a includes a sensor circuit to which these signals are input, a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) that is the center of control (all not shown), and the like.
  • microcomputer a microcomputer
  • the command value of the gate signal Sgl for turning on and off the switching element of the main circuit is output, and a boosted output boosted to the target voltage value is generated.
  • the control circuits of each booster circuit are electrically connected to the output overvoltage protection signal Voerr and the input voltage value Vspmax when output to the outside is permitted by the microcomputer of the control circuit.
  • FIG. 2 is a diagram showing an output power characteristic with respect to an input voltage in a power conditioner connected to the boosting unit.
  • D1 is the lower limit of the input operating voltage range VI Force This is the region up to the predetermined voltage V2, where the output power increases approximately in proportion to the input voltage. This area means that the input voltage to the inverter 12 is low.
  • the condition where the input voltage to the power conditioner 12 is low specifically refers to the case where the amount of solar radiation is small, the case where the generation of solar cell circuit power with a small number of series connections is mainstream, or the number of solar cell modules. It is assumed that a certain generated voltage cannot be obtained due to the shadow of the sheet.
  • the input voltage to the power conditioner 12 is low, and a predetermined rated output cannot be obtained. As a result, it gradually increases in proportion to the input voltage as shown in the figure.
  • D2 is a region that exceeds the predetermined voltage V2 and reaches the upper limit V3 of the input operating voltage range, and is a region where substantially constant output power is output regardless of the input voltage.
  • This area is when the input voltage to the power conditioner 12 is sufficiently high. Since the power conditioner 12 is connected to the commercial power grid 14, a substantially constant output power (rated output) is output. Output characteristics are set.
  • the boosting unit 11 raises its output voltage to a voltage range in which the power conditioner 12 can output a predetermined rated output efficiently according to the DC voltage level output from the connected solar cell circuit.
  • the target voltage varies depending on the maximum output operating voltage of each of the plurality of solar cell circuits, and the boost ratio for each booster circuit also varies. Therefore, after performing the following case classification, the operation will be described in detail.
  • Fig. 3-1 is a diagram for explaining the operation of the booster unit when the maximum output operating voltage Vs of the solar cell circuit connected to the booster circuit is smaller than the minimum input voltage V2 at which the rated output of the power conditioner is possible. It is. As shown in FIG. 2A, for example, a case is assumed where the maximum output operating voltage Vs of the solar cell circuit 10a is smaller than the minimum input voltage V2 at which the rated output of the power conditioner 12 is possible. In this case, the booster unit 11 has a minimum input voltage value.
  • the voltage of the booster circuit 20a is boosted by the boost ratio (V2ZVs) using V2 as the target voltage.
  • V2ZVs boost ratio
  • the maximum output operating voltage after boosting the solar cell circuit 10a is included in the operating input voltage range of the power conditioner 12, as shown in FIG. It can be operated at the maximum power point Pmax '.
  • the booster circuit 20b connected to the solar cell circuit 10b is also boosted with the minimum input voltage value V2 as the target voltage, the solar cell circuit 10b can also be operated at the maximum power point of the output VP characteristic. . Therefore, the maximum output operating voltage after boosting of both of the solar cell circuits 10a and 10b is the same, and these maximum output operating voltages are included in the operating input voltage range of the power conditioner 12.
  • a predetermined output can be efficiently extracted from the power conditioner 12 without falling into a state where the maximum power cannot be extracted from the boosting unit as shown in the figure.
  • Fig. 3-2 shows the minimum input voltage at which the maximum output operating voltage Vs 'of the solar cell circuit connected to the booster circuit and the maximum output operating voltage Vs' of the other solar cell circuit are capable of rated output of the power conditioner.
  • the booster unit 11 boosts the voltage of the booster circuit 20a with the boost ratio (Vs′ZVs) using the maximum output operating voltage Vs ′ of the solar cell circuit 10b as the target voltage.
  • the booster circuit 20b does not perform the boosting operation.
  • FIG. 4 is a diagram showing a processing concept for detecting the maximum output operating point of the solar cell circuit
  • FIG. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of the control circuit.
  • the microcomputer in the control circuit of each booster circuit constantly detects the current operating point on the voltage and power characteristics of the connected solar cell circuit, and the minute change in the input power Ps relative to the minute change in the input voltage Vs. Calculate (dPsZdVs).
  • this minute change is a positive value in the region including the point a and a negative value in the region including the point c. Become. Also, in the region including point b where the power is maximum, the value is almost zero. Therefore, the maximum output operating point can be detected for each booster circuit by calculating this dPsZdVs.
  • the microcomputer in each control circuit outputs the voltage output permission signal to the input voltage detection circuit after confirming the operation at the maximum output operation, that is, the operation at the point b.
  • the microcomputer 33a of the control circuit 21a sends a voltage output permission signal to the input voltage detection circuit 31a. Output.
  • the input voltage detection circuit 31a generates and outputs the maximum output operating voltage value Vslpmax of the solar cell circuit 10a based on this voltage output permission signal.
  • a voltage output permission signal is also output from the microcomputer 33b of the control circuit 21b, and the input voltage detection circuit 31b generates and outputs the maximum output operating voltage value Vs2pmax of the solar cell circuit 10b.
  • Vslpmax the highest output operating voltage value (Vslpmax, Vs 2pmax, ...) output from each control circuit (Vspmax: (Hereinafter referred to as the “maximum value of the maximum output operating voltage value”), and this voltage value is input to each microcomputer in the control circuit.
  • Vspmax the maximum value of the maximum output operating voltage value
  • Vspmax the maximum value of the maximum output operating voltage is lower than the minimum voltage (V2) at which the rated output of the inverter can be rated, the minimum voltage (V2) will be boosted as the target value. .
  • Vspmax The maximum value of the maximum output operating voltage (Vspmax) is higher than the lowest voltage (V2) that the rated output of the power conditioner can be output, and the maximum output operating voltage value in its own circuit (for example, When Vslpmax) is different from the maximum value (Vspmax) of the maximum output operating voltage, the maximum value (Vspmax) of the maximum output operating voltage is boosted as the target value.
  • Vspmax The maximum value of the maximum output operating voltage (Vspmax) is higher than the minimum voltage (V2) that the rated output of the power conditioner can be output, and the maximum output operating voltage value in its own circuit (for example, When Vslpmax) and the maximum value of the maximum output operating voltage (Vspmax) are almost the same, boost operation is not performed.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example for operating two solar cell circuits having different maximum output operating voltages at the maximum power point.
  • the two solar battery circuits (10a, 10b) input to the boosting unit 11 and the solar battery circuit 10a is a voltage (VI that exceeds the input voltage value at which the power conditioner 12 can operate).
  • the solar cell circuit 10b is assumed to be operating below the input voltage that the inverter can operate.
  • the control circuit 21b performs a boosting operation so as to make the output voltage coincide with this VI.
  • the combined output V-P characteristics of the solar cell circuits 10a and 10b are as shown in FIG. 6 (b), and the solar cell circuits 10a and 10b can be operated at the maximum power point Pmax.
  • the solar cell circuit connected to the booster circuit does not satisfy the input voltage value at which the power conditioner can operate, as in the above-described solar cell circuit 10b, the solar cell is controlled by controlling the noise conditioner. Since the circuit power is not output, the operating point on the input VP characteristic is forced by the power conditioner when the booster circuit starts up. Is not moved automatically. However, if the solar cell circuit connected to the booster circuit is within the input voltage range in which the power conditioner can operate, the operating point at which the output characteristics of the entire booster unit become the maximum power under the control of the power conditioner. Therefore, depending on the timing when the booster circuit is activated, there are cases where all the solar battery circuits connected to the booster unit cannot be operated at the maximum power point. In the following, an example of such a situation and its countermeasures are described.
  • Fig. 7-1 is a diagram showing an example of the case where all the solar cell circuits connected to the booster unit cannot be operated at the maximum power point.
  • Fig. 7-2 shows the combined output V at that time.
  • the three solar cell circuits (10a-10c) 1S of them do not meet the operable input voltage value.
  • the remaining solar cell circuit 10d is assumed to satisfy the voltage value of the input voltage range in which the power conditioner can operate.
  • the three solar cell circuits (10a-10c) are boosted to the lowest input voltage value V2 at which the rated output of the inverter can be rated, and Pmaxl23 is controlled by controlling the inverter.
  • V2 the lowest input voltage value
  • Pmaxl23 the lowest input voltage value
  • the point is stable.
  • the solar cell circuit 10d is input, the combined output VP characteristics of all the solar cell circuits are as shown in Fig. 7-2, and the operating point is Pmaxl234 point by the control of the power conditioner. Therefore, the operating point of the solar cell circuit 10d remains at the point P4 in Fig. 7-1.
  • the maximum output operating point of the solar cell circuit 10d is not determined.
  • the microcomputer power voltage output permission signal provided in the control circuit of the booster circuit connected to the solar cell circuit 10d is not output, the maximum output operating voltage value of the solar cell circuit 10d is output from the input voltage detection circuit. Will never be done. Therefore, the target boosted voltage of the booster circuit to which the solar cell circuits 10a to 10c are connected does not increase at all, and the solar cell circuit 10d cannot be boosted to the voltage value V4 that can output the maximum power.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of control processing for operating all the solar cell circuits connected to the boosting unit at the maximum power point.
  • the microcomputer in the control circuit determines whether or not the solar cell circuit connected to itself is operating at the maximum output operating point (step Sl 1). The determination at this step is made based on the value of dPsZdVs calculated by the microcomputer itself! The determination criteria are as described above.
  • step Sl l No
  • Step S12 determines whether the fixed time has passed (Step S12, Yes). If the fixed time has passed (Step S12, Yes), the voltage output is permitted (Step S13) and the voltage output A permission signal is output to the microcomputer power input voltage detection circuit (see Fig. 5).
  • step S11 when the solar cell circuit is operating at the maximum output operating point (step S11, Yes), voltage output is permitted (step S14) and operating at the maximum output operating point.
  • step S15 the output voltage is slightly increased (step S15). Note that a series of processes of step S11 to step S15 are periodically repeated.
  • each step-up circuit when the micro-change (dPsZdVs) of the input power Ps with respect to the micro-change of the input voltage Vs detected by the microcomputer is maintained at zero, that is, when operating at the maximum power point. The operation of periodically boosting the output voltage somewhat is repeated.
  • the minute change amount (dPsZdVs) of the input power Ps with respect to the minute change amount of the input voltage Vs does not become zero within the specified time, that is, it does not shift to the operating point where the maximum power is output even after a certain period of time.
  • a voltage output permission signal is output from the microcomputer to the input voltage detection circuit, the input voltage value at the current operating point is transmitted to the control circuit of another booster unit.
  • FIGS. 9-1 and 9-2 show an example of the operation of the solar cell circuits 10a-10d controlled by the processing flow of FIG. 8 with reference to FIGS. 9-1 and 9-2.
  • Figure 9-1 is connected to the booster unit.
  • Fig. 9 2 shows the processing concept for operating all the solar cell circuits to be operated at the maximum power point.
  • Fig. 9 2 shows the composite output VP characteristics of the solar cell circuit controlled as shown in Fig. 91. It is a figure.
  • the solar cell circuits 10a-10c have a small change amount (dPsZdVs) of the input power Ps with respect to the minute change amount of the input voltage Vs.
  • the output voltage of the booster circuit connected to each of the battery circuits 10a-10c is slightly boosted.
  • the output voltage of the booster circuit connected to the solar cell circuit 10d is not boosted.
  • the output operating point moves from Pmaxl23 to Pmaxl23 'by the control of the inverter that searches for the maximum operating point. Note that the input operating voltages of the solar battery circuits 10a-10c do not change because they are originally located at the maximum power point.
  • the output operating point of the solar cell circuit 10d is moved to P4 force P4 by the boost operation of the solar cell circuits 10a to 10c, and the operating voltage of the solar cell circuit 10d is increased from V4 to V4, To do.
  • the minute change amount (dPs / dVs) of the input power Ps with respect to the minute change amount of the input voltage Vs is within a fixed time. Since it does not become zero, a voltage output permission signal is output to the microcomputer power voltage detection circuit in the control circuit, and the input voltage value at the current operating point is transmitted to the other booster circuit.
  • the input voltage V4 ′ of the solar cell circuit 10d whose operating point has been shifted by the boost control is transmitted to the control circuits of the solar cell circuits 10a to 10c.
  • the boosting operation is performed with the boosted voltage to be V4 '.
  • This series of processing is repeated, so that the solar cell circuits 10a-10c have zero variation (dPs / dVs) of the input power Ps with respect to the minute variation of the input voltage Vs of the solar cell circuit 10d, that is, as shown in FIG. 9-2.
  • the voltage is boosted up to the Pmax4 operating point indicated on the dashed line.
  • the operating point of the output voltage of the booster unit is stable at the point Pmaxl234 'shown by the bold line in Fig. 92, so that all the solar cell circuits 10a to 10d can output the maximum power. become.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a processing flow for operating all the solar cell circuits connected to the boosting unit at the maximum power point, and shows a processing flow of another control processing different from FIG. Is.
  • Fig. 11-1 is a diagram showing a processing concept for operating the solar cell circuit at the maximum power point based on the processing flow shown in Fig. 10, and
  • Fig. 11-2 is a diagram of Fig. 11-1. It is a figure which shows the synthetic
  • the microcomputer in the control circuit determines whether or not the boosting circuit of its own is performing a boosting operation (step S21).
  • the own booster circuit is not performing a boost operation (step S21, No)
  • a predetermined current is flowing (step S22, Yes)
  • it is determined whether or not a preset time (a fixed time) has elapsed (step S23). If the predetermined time has passed (step S23, Yes), it is determined whether or not its own solar cell circuit is operating at the maximum output operating point (step S24).
  • step S24, No If the solar cell circuit operates at the maximum output operating point (step S24, No), voltage output is permitted (step S25) and operates at the maximum output operating point! / The operating voltage of the battery circuit is slightly increased (step S26). By repeating the series of steps S21 to S26, all the solar cell circuits can output the maximum power.
  • Step S21 to step S24 in the above processing flow when the own booster circuit is performing a boost operation (Yes in step S21), a predetermined current flows in the own booster circuit. If not (Step S22, No), if a certain time has not elapsed (Step S23, No), or if the solar cell is operating at the maximum output operating point (Step S24, Yes) Steps S25 and S26 are not performed.
  • each booster circuit connected to the solar cell circuits 10a to 10d it is confirmed whether or not the booster circuit of its own is performing a boosting operation. For example, in the booster circuit connected to the solar cell circuit 10d shown by the alternate long and short dash line in FIG. 11-1, it is determined that a current flows even though the boosting operation is performed. It is recognized that the battery circuit 10d is in the input voltage range in which the power conditioner can operate and the power is being output to the power conditioner.
  • the microcomputer power voltage output permission signal in the control circuit of the booster circuit connected to the solar cell circuit 10d is output to the input voltage detection circuit and the solar cell circuit 10d. Is increased to a voltage V4 "that is slightly larger than the input voltage V4 at the current operating point. At this time, the voltage V4" that is the operating voltage of the solar cell circuit 10d that is allowed to output is the solar cell circuit. 10a-10c are transmitted to other booster circuits connected to 10c, respectively.
  • each control circuit of the solar cell circuits 10a to 10c performs the boosting operation with the target boosted voltage being V4 ".
  • This series of processing is repeated,
  • the minute change amount (dPsZdVs) of the input power Ps with respect to the minute change amount of the input voltage Vs of the solar cell circuit 10d is substantially zero, that is, Pmax4 shown on the alternate long and short dash line in FIG.
  • the operating point of the output voltage of the booster is stable at the point Pmaxl234 "shown by the thick line in Fig. 11-2, and all the solar cell circuits 10a-10d
  • the solar cell circuit will be able to output maximum power.
  • each microcomputer in the control circuit inputs (dPsZdVs) when (dPsZdVs) does not actually divide and the input voltage Vs changes beyond a predetermined value (for example, changes in IV).
  • a predetermined value for example, changes in IV.
  • FIG. 12 is a diagram showing a processing concept for detecting the maximum output operating point of the solar cell circuit in consideration of the calculation processing time.
  • the microcomputer in the control circuit constantly detects the values of the input voltage Vs and the input power Ps at a certain time interval (for example, 0.5 seconds).
  • a certain voltage for example, IV
  • the changes in the current Vs value and Ps value with respect to the previous Vs value and Ps value are detected.
  • the region where the change in Ps value is almost equal to 0 with respect to the change in Vs value from V4 to V5 or V5 to V4 is in the region of dPsZdVs ⁇ O, that is, the maximum power point region. judge.
  • the fixed time interval for detecting the input voltage Vs and the input power Po is too high because if the time interval is too long, the change in Vs becomes so large that an erroneous operating point may be recognized. It is necessary to set a time interval that fully considers the moving speed of the conditioner to the maximum power point. For example, if the time interval is 0.5 seconds as described above, the probability that the input voltage Vs changes more than a certain voltage at a single time interval can be reduced. it can. In this case, only when the Vs value changes more than a certain voltage in the detection several times, it is only necessary to confirm each change in the Vs value and Ps value to recognize the current operating point.
  • all of the plurality of solar cell circuits are configured to be connected to the booster circuit, and Even if the output voltage of the solar cell circuit connected to the circuit does not have a standard series connection number that falls within the input operation range of the power conditioner, all the solar cell circuits can operate at the maximum power point. Therefore, even in a house where a number of solar cell circuits cannot be installed on one roof surface, such as a dormitory roof often found in modern homes, the maximum output can always be extracted from all the solar cell circuits. It can generate electricity efficiently.
  • the state of the connected solar cell circuit is automatically determined, and the voltage is boosted to an optimum voltage to be supplied to the power conditioner. This eliminates the need for manual setting of the boost ratio, which can greatly improve workability during construction, and eliminates errors in setting the boost ratio.
  • the maximum output can always be extracted from the solar cell circuit, and power can be generated efficiently.
  • the booster circuit output voltage is boosted to the lowest input voltage value that can be rated by the power conditioner.
  • the boost ratio can be reduced, and the switching loss of the booster circuit can be reduced.
  • the photovoltaic power generation system and its boosting unit of this embodiment when there is a solar cell circuit having a maximum output operating voltage equal to or higher than the minimum input voltage value at which the rated output of the power conditioner can be output.
  • the maximum output operating voltage is the highest
  • the voltage (Vp max) is set as the target voltage
  • other booster circuits are boosted, while the solar cell circuit with the highest maximum output operating voltage is connected. Since the booster circuit is configured not to perform the boosting operation, the boosting ratio of the booster circuit can be suppressed as much as possible, and the loss of the entire booster unit can be minimized.
  • the input voltage value when operating at the maximum output operating point of the solar cell circuit is transferred to another boosting circuit.
  • other booster circuits are boosted to the voltage that is the maximum output power point of the solar cell circuit with the highest voltage among the solar cell circuits connected to the booster unit.
  • the circuit can operate at the maximum output operating point, and the solar cell circuit can generate electricity without waste.
  • the operating point of the input voltage power characteristic of the solar cell circuit connected to the boosting circuit is detected, and the operation is performed at the maximum output operating point. If the output voltage of the booster circuit is slightly boosted and does not operate at the maximum output operating point even after a fixed time has elapsed, the operating input voltage can be transmitted to other booster circuits at that time. Therefore, the solar cell circuit that cannot operate at the voltage at which the output is maximized by the operation of the power conditioner can be raised to the voltage at which the output is maximized. Since each battery circuit can be operated at the maximum power point, the generated power of the solar cell circuit can be used effectively.
  • the photovoltaic power generation system and the boosting unit thereof determines whether or not a predetermined power is flowing in the boosting circuit connected to the solar battery circuit. It is determined whether or not a certain time has passed, and the force and force that are operating at the maximum output operating point. Based on these determination conditions, the solar cell circuit operates at the maximum output operating point. The operation input voltage is slightly increased, and the output voltage at that time can be transmitted to other booster circuits.Therefore, the solar cell circuit that cannot operate at the voltage at which the output becomes maximum reaches the voltage at which the output becomes maximum. As a result, all the solar cell circuits connected to the boosting unit can be operated at the maximum power point, and the generated power of the solar cell circuit can be used effectively. To become. Industrial applicability
  • the photovoltaic power generation system according to the present invention is useful as a clean power generation system using inexhaustible solar energy, and the boosting unit has a configuration that realizes the photovoltaic power generation system. It is useful as a product.

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Abstract

　太陽光発電システムにおいて、標準接続数に満たない場合であっても、全ての太陽電池回路を最大電力点で動作させること。 　太陽電池回路の直流出力を交流に変換して商用電力系統と連系する太陽光発電システムにおいて、複数の太陽電池回路（１０ａ，１０ｂ）と、複数の太陽電池回路の全てが個々に接続され、太陽電池回路から出力される直流電圧を昇圧する昇圧回路（２０ａ，２０ｂ）を具備する昇圧ユニット（１１）と、昇圧ユニットから出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナ（１２）と、を備える。

Description

明 細 書
太陽光発電システムおよびその昇圧ユニット
技術分野
[0001] 本発明は、太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットに関するものであり、特に、 太陽電池の発電電圧をパワーコンデイショナの入力動作範囲内に上昇させ、太陽電 池の直流電力を交流電力に変換して商用電力と系統連系する太陽光発電システム およびその昇圧ユニットに関するものである。
背景技術
[0002] 太陽光発電システムは、太陽電池によって発電された直流電力をパワーコンデイシ ョナによって交流電力に変換するとともに、電力会社から供給される一般の商用電源 と連系することで、余剰電力は系統側へ回生し、不足電力は系統側から供給されるよ うにした発電システムである。従来、この種の太陽光発電システムの一般的な構成と して、例えば下記特許文献 1に示されるようなものがある。図 13は、特許文献 1に示さ れる太陽光発電システムの昇圧ユニットの一例を示す図である。
[0003] 図 13において、昇圧ユニット 101は、複数の太陽電池モジュールの直列接続で構 成される 1単位 (以下「太陽電池回路」と呼称)である太陽電池回路 100aが接続され る標準入力部 110と、太陽電池回路 100bが接続される昇圧入力部 112と、を備えて いる。標準入力部 110は、昇圧回路を具備しない入力部であり、パワーコンディショ ナ 102の入力動作範囲内の電圧を昇圧することなく供給可能な太陽電池モジュール の直列接続数を必要とする入力部である。一方、昇圧入力部 112は、昇圧回路を具 備する入力部であり、昇圧回路により太陽電池回路の電圧をパワーコンデイショナの 動作範囲まで昇圧する入力部である。標準入力部 110および昇圧入力部 112には、 それぞれの入力段に開閉器が設けられ、各出力は昇圧ユニット 101内で接続されて 一系列にまとめられ、パワーコンディショナ 102に出力される。パワーコンディショナ 1 02は、昇圧ユニット 101から出力された太陽電池回路の直流電力を交流電力に変 換して、商用電力系統 104と接続されて系統連系を行なう。なお、同図に示す昇圧 ユニットでは、図面簡略化のため 2つの太陽電池回路（100a, 100b)のみを示して いるが、通常はさらに多くの太陽電池回路が入力されることもある。また、太陽光発電 システムの系統連系に関しては、既存の技術であるため詳細な説明は省略する。
[0004] 太陽電池回路 100bが接続される昇圧入力部 112には、リアタトル、スイッチング素 子、ダイオード、コンデンサ等からなる主回路と、入力電圧 Vs2および出力電圧 Vo2 に基づいて主回路のスイッチング素子に制御信号 Sg2を供給する制御回路 114と、 出力電圧 Vo2および温度センサが検知したスイッチング素子の温度 T2に基づいて 異常時に入力部の開閉器をトリップするためのトリップ信号を生成出力するトリップ信 号発生部 116と、が設けられている。
[0005] 昇圧入力部 112の昇圧回路は、昇圧回路を必要としない太陽電池回路 100aの直 列接続数 (nl)と昇圧回路を必要とする太陽電池回路 100bの直列接続数 (n2)との 比を目標昇圧比 α * ( α *=ηΐΖη2)として設定し、昇圧比一定制御を行う。昇圧入力 部 112の制御回路 114は、実際の出力電圧 Vo2と入力電圧 Vs2との比である実昇 圧比ひ =Vo2/Vs2)と目標昇圧比 a *とを比較し、その誤差が小さくなるようにス イッチング素子へ伝送する信号 Sg2のオン'オフ時間を最適化するように制御する。
[0006] 図 14は、直列接続数の異なる太陽電池回路の電圧-電力特性 (以下単に「V-P特 性」という）を示す図である。同図（a)には標準入力部 110に接続される太陽電池回 路 100aの V— P特性を実線 (L1)で示し、昇圧入力部 112に接続される太陽電池回 路 100bの V-P特性を破線 (L2)で示している。同図（a)において、太陽電池回路の 直列接続数の比で表される目標昇圧比 (X *は、各入力部の開放電圧の比 (VolZV o2)と等しくなる。また、各太陽電池回路が最大出力となる電圧の比 (VplZVp2)も 目標昇圧比 α *と略等しくなる。したがって、昇圧比一定制御により昇圧入力部 112 に接続される太陽電池回路 100bの V-P特性は同図（b)の破線 (L4)で示すようにな り、昇圧入力部 112の最大電力点 P2maxが昇圧後には P2max'に移動する。このと き、パワーコンディショナ 102は、太線 (L5)で示す標準入力部 110と昇圧入力部 11 2の合成出力特性の Pmax点で動作することになり、入力電力の最大電力を引き出 すことができる。結果として、標準入力部 110の太陽電池回路 100aと、昇圧入力部 1 12の太陽電池回路 100bとは、それぞれの出力電力が最大となる点で動作させるこ とがでさる。 [0007] このように、昇圧ユニット 101の出力に接続されるパワーコンディショナ 102が運転 状態にあるとき、昇圧入力部 112は、目標昇圧比 α *が一定となるような目標昇圧比 一定制御を行う。一方、昇圧ユニットの出力に接続されたパワーコンディショナ 102が 運転状態にないときは、昇圧ユニット 101は無負荷状態に置かれていることになり、 昇圧入力部 112の昇圧回路が昇圧動作を行なうと出力電圧が上昇し、パワーコンデ イショナ 102の入力電圧が許容入力電圧範囲を超えることになる。そこで、昇圧ュ- ット 101の出力電圧がパワーコンディショナ 102の許容入力電圧範囲を超えそうにな る場合には、昇圧入力部 112は、目標昇圧比 α *を小さくなるように変化させ昇圧ュ ニット 101の出力電圧がパワーコンディショナ 102の許容入力電圧範囲内に納まるよ うな定電圧制御を行う。
[0008] 他方、定電圧制御を行っていても、昇圧ユニット 101の出力電圧がパワーコンディ ショナ 102の許容入力電圧範囲を超える場合には、昇圧入力部 112のトリップ信号 発生部 116が出力電圧 Vo2の過電圧を検出し、入力段のブレーカ 121をトリップして 太陽電池回路との線路を開放することで、昇圧ユニット 101とパワーコンディショナ 10 2とが破損することを防止して 、る。
[0009] また、昇圧入力部 112のスイッチング素子 122が短絡故障などを起こし、太陽電池 回路 100bの短絡電流が継続して流れ続けるような場合には、スイッチング素子 122 の周辺に設置された温度センサ 124により異常な温度上昇値がトリップ信号発生部 1 16で検出され、入力段のブレーカ 121をトリップして太陽電池回路 100bとの線路を 開放して太陽電池回路 100bの短絡電流が継続して流れることを防止している。
[0010] 特許文献 1 :特開 2002-51571号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 従来の昇圧ユニットは、図 13に示した標準入力部に接続される太陽電池回路 100 aのように、太陽電池の電圧がパワーコンデイショナの入力動作範囲となるための直 列接続数 (標準接続数)を必要としていた。そのため、屋根の一面 (通常、日射量の 多 、南面）には必ずパワーコンデイショナの入力動作範囲となる電圧を確保できるだ けの直列枚数を配置する必要があった。し力しながら、現代住宅によく見られる寄棟 屋根のように一つの屋根面に太陽電池を何枚も設置できないような住宅には、必要 な直列枚数 (標準接続数)が設置できず、昇圧ユニットが使用できないという問題点 かあつた。
[0012] また、昇圧入力部の制御回路が目標とする目標昇圧比 α *は、昇圧回路を必要とし ない標準入力部に接続される太陽電池回路の直列接続数 (nl)と昇圧回路を必要と する昇圧入力部に接続される太陽電池回路の直列接続数 (n2)との比で決定される 1S この目標昇圧比 α *の設定は、通常、施工時にダイヤルスィッチなどにより手動で 設定される。したがって、施工時に昇圧ユニットの目標昇圧比ひ *を設定するという余 分な作業が発生するとともに、誤った昇圧比が設定される可能性も生じる。もし、目標 昇圧比 α *が誤った値に設定されると、昇圧ユニットに接続される太陽電池回路から 最大電力を取り出すことができな 、と 、う問題点があった。
[0013] つぎに、このような問題が生ずる場合の一例を、図 15を用いて説明する。図 15は、 昇圧ユニットから最大電力を取り出すことができない場合の一例を示す V— Ρ特性図 である。同図（a)に示すように、本来なら昇圧比が (VolZVo2)と設定されるところが 、誤って小さい値に設定されてしまうと、同図 (b)のように、昇圧入力部の出力特性が 破線 (Ml)のようになり、標準入力部と昇圧入力部との合成出力の V— P特性は太線 (M2)で示す特性となる。したがって、パワーコンディショナによる動作点は Pmax'点 となり、本来なら標準入力部に接続されている太陽電池回路の最大出力動作電圧 V piで動作すべきところが、昇圧入力部に接続されている太陽電池回路の昇圧後の 最大出力動作電圧 Vp2'で動作してしまうので、標準入力部に接続されている太陽 電池回路は最大電力を出力することができない。
[0014] 本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、昇圧ユニットに接続される 全ての太陽電池回路力 パワーコンデイショナの入力動作範囲となるための直列接 続数 (標準接続数）に満たない場合であっても、全ての太陽電池回路を最大電力点 で動作させることができる太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットを提供すること を目的とする。
課題を解決するための手段
[0015] 上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にカゝかる太陽光発電システム は、太陽電池回路の直流出力を交流に変換して商用電力系統と連系する太陽光発 電システムにおいて、複数の太陽電池回路と、前記複数の太陽電池回路のそれぞ れに接続され、該接続された太陽電池回路から出力される直流電圧を昇圧する昇圧 回路を具備してなる昇圧ユニットと、前記昇圧ユニットから出力される直流電力を交 流電力に変換するパワーコンディショナと、を備え、前記複数の太陽電池回路の全て が前記昇圧回路に接続されていることを特徴する。
[0016] この発明によれば、昇圧ユニットには、複数の太陽電池回路のそれぞれに接続され る昇圧回路が備えられ、全ての太陽電池回路が昇圧回路に接続されるので、全ての 太陽電池回路の昇圧比が制御される。
発明の効果
[0017] 本発明にかかる太陽光発電システムによれば、全ての太陽電池回路が昇圧回路に 接続されるので、全ての太陽電池回路を最大電力点で動作させることができるという 効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]図 1は、本発明にかかる昇圧ユニットを含む太陽光発電システムの構成を示す 図である。
[図 2]図 2は、昇圧ユニットに接続されたパワーコンディショナにおける入力電圧に対 する出力電力特性を示す図である。
[図 3-1]図 3— 1は、昇圧回路に接続される太陽電池回路の最大出力動作電圧 Vsが ノ ヮ一コンデイショナの定格出力可能となる最低入力電圧 V2より小さい場合の昇圧 ユニットの動作を説明するための図である。
[図 3-2]図 3— 2は、昇圧回路に接続される太陽電池回路の最大出力動作電圧 Vsお よび他の太陽電池回路の最大出力動作電圧 Vs'の両者がパワーコンディショナの定 格出力可能となる最低入力電圧 V2より大きぐかつ、 Vsく Vs'の関係にある場合の 昇圧ユニットの動作を説明するための図である。
[図 4]図 4は、太陽電池回路の最大出力動作点を検出するための処理概念を示す図 である。
[図 5]図 5は、制御回路の細部構成を示すブロック図である。 [図 6]図 6は、最大出力動作電圧の異なる 2つの太陽電池回路を最大電力点で動作 させるための一例を示す図である。
[図 7-1]図 7— 1は、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で 動作できな!、場合の一例を示す図である。
[図 7-2]図 7— 2は、図 7— 1に示した状態にある太陽電池回路の合成出力 V— P特性を 示す図である。
[図 8]図 8は、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作さ せるための制御処理の処理フローを示すフローチャートである。
[図 9-1]図 9 1は、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で 動作させるための処理概念を示す図である。
[図 9-2]図 9 2は、図 9 1のように制御された太陽電池回路の合成出力 V— P特性を 示す図である。
[図 10]図 10は、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作 させるための他の制御処理の処理フローを示すフローチャートである。
[図 11-1]図 11 1は、図 10に示した処理フローに基づ 、て太陽電池回路を最大電 力点で動作させるための処理概念を示す図である。
[図 11-2]図 11 2は、図 11 1のように制御された太陽電池回路の合成出力 V— P特 性を示す図である。
[図 12]図 12は、演算処理時間を考慮した太陽電池回路の最大出力動作点を検出す る処理概念を示す図である。
[図 13]図 13は、従来技術に力かる太陽光発電システムの昇圧ユニットの一例を示す 図である。
[図 14]図 14は、直列接続数の異なる太陽電池回路の V— P特性を示す図である。
[図 15]図 15は、昇圧ユニットから最大電力を取り出すことができない場合の一例を示 す図である。
符号の説明
10a, 10b 太陽電池回路
11 昇圧ユニット 12 パワーコンディショナ
14 商用電力系統
20a, 20b 昇圧回路
21a, 21b 制御回路
23 ジァク卜ノレ
24 スイッチング素子
25 ダイオード
26, 27 コンデンサ
28, 124 温度センサ
29 電流センサ
31a, 31b 入力電圧検出回路
33a, 33b マイコン
35 接続ライン
100a, 100b 太陽電池回路
101 昇圧ユニット
102 パワーコンディショナ
104商用電力系統
110 標準入力部
112 昇圧入力部
114 制御回路
116 トリップ信号発生部
121 ブレーカ
122 スイッチング素子
発明を実施するための最良の形態
[0020] 以下に、本発明に力かる太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットの実施の形 態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定さ れるものではない。
[0021] 図 1は、本発明に力かる昇圧ユニットを含む太陽光発電システムの構成を示す図で ある。なお、同図に示す昇圧ユニットでは、図面簡略ィ匕のため 2つの太陽電池回路 1 Oa, 10bのみを示しているが、太陽電池回路の入力数や、昇圧回路の数が拡張でき ることは言うまでもない。
[0022] 図 1において、例えば、寄棟屋根などの小スペースの屋根面にそれぞれ設置され た太陽電池回路 10a, 10bが昇圧ユニット 11にそれぞれ接続されている。昇圧ュ-ッ ト 11には、太陽電池回路 10a, 10bのそれぞれに接続される昇圧回路 20a, 20bが 搭載されており、これらの昇圧回路 20a, 20bの出力が昇圧ユニット 11内で接続され て一系列にまとめられ、パワーコンディショナ 12に出力される。パワーコンディショナ 1 2は、商用系統電圧を生成するための昇圧回路、太陽電池回路の直流電力を交流 電力に変換するインバータ回路、系統連系するための保護装置等 (いずれも図示省 略)を備え、最大出力動作点で動作するように各太陽電池回路の出力を制御 (最大 電力点追従制御）するとともに、商用電力系統 14と連系するための各種処理を行う。
[0023] つぎに、昇圧回路 20aを用いて本発明の昇圧ユニットにかかる昇圧回路の構成を 説明する。図 1において、昇圧回路 20aは、リアタトル 23、スイッチング素子 24、ダイ オード 25、コンデンサ 26, 27、温度センサ 28など力も構成される主回路と、制御回 路 21aと、を備えている。制御回路 21aには、太陽電池回路 10aの出力電圧であり昇 圧回路 20aへの入力電圧 Vslと、昇圧回路 20aの出力電圧 Vol、電流センサ 29に よって検出されたスイッチング素子のオン時のリアタトル 23の電流 IL1、および温度 センサ 28による昇圧ユニット内部の雰囲気温度 T1の各信号が入力される。制御回 路 21aは、これらの各信号が入力されるセンサ回路や、制御の中心となるマイクロコ ンピュータ（以下「マイコン」と呼称）（いずれも図示省略)などを備えている。マイコン 力もは主回路のスイッチング素子をオン Zオフするためのゲート信号 Sglの指令値 が出力され、目標とする電圧値に昇圧された昇圧出力が生成される。また、各昇圧 回路の制御回路同士は、出力過電圧保護信号 Voerrと、制御回路のマイコンにより 外部への出力を許可されたときの入力電圧値 Vspmaxとが、それぞれ電気的に接続 されている。
[0024] 図 2は、昇圧ユニットに接続されたパワーコンディショナにおける入力電圧に対する 出力電力特性を示す図である。同図において、 D1は入力動作電圧範囲の下限 VI 力 所定電圧 V2までの領域であり、出力電力が入力電圧に略比例して増加する領 域である。この領域は、パワーコンディショナ 12への入力電圧が低い状態にあること を意味している。なお、パワーコンディショナ 12への入力電圧が低い状態とは、具体 的には、 日射量が少ない場合や、直列接続数の少ない太陽電池回路力 の発電が 主流の場合、あるいは太陽電池モジュールの何枚かが影になって所定の発電電圧 が得られない場合などを想定している。したがって、この領域では、パワーコンデイシ ョナ 12への入力電圧が低ぐ所定の定格出力を得ることができないため、同図に示 すような入力電圧に略比例して徐々に上昇するような出力特性に設定される。一方、 D2は所定電圧 V2を超えて入力動作電圧範囲の上限 V3までの領域であり、入力電 圧に関わらず略一定の出力電力が出力される領域である。この領域は、パワーコン ディショナ 12への入力電圧が十分に高いときであり、パワーコンディショナ 12は、商 用電力系統 14と系統連系するために略一定の出力電力（定格出力）が出力されるよ うな出力特性に設定される。
[0025] つぎに、昇圧ユニット 11の動作について説明する。昇圧ユニット 11は、接続される 太陽電池回路から出力される直流電圧レベルに応じて自身の出力電圧をパワーコン ディショナ 12が所定の定格出力を効率的に出力可能な電圧範囲まで上昇させる。こ の場合、複数の太陽電池回路の個々の最大出力動作電圧如何によつて目標電圧が 異なり、また昇圧回路ごとの昇圧比も異なる。そこで、以下に示す場合分けを行った 後、その動作について詳述する。
[0026] (1) 太陽電池回路の最大出力動作電圧の全てがパワーコンデイショナの定格出 力可能な最低入力電圧値 V2に満たな ヽ場合
この場合、全ての昇圧回路は、最低入力電圧値 V2を目標電圧として昇圧比を設 定して昇圧する。つぎに、この場合の動作について図 3— 1を用いて説明する。なお、 図 3-1は、昇圧回路に接続される太陽電池回路の最大出力動作電圧 Vsがパワーコ ンデイショナの定格出力可能となる最低入力電圧 V2より小さい場合の昇圧ユニットの 動作を説明するための図である。同図（a)に示すように、例えば、太陽電池回路 10a の最大出力動作電圧 Vsがパワーコンディショナ 12の定格出力可能となる最低入力 電圧 V2より小さい場合を想定する。この場合、昇圧ユニット 11は、最低入力電圧値 V2を目標電圧として昇圧回路 20aの電圧を昇圧比 (V2ZVs)で昇圧する。このとき 、同図 (b)に示すように、太陽電池回路 10aの昇圧後の最大出力動作電圧がパワー コンディショナ 12の動作入力電圧範囲に含まれるので、太陽電池回路 10aを出力の V-P特性の最大電力点 Pmax'で動作させることができる。また、太陽電池回路 10b に接続される昇圧回路 20bも、最低入力電圧値 V2を目標電圧として昇圧されるので 、太陽電池回路 10bも出力の V— P特性の最大電力点で動作させることができる。し たがって、太陽電池回路 10a, 10bの両者の昇圧後の最大出力動作電圧が一致し、 これらの最大出力動作電圧がパワーコンディショナ 12の動作入力電圧範囲に含まれ るので、図 15 (b)図に示したような昇圧ユニットから最大電力を取り出すことができな いような状態に陥ることなぐパワーコンディショナ 12から所定の出力を効率的に取り 出すことができる。
(2) 複数の太陽電池回路の中で、最大出力動作電圧がパワーコンディショナの定 格出力可能な最低入力電圧値 V2を満足している太陽電池回路力 以上存在する場 この場合、最大出力動作電圧が最も高い電圧を Vs'とし、この電圧 Vs'を目標電圧 として昇圧比を設定して昇圧する。つぎに、この場合の動作について図 3— 2を用いて 説明する。なお、図 3— 2は、昇圧回路に接続される太陽電池回路の最大出力動作 電圧 Vsおよび他の太陽電池回路の最大出力動作電圧 Vs'の両者がパワーコンディ ショナの定格出力可能となる最低入力電圧 V2より大きぐかつ、 Vsく Vs'の関係に ある場合の昇圧ユニットの動作を説明するための図である。同図（a)に示すように、 例えば、太陽電池回路 10aの最大出力動作電圧を Vsとし、太陽電池回路 10bの最 大出力動作電圧を Vs'とする。この場合、昇圧ユニット 11は、太陽電池回路 10bの最 大出力動作電圧 Vs'を目標電圧として昇圧回路 20aの電圧を昇圧比 (Vs' ZVs)で 昇圧する。一方、昇圧回路 20bは昇圧動作を行わない。このような昇圧動作が行わ れる結果、太陽電池回路 10a, 10bの両者の昇圧後の最大出力動作電圧が一致し、 これらの最大出力動作電圧がパワーコンディショナ 12の動作入力電圧範囲に含まれ るとともに、太陽電池回路 10bの発電能力を最大限に引き出すようにしているので、 パワーコンディショナ 12から所定の出力を効率的に取り出すことができる。 [0028] つぎに、それぞれの昇圧回路に最大出力動作電圧 (目標電圧）が設定される処理 概念および手段について図 4および図 5を用いて説明する。なお、図 4は、太陽電池 回路の最大出力動作点を検出する処理概念を示す図であり、図 5は、制御回路の細 部構成を示すブロック図である。各昇圧回路の制御回路内のマイコンは、接続されて いる太陽電池回路の電圧 電力特性上の現在の動作点を常時検出するとともに、入 力電圧 Vsの微小変化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)を演算す る。この微小変化量は、図 4に示す太陽電池回路の入力の V— P特性図において、同 図中の a点が含まれる領域では正の値となり、 c点が含まれる領域では負の値となる。 また、電力が最大となる b点が含まれる領域では、ほぼ 0に近い値となる。したがって 、この dPsZdVsを演算することにより、各昇圧回路ごとに最大出力動作点を検出す ることがでさる。
[0029] 各制御回路内のマイコンは、最大出力動作での動作、すなわち b点での動作を確 定した後、入力電圧検出回路に対して電圧出力許可信号を出力する。例えば、図 5 において、昇圧回路 20aに接続されている太陽電池回路 10aの最大出力動作点で の動作が確認できると、制御回路 21aのマイコン 33aは、入力電圧検出回路 31aに 電圧出力許可信号を出力する。入力電圧検出回路 31aは、この電圧出力許可信号 に基づいて太陽電池回路 10aの最大出力動作電圧値 Vslpmaxを生成して出力す る。同様に、制御回路 21bのマイコン 33bからも電圧出力許可信号が出力され、入力 電圧検出回路 31bは、太陽電池回路 10bの最大出力動作電圧値 Vs2pmaxを生成 して出力する。これらの最大出力動作電圧値 (Vslpmax, Vs2pmax, · · ·)が接続さ れる接続ライン 35は、図 5に示すように、ダイオードを介して全ての出力が一つに結 合されている。したがって、ダイオードの作用により各ダイオードの力ソード側の接続 ライン 35上には、各制御回路から出力された最大出力動作電圧値 (Vslpmax, Vs 2pmax, · · の中で最も高い電圧値 (Vspmax :以下「最大出力動作電圧値の最大 値」と呼称）が設定されることになる。また、この電圧値は、制御回路内の各マイコンに 入力される。
[0030] 上述のような動作が行われる結果、昇圧ユニットに具備される各昇圧回路では、自 身の制御回路内のマイコンに入力された最大出力動作電圧値の最大値 ( Vspmax) に基づいて、以下に示すような動作が行われる。
(1) 最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)がパワーコンデイショナの定格出 力可能な最低電圧 (V2)よりも低 ヽ場合には、この最低電圧 (V2)を目標値として昇 圧する。
(2) 最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)がパワーコンデイショナの定格出 力可能な最低電圧 (V2)よりも高ぐかつ、自己の回路内の最大出力動作電圧値 (例 えば、 Vslpmax)と最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)とが異なる場合には、 最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)を目標値として昇圧する。
(3) 最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)がパワーコンデイショナの定格出 力可能な最低電圧 (V2)よりも高ぐかつ、自己の回路内の最大出力動作電圧値 (例 えば、 Vslpmax)と最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)とが略同一の場合に は、昇圧動作を行わない。
[0031] つぎに、上述の動作の一例を図 5および図 6を用いて説明する。なお、図 6は、最大 出力動作電圧の異なる 2つの太陽電池回路を最大電力点で動作させるための一例 を示す図である。動作説明の前提として、昇圧ユニット 11に入力される 2つの太陽電 池回路（10a, 10b)〖こおいて、太陽電池回路 10aがパワーコンディショナ 12の動作 可能な入力電圧値以上の電圧 (VI)で動作し、太陽電池回路 10bがパワーコンディ ショナの動作可能な入力電圧値未満で動作している場合を想定する。いま、太陽電 池回路 10bに太陽光が照射され、昇圧回路内の制御回路 21bが起動すると、すでに 最大電力点 Plmaxで動作して 、る太陽電池回路 10a (図 6 (a)参照）の制御回路 21 aから目標となる電圧値 VIが出力されているので、制御回路 21bでは、出力電圧をこ の VIに一致させるような昇圧動作が行われる。その結果、太陽電池回路 10a, 10b の合成出力 V-P特性は、図 6 (b)のようになり、太陽電池回路 10a, 10bを、最大電 力点 Pmaxで動作させることができる。
[0032] ところで、上述の太陽電池回路 10bのように、昇圧回路に接続された太陽電池回路 がパワーコンデイショナの動作可能な入力電圧値に満たな 、場合は、ノヮーコンディ ショナの制御により太陽電池回路の電力が出力されることがないので、昇圧回路が 起動した時点で、パワーコンディショナにより、その入力 V— P特性上の動作点が強制 的に移動させられることはない。し力しながら、昇圧回路に接続された太陽電池回路 がパワーコンデイショナの動作可能な入力電圧範囲にあると、パワーコンデイショナの 制御により昇圧ユニット全体の出力特性が最大電力となる動作点に移動させられる ので、昇圧回路が起動するタイミングによっては、昇圧ユニットに接続される全ての太 陽電池回路を最大電力点で動作できない場合が存在する。以下に、そのような状態 が生ずる場合の一例と、その対策手段について説明する。
[0033] 図 7— 1は、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作で きない場合の一例を示す図であり、図 7— 2は、そのときの合成出力 V— P特性を示す 図である。まず、昇圧ユニットに入力される 4つの太陽電池回路（10a— 10d)が存在 し、その中の 3つの太陽電池回路（10a— 10c) 1S パワーコンデイショナの動作可能 な入力電圧値を満たさず、逆に、残りの太陽電池回路 10dはパワーコンデイショナの 動作可能な入力電圧範囲の電圧値を満足しているものとする。
[0034] また、図 7— 1に示すように、 3つの太陽電池回路（10a— 10c)がパワーコンディショ ナの定格出力可能な最低入力電圧値 V2に昇圧されてパワーコンデイショナの制御 により Pmaxl23点で安定しているとする。この状態で、太陽電池回路 10dが入力さ れた場合、全ての太陽電池回路の合成出力 V— P特性は図 7— 2のようになり、パワー コンデイショナの制御により動作点は Pmaxl234点となる。したがって太陽電池回路 10dの動作点は、図 7— 1の P4点に留まった状態となる。この状態では、太陽電池回 路 10dにおける入力電圧 Vsの微小変化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPs /dVs)がゼロにはならないので、太陽電池回路 10dの最大出力動作点は確定され ない。また、この場合、太陽電池回路 10dに接続される昇圧回路の制御回路に具備 されるマイコン力 電圧出力許可信号が出力されないので、入力電圧検出回路から 太陽電池回路 10dの最大出力動作電圧値が出力されることはない。したがって、太 陽電池回路 10a— 10cがそれぞれ接続されている昇圧回路の目標昇圧電圧が一向 に上昇せず、太陽電池回路 10dが最大電力を出力できる電圧値 V4まで昇圧するこ とができない。このように、昇圧回路が起動するタイミングによって、最大出力動作電 圧値の最大値を有する太陽電池回路を最大電力点で動作させることができない場合 が存在する。 [0035] つぎに、上述の状態を回避するための処理について図 8を参照して説明する。なお 、図 8は、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作させる ための制御処理の処理フローを示すフローチャートである。
[0036] 図 8の処理フローにおいて、制御回路内のマイコンでは、自身に接続されている太 陽電池回路が最大出力動作点で動作しているか否かが判定される (ステップ Sl l)。 このステップでの判定は、マイコン自身が演算した dPsZdVsの値に基づ!/、て行われ る。なお、その判定基準については前述のとおりである。太陽電池回路が最大出力 動作点で動作していない場合 (ステップ Sl l, No)には、予め設定された時間（一定 時間）経過して 、る力否かが判定される (ステップ S 12)。一定時間経過して 、な！/ヽ場 合には (ステップ S12, No)ステップ S11の処理に戻り、逆に、一定時間経過している 場合 (ステップ S12, Yes)には、電圧出力が許可され (ステップ S13)、電圧出力許 可信号がマイコン力 入力電圧検出回路に出力される（図 5参照)。ステップ S11の 処理に戻って、太陽電池回路が最大出力動作点で動作している場合 (ステップ S11 , Yes)には、電圧出力が許可され (ステップ S14)、最大出力動作点で動作している 昇圧回路を若干昇圧させるために出力電圧を僅かながら上昇させる (ステップ S15) 。なお、これらのステップ S11—ステップ S15の一連の処理が定期的に繰り返される
[0037] 上述の処理フローを要約するとつぎのようになる。
各昇圧回路では、マイコンが検出して!/、る入力電圧 Vsの微小変化量に対する入力 電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)がゼロを維持するとき、すなわち、最大電力点で 動作しているときは、出力電圧を定期的に多少昇圧する動作が繰り返される。一方、 入力電圧 Vsの微小変化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)が定め られた時間内でゼロにならないとき、すなわち、一定時間経過しても最大電力を出力 する動作点に移行しないときは、マイコンから電圧出力許可信号が入力電圧検出回 路に出力され、現時点の動作点にある入力電圧値が他の昇圧ユニットの制御回路に 伝達されるようにしている。
[0038] つぎに、図 8の処理フローによって制御された太陽電池回路 10a— 10dの動作の 一例を図 9—1および図 9— 2を用いて説明する。なお、図 9—1は、昇圧ユニットに接続 される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作させるための処理概念を示す図で あり、図 9 2は、図 9 1のように制御された太陽電池回路の合成出力 V— P特性を示 す図である。
[0039] 図 9—1の実線で示されるように、太陽電池回路 10a— 10cは、入力電圧 Vsの微小 変化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)がゼロを維持するため、太 陽電池回路 10a— 10cのそれぞれに接続される昇圧回路の出力電圧が若干昇圧さ れる。一方、太陽電池回路 10dは、入力電圧の微小変化量に対する入力電力の微 小変化量 (dPsZdVs)がゼロでないため太陽電池回路 10dに接続される昇圧回路 の出力電圧は昇圧されない。このとき、最大動作点を探索するパワーコンディショナ の制御によって出力動作点が Pmaxl23から Pmaxl23 'に移動する。なお、太陽電 池回路 10a— 10cの各入力動作電圧は、もともと最大電力点に位置しているため変 化しない。
[0040] また、太陽電池回路 10dの出力動作点は、太陽電池回路 10a— 10cの昇圧動作に より、 P4力 P4，に移動するとともに、太陽電池回路 10dの動作電圧が V4から V4， に上昇する。このとき、図 8に示した処理フローのステップ S11— S13の判定基準に 示されるように、入力電圧 Vsの微小変化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPs /dVs)がー定時間内でゼロにならないので、制御回路内のマイコン力 電圧検出 回路に対して電圧出力許可信号が出力され、現時点の動作点にある入力電圧値が 他の昇圧回路に伝達される。その結果、太陽電池回路 10a— 10cの制御回路には、 昇圧制御によって動作点が移行した太陽電池回路 10dの入力電圧 V4 'が伝達され 、太陽電池回路 10a— 10cの各制御回路では、目標とする昇圧電圧を V4'とする昇 圧動作が実行される。この一連の処理が繰り返され、太陽電池回路 10a— 10cは、 太陽電池回路 10dの入力電圧 Vsの微小変化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPs/dVs)がゼロ、すなわち図 9—2の一点鎖線上に示される Pmax4の動作点ま で昇圧されることになる。その結果、昇圧ユニットの出力電圧の動作点は図 9 2の太 線で示される Pmaxl234'点で安定し、太陽電池回路 10a— 10dの全ての太陽電池 回路が最大電力を出力することができるようになる。
[0041] 上記では、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作さ せるための制御処理フローについて図 8、図 9—1および図 9—2を用いて説明してき た力 他の制御処理フローを用いることもできる。以下に、その制御処理について図 10、図 11—1および図 11— 2を用いて説明する。なお、図 10は、昇圧ユニットに接続 される全ての太陽電池回路を最大電力点で動作させるための処理フローを示すフロ 一チャートであり、図 8とは異なる他の制御処理の処理フローを示すものである。また 、図 11— 1は、図 10に示した処理フローに基づいて太陽電池回路を最大電力点で動 作させるための処理概念を示す図であり、図 11— 2は、図 11— 1のように制御された 太陽電池回路の合成出力 V— P特性を示す図である。
[0042] 図 10の処理フローにおいて、制御回路内のマイコンでは、自身の昇圧回路が昇圧 動作をしている力否かが判定される (ステップ S21)。自己の昇圧回路が昇圧動作を していない場合 (ステップ S21, No)には、自己の昇圧回路に予め設定された電流（ 所定電流）が流れている力否かが判定される (ステップ S22)。所定の電流が流れて いる場合 (ステップ S22, Yes)には、予め設定された時間（一定時間）経過している か否かが判定される（ステップ S23)。一定時間経過している場合 (ステップ S23, Ye s)には、自身の太陽電池回路が最大出力動作点で動作しているか否かが判定され る（ステップ S24)。このステップでの判定は、図 8の処理フローと同様に、太陽電池回 路が接続されている制御回路内のマイコンが演算した当該太陽電池回路の dPsZd Vsの値に基づ 、て行われる。太陽電池回路が最大出力動作点で動作して 、な 、場 合 (ステップ S24, No)には、電圧出力が許可され (ステップ S25)、最大出力動作点 で動作して!/、な 、太陽電池回路の動作電圧が若干上昇させられる (ステップ S26)。 これらのステップ S21—ステップ S26の一連の処理が繰り返されることによって、全て の太陽電池回路が最大電力を出力することができるようになる。
[0043] なお、上記の処理フローのステップ S21—ステップ S24の判定処理において、自己 の昇圧回路が昇圧動作をしている場合 (ステップ S21, Yes) ,自己の昇圧回路に所 定の電流が流れていない場合 (ステップ S22, No)、一定時間経過していない場合（ ステップ S23, No)および太陽電池回路が最大出力動作点で動作している場合 (ス テツプ S24, Yes)には、上述のステップ S25, S26の処理は行われない。
[0044] つぎに、図 10の処理フローによって制御された太陽電池回路 10a— 10dの動作の 一例を図 11—1および図 11—2を用いて説明する。
[0045] 太陽電池回路 10a— 10dに接続される各昇圧回路では、自己の昇圧回路が昇圧 動作をしている力否かが確認される。例えば、図 11—1の一点鎖線で示される太陽電 池回路 10dに接続される昇圧回路では、昇圧動作をして ヽな ヽのに電流が流れて ヽ るという事象が判定されるので、太陽電池回路 10dがパワーコンデイショナの動作可 能な入力電圧範囲にあってパワーコンデイショナに電力が出力されている状態にあ ることが認識される。ここで、太陽電池回路 10dの入力電圧 Vsの微小変化量に対す る入力電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)がー定時間経過してもゼロにならないとき 、すなわち、一定時間経過しても最大電力を出力する動作点に移行しない場合には 、太陽電池回路 10dに接続される昇圧回路の制御回路内のマイコン力 電圧出力許 可信号が入力電圧検出回路に出力されるとともに、太陽電池回路 10dの動作電圧が 現時点の動作点にある入力電圧 V4より若干大きい電圧 V4"に上昇させられる。この とき、出力を許可された太陽電池回路 10dの動作電圧である電圧値 V4"が太陽電 池回路 10a— 10cにそれぞれ接続される他の昇圧回路に伝達される。
[0046] 前述の処理が行われることにより、太陽電池回路 10a— 10cの各制御回路では、目 標とする昇圧電圧を V4"とする昇圧動作が実行される。この一連の処理が繰り返さ れ、太陽電池回路 10a— 10cは、太陽電池回路 10dの入力電圧 Vsの微小変化量に 対する入力電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)が略ゼロ、すなわち図 11—1の一点 鎖線上に示される Pmax4の動作点まで昇圧されることになる。その結果、昇圧ュ-ッ トの出力電圧の動作点は図 11— 2の太線で示される Pmaxl234"点で安定し、太陽 電池回路 10a— 10dの全ての太陽電池回路が最大電力を出力することができるよう になる。
[0047] ところで、上記では、各昇圧回路に接続される太陽電池回路の最大出力動作電点 を検出する制御回路の処理について、例えば、図 4および図 5を用いて説明してきた 。この処理では、制御回路内のマイコン力 太陽電池回路の入力電圧 Vsの微小変 化量に対する入力電力 Psの微小変化量 (dPsZdVs)を演算するために、実際に入 力電力 Psの微小変化量 (dPs)を入力電圧 Vsの微小変化量 (dVs)で割り算する演 算処理を行うようにしていた。しかしながら、実際に割り算を行うと演算処理時間が長 くなり、他の制御処理に対して遅れを生じることになる。そこで、制御回路内の各マイ コンは、（dPsZdVs)を演算する場合に、実際に割り算を実施するのではなぐ入力 電圧 Vsが定められた値以上変化した場合 (例えば IVの変化）に、入力電力 Psの変 化を検出して現在の動作点の位置を認識するような処理を実行させるようにする。
[0048] つぎに、上述の処理概念について図 12を用いて説明する。なお、図 12は、演算処 理時間を考慮した太陽電池回路の最大出力動作点を検出する処理概念を示す図で ある。同図において、制御回路内のマイコンはある一定時間間隔 (例えば 0. 5秒間 隔)で入力電圧 Vsと入力電力 Psの値を常時に検出する。いま、入力電圧 Vsの変化 がある一定電圧 (例えば IV)生じた場合、前回の Vs値、 Ps値に対する現在の Vs値、 Ps値の変化をそれぞれ検出する。
[0049] 例えば、図 12において、 Vs値が VO力も VIのように増加する方向に変化した場合 、 Ps値は PO力も P1のように増加する方向に変化する。逆に、 Vs値が VIから VOのよ うに減少する方向に変化した場合、 Ps値は P1カゝら POのように減少する方向に変化 する。すなわち、 Vsと Psの変化力 ともに増加する力、ともに減少するかの同一方向 に変化する領域は dPsZdVs >0の領域であると判定する。
[0050] 一方、図 12に示すように、 Vs値が V2から V3のように増加する方向に変化した場合 、 Ps値は P2から P3のように減少する方向に変化する。逆に、 Vs値が V3から V2のよ うに減少する方向に変化した場合、 Ps値は P3力ら P2のように増加する方向に変化 する。すなわち、 Vsと Psとの変化の方向が逆となる領域は、 dPsZdVsく 0の領域で あると判定する。
[0051] また、 Vs値が V4から V5、または V5から V4の変化に対して Ps値の変化がほぼ 0に 等しい場合の領域は、 dPsZdVs^Oの領域、すなわち最大電力点の領域にあると 判定する。
[0052] なお、入力電圧 Vsと入力電力 Poとを検出する一定時間間隔は、時間間隔が長す ぎると、 Vsの変化が大きくなりすぎて誤った動作点を認識するおそれがあるので、パ ヮーコンデイショナの最大電力点への移動速度を十分考慮した時間間隔に設定する 必要がある。例えば、上述のような 0. 5秒間隔のような時間間隔であれば、入力電圧 Vsが 1回の時間間隔で、一定電圧以上の電圧変化が生ずる確率を小さくすることが できる。この場合、何回目かの検出で Vs値が一定電圧以上変化したときのみ、 Vs値 および Ps値の各変化を確認して現在の動作点を認識すればよい。
[0053] 以上説明したように、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ュ-ッ トによれば、複数の太陽電池回路の全てが昇圧回路に接続されるように構成され、昇 圧回路に接続される太陽電池回路の出力電圧が、パワーコンデイショナの入力動作 範囲内となる標準直列接続数を有していなくとも、全ての太陽電池回路が最大電力 点で動作することができるので、現代住宅によく見られる寄棟屋根のように一つの屋 根面に太陽電池回路を何枚も設置できないような住宅でも、全ての太陽電池回路か ら常に最大出力を取り出すことができ、効率よく発電することができる。
[0054] また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、接 続される太陽電池回路の状態を自動的に判定し、最適となる電圧に昇圧してパワー コンデイショナに電力を供給することで、従来手動で設定していた昇圧比の設定が一 切不要となり、施工時の作業性が大幅に改善でき、また、昇圧比の設定誤りなどもな くなるので、全ての太陽電池回路から常時、最大出力を取り出すことができ、効率よく 発電することができる。
[0055] また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、昇 圧回路の出力電圧をパワーコンデイショナの定格出力可能な最低入力電圧値に昇 圧することにより昇圧回路の昇圧比を小さくすることができ、昇圧回路のスイッチング 損失を少なくすることができる。
[0056] また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、最 大出力動作電圧がパワーコンデイショナの定格出力可能な最低入力電圧値以上の 太陽電池回路が存在する場合は、その中で最大出力動作電圧が最も高 、電圧 (Vp max)を目標電圧として他の昇圧回路については昇圧動作を行わせ、一方、この最 大出力動作電圧が最も高い太陽電池回路が接続される昇圧回路は昇圧動作を行わ せないようにしているので、昇圧回路の昇圧比を極力抑えることができ、昇圧ユニット 全体としての損失を極力少なくすることができる。
[0057] また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、太 陽電池回路の最大出力動作点で動作しているときの入力電圧値を他の昇圧回路に 転送することで昇圧ユニットに接続される太陽電池回路の中で最も電圧の高い太陽 電池回路の出力最大電力点となる電圧に、他の昇圧回路も昇圧するようにしている ので、全ての太陽電池回路が最大出力動作点で動作することができ、太陽電池回路 を無駄なく発電できる。
[0058] また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、昇 圧回路に接続される太陽電池回路の入力電圧 電力特性の動作点を検出し、最大 出力動作点で動作している場合は、その昇圧回路の出力電圧を僅かに昇圧し、一 定時間経過しても最大出力動作点で動作しない場合は、そのとき動作入力電圧を他 の昇圧回路に伝送可能な構成としているので、パワーコンデイショナの動作で出力が 最大となる電圧で動作できない太陽電池回路を出力が最大となる電圧まで上昇させ ることができ、その結果、昇圧ユニットに接続される全ての太陽電池回路がそれぞれ 最大電力点で動作可能とすることができるので、太陽電池回路の発電電力を有効に 使用することが可能となる。
[0059] また、この実施の形態の太陽光発電システムおよびその昇圧ユニットによれば、太 陽電池回路に接続される昇圧回路において、昇圧状態にある力否力 所定の電流 が流れているか否か、一定時間経過している否か、および最大出力動作点で動作し ている力否力などを判定し、これらの判定条件に基づいて、最大出力動作点で動作 して 、な 、太陽電池回路の動作入力電圧を若干上昇させ、そのときの出力電圧を他 の昇圧回路に伝送可能な構成としているので、出力が最大となる電圧で動作できな い太陽電池回路を出力が最大となる電圧まで上昇させることができ、その結果、昇圧 ユニットに接続される全ての太陽電池回路がそれぞれ最大電力点で動作可能とする ことができるので、太陽電池回路の発電電力を有効に使用することが可能となる。 産業上の利用可能性
[0060] 以上のように、本発明に力かる太陽光発電システムは、無尽蔵の太陽エネルギーを 利用するクリーンな発電システムとして有用であり、また、その昇圧ユニットは、太陽 光発電システムを実現する構成品として有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 複数の太陽電池回路と、
前記複数の太陽電池回路のそれぞれが出力する直流電圧を昇圧可能な複数の昇 圧回路を備える昇圧ユニットと、
前記昇圧ユニットから出力される直流電力を交流電力に変換するパワーコンデイシ ョナと、
を備えたことを特徴する太陽光発電システム。
[2] 前記昇圧回路は、前記太陽電池回路出力の昇圧前出力の電圧値と昇圧後出力の 電圧値とに基づいて昇圧比を制御する制御回路を備えることを特徴する請求項 1に 記載の太陽光発電システム。
[3] 前記昇圧回路の昇圧比が、前記パワーコンデイショナの入力動作電圧範囲に基づ いて決定されることを特徴する請求項 2に記載の太陽光発電システム。
[4] 前記昇圧回路の昇圧比が、前記太陽電池回路の出力電圧に応じて自動的に設定 されることを特徴する請求項 3に記載の太陽光発電システム。
[5] 前記制御回路は、前記昇圧回路に接続された太陽電池回路における入力電圧 (V s)の微小変化量と、入力電力（Ps)の微小変化量 (dPsZdVs)と、に基づいて、該太 陽電池回路の入力電圧 電力特性曲線上の最大出力動作点を与える最大出力動 作電圧値を算出することを特徴する請求項 2に記載の太陽光発電システム。
[6] 前記制御回路は、前記太陽電池回路における入力電圧 (Vs)の微小変化量に対 する入力電力（Ps)の微小変化量 (dPsZdVs)が略ゼロとなる電圧値を前記最大出 力動作電圧値として用いることを特徴する請求項 5に記載の太陽光発電システム。
[7] 前記制御回路は、前記太陽電池回路における一定電圧以上の入力電圧 (Vs)の 変化に対して、入力電力（Ps)の変化が略ゼロとなる電圧値を前記最大出力動作電 圧値として用いることを特徴する請求項 5に記載の太陽光発電システム。
[8] 複数の制御回路から出力された最大出力動作電圧値 (Vslpmax, Vs2pmax, · · の中で最も高い電圧値である最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)が前記複 数の制御回路の全てに設定されるように構成されていることを特徴とする請求項 5に 記載の太陽光発電システム。
[9] 前記制御回路は、前記最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)が前記パワーコ ンデイショナの定格出力可能な最低電圧 (V2)よりも低 、場合には、該最低電圧を目 標値として昇圧することを特徴とする請求項 8に記載の太陽光発電システム。
[10] 前記制御回路は、前記最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)が前記パワーコ ンデイショナの定格出力可能な最低電圧 (V2)よりも高ぐかつ、自己の回路内の最 大出力動作電圧値 (Vslpmax)と前記最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)と が異なる場合には、該最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)を目標値として昇 圧することを特徴とする請求項 8に記載の太陽光発電システム。
[11] 前記制御回路は、前記最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)が前記パワーコ ンデイショナの定格出力可能な最低電圧 (V2)よりも高ぐかつ、自己の回路内の最 大出力動作電圧値 (Vslpmax)と前記最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)と が略同一の場合には、昇圧動作を行わないことを特徴とする請求項 8に記載の太陽 光発電システム。
[12] 前記制御回路は、前記昇圧回路に接続される太陽電池回路が、該太陽電池回路 の入力電圧 電力特性曲線上の最大出力動作点で動作しているときには、該太陽 電池回路を接続している昇圧回路の出力電圧を僅かに昇圧することを特徴とする請 求項 8に記載の太陽光発電システム。
[13] 前記制御回路は、前記昇圧回路に接続される太陽電池回路が、一定時間経過し ても該太陽電池回路の入力電圧 電力特性曲線上の最大出力動作点で動作してい ないときには、当該動作している動作点における入力電圧値が該昇圧回路以外の昇 圧回路に伝達されるように構成されていることを特徴とする請求項 8に記載の太陽光 発電システム。
[14] 前記制御回路は、前記太陽電池回路を接続している昇圧回路の出力電圧を僅カゝ に昇圧することを特徴とする請求項 13に記載の太陽光発電システム。
[15] 太陽電池回路から出力される直流電圧を所定のレベルまで昇圧する太陽光発電 システムの昇圧ユニットにおいて、
複数の太陽電池回路のそれぞれが出力する直流電圧を昇圧可能な複数の昇圧回 路を備えたことを特徴する太陽光発電システムの昇圧ユニット。
[16] 前記昇圧回路は、前記太陽電池回路出力の昇圧前出力の電圧値と昇圧後出力の 電圧値とに基づいて昇圧比を制御する制御回路を備えることを特徴する請求項 15 に記載の太陽光発電システムの昇圧ユニット。
[17] 前記昇圧回路の昇圧比が、外部出力条件として要求される出力電圧範囲に基づ いて決定されることを特徴する請求項 16に記載の太陽光発電システムの昇圧ュ-ッ
[18] 前記昇圧回路の昇圧比が、前記太陽電池回路の出力電圧に応じて自動的に設定 されることを特徴する請求項 17に記載の太陽光発電システムの昇圧ユニット。
[19] 前記制御回路は、前記昇圧回路に接続された太陽電池回路における入力電圧 (V s)の微小変化量と、入力電力（Ps)の微小変化量 (dPsZdVs)と、に基づいて、該太 陽電池回路の入力電圧 電力特性曲線上の最大出力動作点を与える最大出力動 作電圧値を算出することを特徴する請求項 16に記載の太陽光発電システムの昇圧 ユニット。
[20] 複数の制御回路から出力された最大出力動作電圧値 (Vslpmax, Vs2pmax, · · の中で最も高い電圧値である最大出力動作電圧値の最大値 (Vspmax)が前記複 数の制御回路の全てに設定されるように構成されていることを特徴とする請求項 19 に記載の太陽光発電システムの昇圧ユニット。
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