WO2012063304A1 - 太陽光発電システム - Google Patents

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WO2012063304A1
WO2012063304A1 PCT/JP2010/069830 JP2010069830W WO2012063304A1 WO 2012063304 A1 WO2012063304 A1 WO 2012063304A1 JP 2010069830 W JP2010069830 W JP 2010069830W WO 2012063304 A1 WO2012063304 A1 WO 2012063304A1
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solar cell
power generation
generation system
voltage
photovoltaic power
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PCT/JP2010/069830
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亨 河野
中村　明博
泰幸 工藤
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株式会社日立製作所
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    • H01L31/02019—Circuit arrangements of general character for the devices for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
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    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a technique for controlling an output power value from a solar cell.
  • a conventional solar cell array is configured by connecting a plurality of strings in parallel to a string (series connection) of a plurality of solar cell modules via a backflow prevention diode (for example, see Patent Document 1).
  • the backflow prevention diode is mounted for the purpose of preventing the occurrence of power loss due to the backflow of current from another string to the string whose electromotive force is reduced.
  • a solar power generation system for operating this solar cell array As a solar power generation system for operating this solar cell array, a system in which a power conditioner equipped with a boost chopper is connected to the solar cell array is known (for example, see Patent Document 1). Further, a system in which a boost chopper is mounted on each string is known (for example, see Patent Document 2). Furthermore, a method is known in which one step-up chopper is added only to a string having a low open circuit voltage (see, for example, Patent Document 3).
  • the Boltzmann constant k and the load q are constant values, and the junction constant (diode performance index) n and the leakage current Ish depend on the solar cell device characteristics and are managed as device parameters.
  • the series resistance Rs is a value indicating a resistance component such as the wiring of the solar battery cell, and is a value managed as a parameter depending on the assembly process. That is, values such as n, Ish, and Rs have different values for the solar cell module. For this reason, the output voltage and output current of the solar cell vary from module to module. The same applies to the characteristics of a string in which a plurality of solar cell modules are connected in series.
  • FIG. 1 shows the characteristics of a string in which a plurality of solar cell modules are connected in series.
  • a characteristic 101a in FIG. 1A indicates a characteristic of a string having large Rs, Ish, and small n with respect to the characteristic 100a.
  • FIG. 1B shows the relationship between power (output) and voltage with respect to the string characteristics shown in FIG.
  • the characteristic 101b in FIG. 1 (b) corresponding to the characteristic 101a in FIG. 1 (a) is lower than the power 100p, which is the maximum power obtained, compared to 100b corresponding to the characteristic 100a. It can be seen that the operating voltage 101v for obtaining the maximum power is also lower than the operating voltage 100v and has a different value.
  • the characteristic 111a in FIG. 3 (a) shows the string characteristic when about 80% of the solar radiation is poured into the characteristic 110a.
  • FIG. 3B shows the relationship between power (output) and voltage with respect to the string characteristics shown in FIG.
  • the characteristic 111b in FIG. 3B corresponding to the characteristic 111a in FIG. 3A is lower than the power 110p, which is the maximum power obtained, compared to 110b corresponding to the characteristic 110a. It can be seen that the operating voltage 111v for obtaining the maximum power is also lower than the operating voltage 110v and has a different value.
  • Patent Document 2 employs a system in which a boost chopper is mounted on each string
  • Patent Document 3 employs a system in which a boost chopper is added only to a string having a low open circuit voltage.
  • the cost of the step-up chopper to be mounted against power loss becomes high, and there remains a problem that, when viewed from the index of power generation cost, it becomes loss instead of taking countermeasures.
  • an object of the present invention is to provide an inexpensive solar power generation system in which maximum power is extracted from each string.
  • a solar cell array that includes a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series and is connected in parallel, and a DC / DC converter circuit that is connected to the solar cell array
  • a photovoltaic power generation comprising: an MPPT control unit that outputs a control signal to a DC / DC converter circuit to control an operating voltage of the solar cell array; and a plurality of multipliers connected in series to each of the plurality of solar cell strings System.
  • Each of the plurality of multipliers has a bipolar transistor, and has a first resistance between the base and the emitter of the bipolar transistor and a second resistance between the base and the collector.
  • a solar cell array having a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series and connected in parallel, and a DC / DC converter connected to the solar cell array
  • a solar circuit comprising: a circuit; an MPPT control unit that outputs a control signal to a DC / DC converter circuit to control an operating voltage of the solar cell array; and a plurality of multipliers connected in series to each of the plurality of solar cell strings. It is a photovoltaic system.
  • Each of the plurality of multipliers has a MOS transistor, has a first resistance between the gate and the source of the MOS transistor, and has a second resistance between the gate and the drain.
  • a solar cell array having a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series and connected in parallel, and a DC / DC converter connected to the solar cell array A circuit, an MPPT control unit that outputs a control signal to the DC / DC converter circuit to control the operating voltage of the solar cell array, and a plurality of units connected in series to each of the arrays in which a plurality of solar cell strings are connected in parallel
  • Each of the plurality of multipliers has a bipolar transistor, and has a first resistance between the base and the emitter of the bipolar transistor and a second resistance between the base and the collector.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a solar cell array according to Example 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an operating voltage of a multiplier according to the first embodiment.
  • 6 is a diagram showing an example of a solar cell array according to Example 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an operating voltage of a multiplier according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an operating voltage of a multiplier according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the example of the solar energy power generation system which concerns on Example 3.
  • FIG. It is a figure which shows the example of a solar cell string characteristic when the partial shade generate
  • FIG. It is a figure which shows the example of the solar energy power generation system which concerns on Example 4.
  • FIG. It is a figure which shows the example of the solar energy power generation system which concerns on Example 4.
  • FIG. 5 shows an example of an operating voltage of a multiplier according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the example of the solar energy power generation system which concerns on Example 3.
  • FIG. It is a figure which shows the example of a solar cell string characteristic when the partial shade generate
  • FIG. It is a figure
  • FIG. 4 is a diagram showing a solar cell array according to Example 1 of the present invention.
  • a bypass diode 402 is connected in parallel to a plurality of solar cells connected in series.
  • a plurality of solar cells partitioned by this bypass diode are referred to as cluster 401.
  • cluster 401 In the assembly process, a plurality of clusters 401 are connected in series to form a solar cell module 403.
  • a string 204 is obtained by connecting the solar cell modules in series.
  • the solar cell array is formed by connecting the string 204, the string 214, and the string 224 in parallel.
  • Multipliers 405, 415, and 425 are connected in series to strings 204, 214, and 224, respectively.
  • the multiplier is configured by inserting resistors between the base and the collector and between the base and the emitter of the NPN bipolar transistor. Since current flows in the NPN bipolar transistor in the forward direction from the collector to the emitter, the multipliers 405, 415, and 425 are different from the function of the backflow prevention diode, that is, the string in which the electromotive force is lowered, from other strings. It has a function of preventing the occurrence of power loss due to reverse current flow.
  • FIG. 5 shows a configuration in which a control system 513 is connected to a solar cell array 500 on which multipliers 405, 415, and 425 are mounted.
  • the coil 501, the diode 502, the capacitor 503, and the switching element 504 constitute a DC / DC converter circuit 514, and the output of the solar cell array is changed by varying the conduction ratio that is the on / off ratio in the switching operation of the switching element 504. Control.
  • a control signal having a certain conduction rate is generated in an MPPT (Maximum Power Point Tracking) control unit 511 in the control system 513 and transmitted to the gate electrode of the switching element 504 via the level shifter 512.
  • This control signal is for following an operating voltage that maximizes the output power value of the solar cell array.
  • a CPU, DSP, or the like with a built-in power electronics OS (PEOS) is used for the MPPT control unit 511.
  • the sensor 505 is an output voltage detection circuit that detects the output voltage of the solar battery panel
  • the sensor 506 is an output current detection circuit that detects the output current of the solar battery.
  • the detected voltage information and current information are impedance-converted through a buffer 507 and a buffer 508, respectively.
  • the converted voltage information and current information are converted into digital values by the AD converter ADC1 (509) and the AD converter ADC2 (510), respectively, and then transmitted to the MPPT control unit 511.
  • the MPPT control unit 511 can control the conduction rate while feeding back the output of the solar cell panel. Controlling the flow rate is to shift the operating voltage of the solar cell array 500 by a certain amount.
  • a technique called a hill climbing method is known.
  • the hill-climbing method is to follow MPP (Maximum Power Point) by changing the conduction rate of the switching element 504 of the DC / DC converter circuit. Specifically, this is a search method in which the operation voltage is shifted by the control signal, the powers at the operation voltages before and after the shift are compared, and the operation voltage shift is performed again in the direction in which the power increases.
  • the output from the solar cell array is DC, it is connected to a commercial power supply via a DC / AC inverter circuit.
  • the inverter circuit and the commercial system power supply can be regarded as playing an electrical load role.
  • a device from a solar cell array to connection to a commercial power supply is a power conditioner.
  • FIG. 6 illustrates the voltage generated by the multiplier shown in FIGS.
  • the collector-emitter voltage V1 of the bipolar transistor showing both terminals of the multiplier 405 is equal to the base-collector resistance R1 and the base-collector voltage Vbe1 with respect to the base-emitter voltage Vbe1 of the bipolar transistor. It can be expressed by a constant multiple of (1+ (R / R1)) using the resistance R between emitters.
  • the base-emitter voltage Vbe1 can be expressed by the following equation (2), where I1 is the current flowing through the string 204.
  • Vbe1 ⁇ (k ⁇ T) / q ⁇ ⁇ ln (I1 / I0) (2)
  • I0 reverse saturation current
  • I1 current flowing through the string 204
  • k Boltzmann constant T: temperature q: load
  • the collector-emitter voltages V2 and V3 of the bipolar transistor showing both terminals of the multipliers 415 and 425 are the base-emitter voltage Vbe2 of the bipolar transistor as shown in FIGS. 6B and 6C, respectively.
  • Vbe3 can be expressed by a constant multiple of (1+ (R / R2)) and (1+ (R / R3)) using the base-collector resistances R2 and R3 and the base-emitter resistance R.
  • the reverse saturation current I0, the Boltzmann constant k, and the load q are constant values.
  • the current I1 flowing through the string 204 and the temperature T slightly vary, but in the first embodiment, it is regarded as a constant, and the collector-emitter voltage V1 is a constant multiple of the base-emitter voltage Vbe1 (for example, 0.7 V). It can be expressed. That is, the collector-emitter voltage V1 is determined by the ratio of the base-collector resistance R1 and the base-emitter resistance R.
  • the operating voltage of the solar cell array is determined by the conduction ratio of the switching element 504 of the DC / DC converter, and the collector-emitter voltage of the bipolar transistor indicating both terminals of each multiplier is the resistance between the base and emitter of each multiplier. Determined by R1, R2, and R3.
  • the operating voltage value of each solar cell string is obtained by subtracting the collector-emitter voltage value of each multiplier bipolar transistor from the operating voltage value of the solar cell array. Therefore, the operating voltage of each string is determined by the base-emitter resistors R1, R2, and R3 in each multiplier. That is, the MPPT control unit controls the operating voltage of the solar cell array by the control signal and also controls the operating voltage for each solar cell string.
  • the maximum power operating voltages 100v, 101v, 110v, and 111v of the strings shown in FIGS. 1 and 3 can be set.
  • a multiplier composed of a bipolar transistor and a resistor is provided for each string, and there is no need to provide a DC / DC converter circuit for each string or a string having a low open circuit voltage as in the prior art.
  • the multipliers 405, 415, and 425 also function as a backflow prevention diode, it is not necessary to provide a backflow prevention diode. Therefore, the maximum power of each string can be taken out at a low cost.
  • R1, R2, and R3 it can be determined using an inspection specification that can be obtained when the solar cell module 403 is shipped. Specifically, by calculating the operating voltage of each string based on the static characteristics (open voltage, short circuit current, output current at the time of MPP, output voltage) of the solar cell module, the values of R1, R2, and R3 are calculated. Can be determined. Needless to say, it can also be determined by actually measuring the characteristics and operation of the strings in advance and comparing the operations of the strings 204, 214, and 224 with each other.
  • an NPN type bipolar transistor is described as an example of a bipolar transistor constituting the multiplier, but it goes without saying that a PNP type bipolar transistor can be similarly configured.
  • FIG. 7 is a diagram showing a solar cell array according to Example 2 of the present invention.
  • the second embodiment is characterized in that a MOS transistor is used instead of a bipolar transistor for the multiplier.
  • a bypass diode 402 is connected in parallel to a plurality of solar cells connected in series.
  • a plurality of solar cells partitioned by this bypass diode are referred to as cluster 401.
  • cluster 401 In the assembly process, a plurality of clusters 401 are connected in series to form a solar cell module 403.
  • a string 204 is obtained by connecting the solar cell modules in series, and the solar cell array is formed by connecting the string 204, the string 214, and the string 224 in parallel.
  • Multipliers 405a, 415a, 425a are connected in series to strings 204, 214, 224, respectively.
  • the multiplier is configured by inserting resistors between the gate and the source and between the gate and the drain of the n-type MOS transistor. Since current flows in the n-type MOS transistor from the drain to the source in the forward direction, the multipliers 405a, 415a, and 425a are different from the function of the backflow prevention diode, that is, the string in which the electromotive force is lowered, from other strings. It has a function of preventing the occurrence of power loss due to reverse current flow.
  • the configuration of the control system is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 8 explains the voltage generated by the multiplier shown in FIG.
  • the drain-source voltage V4 of the transistor showing both terminals of the multiplier 405a is equal to the gate-drain resistance R and the gate-to-gate voltage Vgs1 of the MOS transistor. It can be expressed by a constant multiple of (1+ (R / R4)) using the inter-source resistance R4.
  • the gate-source voltage Vgs1 can be expressed by the following equation (3), where I1 is the current flowing through the string 204.
  • Vgs1 Vth + ⁇ ⁇ 2 ⁇ (I1) / ⁇ (3)
  • I1 Current flowing through the string 204
  • Vth MOS transistor threshold
  • the drain-source voltages V5, V6 of the MOS transistors indicating both terminals of the multipliers 415a, 425a are respectively the gate-source voltages Vgs2, Vgs2, Vgs3 can be expressed by a constant multiple of (1+ (R / R5)) and (1+ (R / R6)) using gate-source resistances R5 and R6 and gate-drain resistance R.
  • the threshold Vth of the MOS transistor and the driving capability ⁇ of the MOS transistor are constant values.
  • the current I1 flowing through the string 204 varies somewhat, but the second embodiment is also regarded as a constant as in the first embodiment, and the drain-source voltage V4 can be expressed by a constant multiple of the gate-source voltage Vgs1. It shall be possible. That is, the drain-source voltage V4 is determined by the ratio of the gate-source resistance R4 and the gate-drain resistance R.
  • the operating voltage of the solar cell array is determined by the conduction ratio of the switching element 504 of the DC / DC converter, and the voltage between the drain and source of the MOS transistor indicating both terminals of each multiplier is the resistance between the gate and source of each multiplier. Determined by R4, R5, R6.
  • the operating voltage value of each solar cell string is obtained by subtracting the drain-source voltage value of each multiplier MOS transistor from the operating voltage value of the solar cell array. Therefore, the operating voltage of each string is determined by the gate-source resistors R4, R5, R6 in each multiplier. That is, the MPPT control unit controls the operating voltage of the solar cell array by the control signal and also controls the operating voltage for each solar cell string.
  • the maximum power operating voltages 100v, 101v, 110v, and 111v of the strings shown in FIGS. 1 and 3 can be set.
  • the second embodiment similarly to the first embodiment, it is not necessary to provide a DC / DC converter circuit in each string or a string having a low open circuit voltage as in the prior art, and it is not necessary to provide a backflow prevention diode. Therefore, the maximum power of each string can be taken out at a low cost.
  • each value of R4, R5, and R6 is calculated by calculating the operating voltage of each string based on the static characteristics of the solar cell module (open voltage, short circuit current, output current at the time of MPP, output voltage). Can be determined. Needless to say, it can also be determined by actually measuring the characteristics and operation of the strings in advance and comparing the operations of the strings 204, 214, and 224 with each other.
  • an n-type MOS transistor is described as an example of the MOS transistor constituting the multiplier.
  • a p-type MOS transistor can be similarly constructed.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a photovoltaic power generation system according to the third embodiment.
  • voltage sensors 701, 702, and 703 for measuring the collector-emitter voltages of the multipliers 405, 415, and 425 are mounted, and the current flowing through the solar cell string calculated based on the measured voltage information is measured.
  • the MPPT control unit varies the operating voltage of the solar cell array within a certain range. As a result, it is possible to reduce power loss by avoiding operation with a local solution that is not the maximum power point.
  • FIG. 10B shows the operating voltage-current characteristics of the string when the partial shade 705 is applied to the solar cell array 704 as shown in FIG.
  • a characteristic such as the characteristic 706 is obtained.
  • the bypass diode connected to the cluster of the shaded part is turned on, and thus the characteristic is the characteristic 707. Even when the cluster fails, the bypass diode is turned on, and the same characteristics are obtained.
  • the characteristic of the solar cell array 704 is a characteristic having a plurality of local solutions as indicated by a characteristic 709 in FIG. Since the characteristics of the solar cell array 704 in the shaded state are the characteristics as indicated by the characteristics 708, the characteristics suddenly change from the characteristics 708 to the characteristics 709 when the bypass diode is turned on. Therefore, the operating voltage is maintained around Va, and the operation is performed with a local solution that is not the maximum power point, leading to power loss.
  • Equation (2) the base-emitter voltage of the transistor constituting the multiplier varies depending on the current flowing through the string. Therefore, the change in the current characteristic of the string appears as a change in the voltage between the collector and the emitter of the multiplier. In the case of the solar cell array described in the second embodiment, the change in the current characteristic of the string appears as a change in the voltage between the drain and the source of the multiplier as shown in Expression (3).
  • the current change detection information is output to the MPPT control unit.
  • the MPPT controller varies the control signal output to the DC / DC converter circuit based on the current change detection information, and temporarily shifts the operating voltage range of the solar cell array to a range of Vb. Then, the maximum power point tracking (MPPT: Maximum Power Point Tracking) by the hill-climbing method is executed again. By this operation, the operating point of the solar cell array can escape from the local solution and approach the maximum power point, and power loss can be reduced.
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a photovoltaic power generation system according to the fourth embodiment.
  • the characteristics of the string 224 change.
  • the failure of the solar cell can be classified into a case where the current flowing through the string is lowered and a case where the voltage applied to the string is lowered depending on the failure state. Therefore, in this embodiment, the voltage applied to the string or the current flowing through the string is detected, and the resistance between the base and the emitter of the multiplier bipolar transistor or the resistance between the gate and the source of the MOS transistor is determined based on the detected information. Is made variable.
  • the operating point can be moved by the amount of voltage shift caused by the failure of the part 401X of the solar cell, and the maximum output can be secured.
  • the voltage sensor 703 detects the voltage applied to the multiplier 425. Thereafter, the current flowing through the string is calculated using Equation (2) or Equation (3).
  • the calculation unit 1001 determines whether or not the current has decreased based on the current information flowing through the calculated string.
  • the arithmetic unit 1001 holds in advance the amount of voltage fluctuation applied to the multiplier when each of the resistors R3Y and R3Z is switched, and outputs a control signal for controlling the switching according to the amount of decrease in the current flowing through the string. Output to switches SW1 and SW2.
  • the current sensor 1002 detects the current flowing through the string 224.
  • the computing unit 1003 determines whether or not the current has decreased based on the current information flowing through the detected string. Similar to the case of FIG. 12A, the arithmetic unit 1003 outputs a control signal for controlling the switching to the switches SW1 and SW2 in accordance with the amount of decrease in the current flowing through the string.
  • the voltage sensor 1004 detects the voltage applied to the string.
  • the calculation unit 1005 determines whether the voltage of the string has dropped based on the detected voltage information on the string.
  • the arithmetic unit 1005 holds in advance the voltage fluctuation amount applied to the multiplier when each of the resistors R3Y and R3Z is switched, and generates a control signal for controlling the switching according to the voltage decrease amount applied to the string. Output to switches SW1 and SW2.
  • the amount of voltage displacement in the multiplier changes, and the operating voltage can be shifted to a higher output. Therefore, even when a part of the solar cell fails, it is possible to compensate for the voltage shift caused by the failure and to secure the maximum output point of the solar cell array.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a solar power generation system according to the fifth embodiment.
  • a multiplier is connected in series to each of the arrays in which a part of the plurality of strings is connected in parallel.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the multiplier may play a role of controlling the operating voltage of each array as well as the string.
  • the strings 204, 214, and 224 are connected in parallel to form an array 901.
  • Multipliers 405 are connected in series.
  • multipliers 415 are connected in series.
  • 100a, 101a, 110a, 111a Solar cell string current-voltage characteristics 100b, 101b, 110b, 111b: Solar cell string power-voltage characteristics 204, 214, 224: Solar cell string 401: Cluster 402: Bypass diode 403: Solar cell modules 405, 415, 425: Multiplier 500: Solar cell array 501: Coil 502: Diode 503: Capacitor 504: Switching element 505: Output voltage detection circuit 506: Output current detection circuit 507, 508: Buffer 509, 510: AD converter 511: MPPT control unit 512: level shifter 513: control system 514: DC / DC converter circuit

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Abstract

　各太陽電池ストリングから最大電力が取り出され、かつ安価な太陽光発電システムを提供することを目的とする。複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、複数の太陽電池ストリングそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備える太陽光発電システムである。複数のマルチプライヤそれぞれはバイポーラトランジスタを有し、バイポーラトランジスタのベースとエミッタ間に第１の抵抗を有し、ベースとコレクタ間に第２の抵抗を有する。

Description

太陽光発電システム
　本発明は、太陽電池からの出力電力値を制御する技術に関する。
　従来の太陽電池アレイは、複数の太陽電池モジュールのストリング（直列接続）に逆流防止ダイオードを介して、複数のストリングを並列接続することによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。逆流防止ダイオードは、起電力が低下したストリングに対して、他のストリングから電流が逆流することによって電力損失が発生することを防止することを目的として搭載されている。
　この太陽電池アレイを動作させる太陽光発電システムとして、太陽電池アレイに昇圧チョッパ搭載のパワーコンディショナを接続する方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、各ストリングに昇圧チョッパを搭載する方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。さらに、開放電圧の低いストリングにのみ昇圧チョッパを1段追加する方式が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００８－９１８０７号公報 特開平８－４６２３１号公報 特開２００６－２７７３８５号公報
　太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの出力電圧と出力電流の関係は、式（１）に示す特性式で表される。
Ｉ = Iph・ｐ - Io × exp{q・{(Ｖ＋Ｉ・Ｒｓ)/(n・ｋ・Ｔ)}} - Ish  　・・・    式（１）
ここで、各記号の意味は以下の通りである。
Ｉ   :出力電流
Ｖ  ：出力電圧
Ｉph :光電流
Ｉｏ：逆方向飽和電流
Ｉsh :漏れ電流
Rs　 :直列抵抗
ｎ　：接合定数（ダイオード性能指数）
ｋ　：ボルツマン定数
Ｔ　：温度
ｑ　：素荷量
ｐ　：日射量
　ボルツマン定数ｋ、素荷量ｑは一定値であり、接合定数（ダイオード性能指数）ｎ、漏れ電流Ishは、太陽電池デバイス特性で左右され、デバイスパラメータとして管理される値である。直列抵抗Rsは、太陽電池セルの配線等の抵抗成分を示す値であり、組み立て工程に依存するパラメータとして管理される値である。つまり、ｎ、Ish、Rsといった値は、太陽電池モジュールに違う値を持っている。そのため、太陽電池の出力電圧と出力電流に関して、モジュール毎にばらつきを持っている。これは、複数の太陽電池モジュールを直列接続したストリングの特性に関しても同様である。
　図１は、複数の太陽電池モジュールを直列接続したストリングの特性を示したものである。図１（ａ）内の特性１０１ａは、特性１００ａに対して大きなRs、Ishと小さなnを持ったストリングの特性を示したものである。この図１（ａ）に示すストリング特性について、電力（出力）－電圧の関係を示したものが図１（ｂ）である。図１（ａ）内の特性１０１ａに対応する図１（ｂ）内の特性１０１ｂは、特性１００ａに対応する１００ｂと比較すると、得られる最大電力である電力１０１ｐが電力１００ｐに比べて低く、さらに最大電力を得るための動作電圧１０１ｖに関しても動作電圧１００ｖよりも低くなり、異なる値となることが分かる。
　特許文献１に記載の太陽光発電システムは、太陽電池アレイに対してパワーコンディショナが接続されているため、動作電圧は、太陽電池アレイに対して１点しか定めることができない。そのため、ストリング特性のばらつきが考慮されておらず、各ストリングから最大電力を取り出すことができなくなり電力損失が発生する。
　このようなストリング特性のばらつきは、太陽電池モジュールのデバイス上のばらつきや構造上のばらつき以外にも日射量や温度といった周囲環境の変化によっても現れる。図２に示すように、屋根１０３の南向きにストリング２０４を設置し、西向きにストリング２１４を設置し、東向きにストリング２２４を設置した場合について考える。式（１）内の日射量を示すｐに関しては、通常、南向きの太陽電池に注がれる日射量を１とした場合、西向き、東向きに注がれる日射量は、０．８程度になることがよく知られている。
　図３（ａ）内の特性１１１ａは、特性１１０ａに対して、８割程度の日射量が注がれた場合のストリング特性を示したものである。この図３（ａ）に示すストリング特性について、電力（出力）－電圧の関係を示したものが図３（ｂ）である。図３（ａ）内の特性１１１ａに対応する図３（ｂ）内の特性１１１ｂは、特性１１０ａに対応する１１０ｂと比較すると、得られる最大電力である電力１１１ｐが電力１１０ｐに比べて低く、さらに最大電力を得るための動作電圧１１１ｖに関しても動作電圧１１０ｖよりも低くなり、異なる値となることが分かる。
　このように日射量が変化した場合に関しても、特許文献１に記載の太陽光発電システムでは太陽電池アレイに対してパワーコンディショナが接続されているため、各ストリングから最大電力を取り出すことができず電力損失が発生する。
　これらの電力損失を低減するため、特許文献２では各ストリングに昇圧チョッパを搭載する方式を採用し、特許文献３では開放電圧の低いストリングにのみ昇圧チョッパを1段追加する方式を採用している。しかしながら、電力損失に対して搭載する昇圧チョッパのコストが高くなってしまい、発電コストという指標で見た場合に、対策を施すことがかえって損失になるという課題が残る。
　そこで、本発明は、各ストリングから最大電力が取り出され、かつ安価な太陽光発電システムを提供することを目的とする。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
　複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、複数の太陽電池ストリングそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備える太陽光発電システムである。複数のマルチプライヤそれぞれはバイポーラトランジスタを有し、バイポーラトランジスタのベースとエミッタ間に第１の抵抗を有し、ベースとコレクタ間に第２の抵抗を有する。
　また、複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、複数の太陽電池ストリングそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備える太陽光発電システムである。複数のマルチプライヤそれぞれはＭＯＳトランジスタを有し、ＭＯＳトランジスタのゲートとソース間に第１の抵抗を有し、ゲートとドレイン間に第２の抵抗を有する。
　また、複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、複数の太陽電池ストリングの一部を並列接続したアレイそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備える太陽光発電システムである。複数のマルチプライヤそれぞれはバイポーラトランジスタを有し、バイポーラトランジスタのベースとエミッタ間に第１の抵抗を有し、ベースとコレクタ間に第２の抵抗を有する。
　本発明によれば、各ストリングから最大電力が取り出される太陽光発電システムを安価に提供することができる。
太陽電池の特性式中のばらつきを持つパラメータに起因した太陽電池ストリング特性のばらつきの例を示す図である。 異なる日射量が注がれる太陽電池の構成例を示した図である。 異なる日射量に起因した太陽電池ストリング特性のばらつきの例を示す図である。 実施例１に係る太陽電池アレイの例を示す図である。 実施例１に係る太陽光発電システムの例を示す図である。 実施例１に係るマルチプライヤの動作電圧の例を示す図である。 実施例２に係る太陽電池アレイの例を示す図である。 実施例２に係るマルチプライヤの動作電圧の例を示す図である。 実施例３に係る太陽光発電システムの例を示す図である。 太陽電池アレイに部分陰が発生した場合の太陽電池ストリング特性の例を示す図である。 実施例４に係る太陽光発電システムの例を示す図である。 実施例４に係る太陽光発電システムの例を示す図である。 実施例５に係る太陽光発電システムの例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよいものとする。
　図４は、本発明の実施例１に係る太陽電池アレイを示す図である。直列接続された複数の太陽電池セルにバイパスダイオード４０２を並列接続する。このバイパスダイオードによって仕切られた複数の太陽電池セルをクラスタ４０１と呼ぶ。組み立て工程においては、このクラスタ４０１を複数個直列に接続して、太陽電池モジュール４０３を形成する。この太陽電池モジュールを直列接続したものがストリング２０４である。太陽電池アレイは、ストリング２０４、ストリング２１４、及びストリング２２４が並列接続されることによって形成される。
　マルチプライヤ４０５、４１５、４２５は、ストリング２０４、２１４、２２４にそれぞれ直列接続されている。マルチプライヤは、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタのベース－コレクタ間とベース－エミッタ間に抵抗を挿入することによって構成される。ＮＰＮ型バイポーラトランジスタにはコレクタからエミッタの方向を順方向として電流が流れるので、マルチプライヤ４０５、４１５、４２５は、逆流防止ダイオードの機能、つまり起電力が低下したストリングに対して、他のストリングから電流が逆流することによって電力損失が発生することを防止する機能を有する。
　図５は、マルチプライヤ４０５、４１５、４２５を搭載した太陽電池アレイ５００に制御システム５１３が接続された構成を示すものである。
　コイル５０１、ダイオード５０２、コンデンサ５０３、スイッチング素子５０４によってＤＣ／ＤＣコンバータ回路５１４は構成され、スイッチング素子５０４のスイッチング動作におけるオンとオフ比である通流率を可変することによって太陽電池アレイの出力を制御する。
　ある通流率を持った制御信号は、制御システム５１３におけるＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御部５１１において生成され、レベルシフタ５１２を介してスイッチング素子５０４のゲート電極に送信される。この制御信号は、太陽電池アレイの出力電力値が最大となるような動作電圧を追従するためのものである。ＭＰＰＴ制御部５１１には、パワーエレクトロニクスＯＳ（ＰＥＯＳ）を内蔵したＣＰＵ、ＤＳＰなどが用いられる。
　また、センサ５０５は、太陽電池パネルの出力電圧を検出する出力電圧検出回路、センサ５０６は、太陽電池の出力電流を検出する出力電流検出回路である。検出された電圧情報と電流情報はそれぞれ、バッファ５０７、バッファ５０８を介してインピーダンス変換される。インピーダンス変換された電圧情報と電流情報はそれぞれ、ＡＤ変換器ＡＤＣ１（５０９）、ＡＤ変換器ＡＤＣ２（５１０）によってデジタル値に変換された後、ＭＰＰＴ制御部５１１に送信される。
　これにより、ＭＰＰＴ制御部５１１は、太陽電池パネルの出力をフィードバックしながら、通流率を制御することができる。通流率を制御することは、太陽電池アレイ５００の動作電圧を一定量シフトさせることである。ＭＰＰＴ制御部の最も一般的な手法として、山登り法と呼ばれる手法が知られている。山登り法とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路のスイッチング素子５０４の通流率を可変にすることで、ＭＰＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ：最大電力点）を追従するものである。具体的には、制御信号により動作電圧をシフトさせ、シフト前後の動作電圧における電力を比較し、電力が大きくなる方向に再度、動作電圧シフトを行うといった一連の動作を繰り返し行う探索手法である。
　太陽電池アレイからの出力はＤＣであるため、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を介して、商用の系統電源に接続する。太陽電池システムにおいて、インバータ回路と商用の系統電源は、電気的負荷の役割を担っているとみなすことができる。一般に、太陽電池アレイから商用の系統電源に接続するまでの機器がパワーコンディショナである。
　図６は、図４、５に示したマルチプライヤによって生成される電圧を説明したものである。図６（ａ）に示すようにマルチプライヤ４０５の両端子を示すバイポーラトランジスタのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖ１は、バイポーラトランジスタのベース－エミッタ間電圧Ｖbe1に対して、ベース－コレクタ間抵抗Ｒ１とベース－エミッタ間抵抗Ｒを用いて（１＋（Ｒ／Ｒ１））の定数倍で表すことができる。ここで、ベース－エミッタ間電圧Ｖbe1は、ストリング２０４に流れる電流をI1とすると以下の式（２）で表すことができる。
Vbe1  =  {(ｋ・Ｔ) / q} ・ ln (I1/I0)        ・・・    式(２)
ここで、各記号の意味は以下の通りである。
Ｉ0 ：逆方向飽和電流
Ｉ1 ：ストリング２０４を流れる電流
ｋ　：ボルツマン定数
Ｔ　：温度
ｑ　：素荷量
　同様に、マルチプライヤ４１５、４２５の両端子を示すバイポーラトランジスタのコレクタ－エミッタ間電圧Ｖ２、Ｖ３はそれぞれ、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、バイポーラトランジスタのベース－エミッタ間電圧Ｖbe２、Ｖbe３に対して、ベース－コレクタ間抵抗Ｒ２、Ｒ３とベース－エミッタ間抵抗Ｒを用いて（１＋（Ｒ／Ｒ２））、（１＋（Ｒ／Ｒ３））の定数倍で表すことができる。
　ここで、逆方向飽和電流Ｉ0、ボルツマン定数ｋ、素荷量ｑは一定値である。一方、ストリング２０４に流れる電流Ｉ1、温度Ｔは多少変動するが、本実施例１では定数とみなして、コレクタ－エミッタ間電圧Ｖ１がベース－エミッタ間電圧Ｖbe1（例えば０．７Ｖ）の定数倍で表せることができるものとする。つまり、コレクタ－エミッタ間電圧Ｖ１は、ベース－コレクタ間抵抗Ｒ１とベース－エミッタ間抵抗Ｒの比率で決定されることになる。
　太陽電池アレイの動作電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子５０４の通流率によって決まり、各マルチプライヤの両端子を示すバイポーラトランジスタのコレクタ－エミッタ間電圧は、各マルチプライヤのベース－エミッタ間抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって決定される。各太陽電池ストリングの動作電圧値は、太陽電池アレイの動作電圧値から各マルチプライヤのバイポーラトランジスタのコレクタ－エミッタ間電圧値を減算したものである。そのため、各ストリングの動作電圧は、各マルチプライヤ中のベース－エミッタ間抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって決定される。つまり、ＭＰＰＴ制御部は、制御信号により太陽電池アレイの動作電圧を制御するとともに、太陽電池ストリングごとの動作電圧も制御する。これにより、例えば図１、図３に示した各ストリングの最大電力動作電圧１００ｖ、１０１ｖ、１１０ｖ、１１１ｖを設定することが可能となる。
　また、本実施例はバイポーラトランジスタと抵抗で構成されるマルチプライヤを各ストリングに対して設けるものであり、従来のように各ストリング又は開放電圧が低いストリングにＤＣ／ＤＣコンバータ回路を設ける必要がない。さらに、マルチプライヤ４０５、４１５、４２５は逆流防止ダイオードの機能も果たすため、逆流防止ダイオードを設ける必要がない。そのため、安価に各ストリングの最大電力を取り出すことができる。
　Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の決定に関しては、太陽電池モジュール４０３が出荷される時に入手することが可能な検査仕様書を用いて決定することができる。具体的には、太陽電池モジュールの静特性（開放電圧、短絡電流、ＭＰＰ時の出力電流、出力電圧）に基づいて各ストリングの動作電圧を算出することによって、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の各値を決定することができる。また、実際に予めストリングの特性や動作を測定し、ストリング２０４、２１４、２２４の動作を相対比較することによっても決定できることは言うまでもない。
　なお、本実施例１では、マルチプライヤを構成するバイポーラトランジスタとしてＮＰＮ型バイポーラトランジスタを例に説明したが、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタでも同様に構成可能であることは言うまでもない。
　図７は、本発明の実施例２に係る太陽電池アレイを示す図である。本実施例２では、マルチプライヤにバイポーラトランジスタを用いるのではなく、ＭＯＳトランジスタを用いる点を特徴とする。
　直列接続された複数の太陽電池セルにバイパスダイオード４０２を並列接続する。このバイパスダイオードによって仕切られた複数の太陽電池セルをクラスタ４０１と呼ぶ。組み立て工程においては、このクラスタ４０１を複数個直列に接続して、太陽電池モジュール４０３を形成する。この太陽電池モジュールを直列接続したものがストリング２０４であり、太陽電池アレイは、ストリング２０４とストリング２１４、ストリング２２４が並列接続されることによって形成される。
　マルチプライヤ４０５ａ、４１５ａ、４２５ａは、ストリング２０４、２１４、２２４にそれぞれ直列接続されている。マルチプライヤは、ｎ型ＭＯＳトランジスタのゲート－ソース間とゲート－ドレイン間に抵抗を挿入することによって構成される。ｎ型ＭＯＳトランジスタにはドレインからソースの方向を順方向として電流が流れるので、マルチプライヤ４０５ａ、４１５ａ、４２５ａは、逆流防止ダイオードの機能、つまり起電力が低下したストリングに対して、他のストリングから電流が逆流することによって電力損失が発生することを防止する機能を有する。制御システムの構成は、実施例１と同じである。
　図８は、図７に示したマルチプライヤによって生成される電圧を説明したものである。図８（ａ）に示すように、マルチプライヤ４０５ａの両端子を示すトランジスタのドレイン－ソース間電圧Ｖ４は、ＭＯＳトランジスタのゲート－ソース間電圧Ｖgs1に対して、ゲート－ドレイン間抵抗Ｒとゲート－ソース間抵抗Ｒ４を用いて（１＋（Ｒ／Ｒ４））の定数倍で表すことができる。ここで、ゲート－ソース間電圧Ｖgs１は、ストリング２０４に流れる電流をI1とすると以下の式（３）で表すことができる。
Vgs1  =  Vth  +  √｛２・（I1）/ β｝     ・・・    式(３)
ここで、各記号の意味は以下の通りである。
Ｉ1　：ストリング２０４を流れる電流
Vth　：ＭＯＳトランジスタの閾値
β　：ＭＯＳトランジスタの駆動能力
　同様に、マルチプライヤ４１５ａ、４２５ａの両端子を示すＭＯＳトランジスタのドレイン－ソース間電圧Ｖ５、Ｖ６は、それぞれ、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、トランジスタのゲート－ソース間電圧Ｖgs２、Ｖgs３に対して、ゲート－ソース間抵抗Ｒ５、Ｒ６とゲート－ドレイン間抵抗Ｒを用いて（１＋（Ｒ／Ｒ５））、（１＋（Ｒ／Ｒ６））の定数倍で表すことができる。
　ここで、ＭＯＳトランジスタの閾値Vth、ＭＯＳトランジスタの駆動能力βは一定値である。一方、ストリング２０４に流れる電流Ｉ1は多少変動するが、本実施例２も実施例１と同様に定数とみなして、ドレイン－ソース間電圧Ｖ４がゲート－ソース間電圧Ｖgs１の定数倍で表せることができるものとする。つまり、ドレイン－ソース間電圧Ｖ４は、ゲート－ソース間抵抗Ｒ４とゲート－ドレイン間抵抗Ｒの比率で決定されることになる。
　太陽電池アレイの動作電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子５０４の通流率によって決まり、各マルチプライヤの両端子を示すＭＯＳトランジスタのドレイン－ソース間電圧は、各マルチプライヤのゲート－ソース間抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６によって決定される。各太陽電池ストリングの動作電圧値は、太陽電池アレイの動作電圧値から各マルチプライヤのＭＯＳトランジスタのドレイン－ソース間電圧値を減算したものである。そのため、各ストリングの動作電圧は、各マルチプライヤ中のゲート－ソース間抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６によって決定される。つまり、ＭＰＰＴ制御部は、制御信号により太陽電池アレイの動作電圧を制御するとともに、太陽電池ストリングごとの動作電圧も制御する。これにより、例えば図１、図３に示した各ストリングの最大電力動作電圧１００ｖ、１０１ｖ、１１０ｖ、１１１ｖを設定することが可能となる。
　また、本実施例２も実施例１と同様に、従来のように各ストリング又は開放電圧が低いストリングにＤＣ／ＤＣコンバータ回路を設ける必要がなく、逆流防止ダイオードを設ける必要もない。そのため、安価に各ストリングの最大電力を取り出すことができる。
　Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の決定に関しては、太陽電池モジュール４０３が出荷される時に入手することが可能な検査仕様書を用いて決定することができる。具体的には、太陽電池モジュールの静特性（開放電圧、短絡電流、ＭＰＰ時の出力電流、出力電圧）に基づいて各ストリングの動作電圧を算出することによって、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の各値を決定することができる。また、実際に予めストリングの特性や動作を測定し、ストリング２０４、２１４、２２４の動作を相対比較することによっても決定できることは言うまでもない。
　なお、本実施例２では、マルチプライヤを構成するＭＯＳトランジスタとしてｎ型ＭＯＳトランジスタを例に説明したが、ｐ型ＭＯＳトランジスタでも同様に構成可能であることは言うまでもない。
　図９は、実施例３に係る太陽光発電システムを示す図である。本実施例では、マルチプライヤ４０５、４１５、４２５のコレクタ－エミッタ間電圧を計測する電圧センサ７０１、７０２、７０３を搭載し、計測された電圧情報に基づいて算出される太陽電池ストリングに流れる電流の変化が所定範囲を超えた場合に、ＭＰＰＴ制御部が太陽電池アレイの動作電圧を一定範囲変動させることを特徴とする。これにより、最大電力点でない局所解で動作することを避けて、電力損失を低減することが可能となる。
　図１０（ａ）に示すような太陽電池アレイ７０４に部分陰７０５が掛かった場合におけるストリングの動作電圧‐電流特性を図１０（ｂ）に示す。陰の掛かっていない場合、特性７０６のような特性になり、陰が掛かった場合、陰が掛かった部分のクラスタに接続されているバイパスダイオードがオンするので、特性７０７のような特性になる。クラスタが故障した場合においても、バイパスダイオードがオンするので、同様の特性になる。
　特性７０７となるようなストリングを太陽電池アレイが有した場合、太陽電池アレイ７０４の特性は、図１０（ｃ）の特性７０９に示すような複数の局所解を持つ特性になる。陰のない状態での太陽電池アレイ７０４の特性は、特性７０８に示すような特性であるため、バイパスダイオードがオンした瞬間、特性は急激に特性７０８から特性７０９に変化する。そのため、動作電圧はＶａあたりを維持し、最大電力点でない局所解で動作することになり、電力損失に繋がる。
　式（２）に示すように、マルチプライヤを構成するトランジスタのベース－エミッタ間電圧は、ストリングを流れる電流によって変化する。したがって、ストリングの電流特性が変化はマルチプライヤのコレクタ‐エミッタ間の電圧の変化となって現れる。また、実施例２で説明した太陽電池アレイの場合も、式（３）に示すように、ストリングの電流特性が変化はマルチプライヤのドレイン‐ソース間の電圧の変化となって現れる。
　そこで、電圧センサ７０１、７０２、７０３の電圧変動の組み合わせによって、どのストリングに陰が掛かったか、さらにその時の最適な動作電圧をある範囲で予測することが可能である。図１０（ｃ）に示すように、電圧センサ７０１、７０２、７０３の少なくとも何れかが、取得した電圧情報からストリング電流の急峻な変化を検知した場合、電流変化検知情報をＭＰＰＴ制御部へ出力する。ＭＰＰＴ制御部は、その電流変化検知情報に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ回路へ出力する制御信号を変動させて、太陽電池アレイの動作電圧範囲を一旦Ｖｂの範囲内に大きくシフトする。その後、再度、山登り法による最大電力点追従（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を実行する。この動作により、太陽電池アレイの動作点は局所解から抜け出し、最大電力点に近づいていくことが可能となり、電力損失を低減することが可能となる。
　図１１は、実施例４に係る太陽光発電システムを示す図である。図１１に示すように、太陽電池の一部４０１Ｘが故障した場合、ストリング２２４の特性は変化する。太陽電池の故障は、故障の状態によって、ストリングに流れる電流が低下するものやストリングにかかる電圧が低下するものに分類することができる。そこで、本実施例では、ストリングにかかる電圧又はストリングに流れる電流を検知し、検知した情報に基づいて、マルチプライヤのバイポーラトランジスタのベース‐エミッタ間の抵抗もしくは、ＭＯＳトランジスタのゲート‐ソース間の抵抗を可変にすることを特徴とする。これによって、太陽電池の一部４０１Ｘが故障することによって生じた電圧シフト分ほど動作点を移動させ、最大の出力を確保することが可能となる。
　図１２を用いて可変抵抗Ｒ１Ｘ、Ｒ２Ｘ、Ｒ３Ｘの具体的な制御方法について説明する。図１２（ａ）において、電圧センサ７０３は、マルチプライヤ４２５に掛かる電圧を検出する。その後、式(２)もしくは式（３）を用いてストリングに流れる電流を算出する。演算部１００１は、算出されたストリングに流れる電流情報に基づいて、電流が低下したか否かを判断する。演算部１００１は、抵抗Ｒ３Ｙ、Ｒ３Ｚそれぞれを切り替えた場合のマルチプライヤにかかる電圧変動量を予め保持しておき、ストリングに流れる電流の低下量に応じて、その切り替えを制御するための制御信号をスイッチＳＷ１、ＳＷ２に出力する。
　また、図１２（ｂ）において、電流センサ１００２は、ストリング２２４に流れる電流を検出する。演算部１００３は、検出されたストリングに流れる電流情報に基づいて、電流が低下したか否かを判断する。図１２（ａ）の場合と同様に、演算部１００３は、ストリングに流れる電流の低下量に応じて、その切り替えを制御するための制御信号をスイッチＳＷ１、ＳＷ２に出力する。
　また、図１２（ｃ）において、電圧センサ１００４は、ストリングにかかる電圧を検出する。演算部１００５は、検出されたストリングにかかる電圧情報に基づいて、ストリングの電圧が低下したか否かを判断する。演算部１００５は、抵抗Ｒ３Ｙ、Ｒ３Ｚそれぞれを切り替えた場合のマルチプライヤにかかる電圧変動量を予め保持しておき、ストリングにかかる電圧の低下量に応じて、その切り替えを制御するための制御信号をスイッチＳＷ１、ＳＷ２に出力する。
　このように、ストリングに流れる電流または電圧の低下量に応じた抵抗を選択することにより、マルチプライヤにおける電圧変位量が変化し、動作電圧をより出力が大きい方へシフトすることができる。そのため、太陽電池の一部が故障した場合であっても、故障により生じる電圧シフト分を補償し、太陽電池アレイの最大出力点を確保することができる。
　図１３は、実施例５に係る太陽光発電システムを示す図である。複数のストリングの一部が並列接続されたアレイそれぞれに、マルチプライヤが直列接続されていることを特徴とする。その他の構成は、実施例１と同様である。
　本実施例のように、マルチプライヤはストリングだけでなく、各アレイの動作電圧を制御する役割を担ってもよい。複数のストリングの一部であるストリングそれぞれの特性ばらつきが十分管理されたものである場合、図１３に示すように、ストリング２０４、２１４、２２４を並列接続してアレイ９０１を構成し、アレイ９０１にマルチプライヤ４０５を直列接続する。また、アレイ９０２についても同様にマルチプライヤ４１５を直列接続する。このように、マルチプライヤを、太陽電池アレイを構成する各アレイに搭載することで、各ストリングに搭載する場合に対して低コスト化を図ることができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であり、上述した各実施の形態を適宜組み合わせることが可能であることは、当業者に理解されよう。
１００ａ、１０１ａ、１１０ａ、１１１ａ：太陽電池ストリングの電流-電圧特性
１００ｂ、１０１ｂ、１１０ｂ、１１１ｂ：太陽電池ストリングの電力-電圧特性
２０４、２１４、２２４：太陽電池ストリング
４０１：クラスタ
４０２：バイパスダイオード
４０３：太陽電池モジュール
４０５、４１５、４２５：マルチプライヤ
５００：太陽電池アレイ
５０１：コイル
５０２：ダイオード
５０３：コンデンサ
５０４：スイッチング素子
５０５：出力電圧検出回路
５０６：出力電流検出回路
５０７、５０８：バッファ
５０９、５１０：ＡＤ変換器
５１１：ＭＰＰＴ制御部
５１２：レベルシフタ
５１３：制御システム
５１４：ＤＣ／ＤＣコンバータ回路

Claims (20)

  1. 　複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、上記複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、
    　上記太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
    　上記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して上記太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、
    　上記複数の太陽電池ストリングそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備え、
    　上記複数のマルチプライヤそれぞれはバイポーラトランジスタを有し、上記バイポーラトランジスタのベースとエミッタ間に第１の抵抗を有し、上記ベースとコレクタ間に第２の抵抗を有する太陽光発電システム。
  2. 　請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記制御信号は、上記太陽電池アレイの出力電力値が最大となる電圧値を追従するためのものであり、
    　上記太陽電池ストリングの動作電圧は、上記制御信号により決定される上記太陽電池アレイの動作電圧から上記コレクタと上記エミッタ間の電圧を減算したものである太陽光発電システム。
  3. 　請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記コレクタと上記エミッタ間の電圧は、上記ベースと上記エミッタ間の電圧の定数倍である太陽光発電システム。
  4. 　請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記コレクタと上記エミッタ間の電圧は、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の比率により決定される太陽光発電システム。
  5. 　請求項４に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の比率は、上記太陽電池ストリングごとに決定される太陽光発電システム。
  6. 　請求項２に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記コレクタとエミッタ間の電圧情報を取得する電圧センサを備え、
    　上記ＭＰＰＴ制御部は、上記電圧情報に基づいて算出される上記太陽電池ストリングに流れる電流の変化が所定の条件を満たす場合に、上記制御信号を変動させて上記太陽電池アレイの動作電圧を一定範囲変動させる太陽光発電システム。
  7. 　請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記太陽電池ストリングにかかる電圧情報を取得するセンサと、
    　上記電圧情報に基づいて上記第１の抵抗から第３の抵抗への切り替えを制御する演算部と、を備える太陽光発電システム。
  8. 　請求項１に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記太陽電池ストリングに流れる電流情報を取得するセンサと、
    　上記電流情報に基づいて上記第１の抵抗から第３の抵抗への切り替えを制御する演算部と、を備える太陽光発電システム。
  9. 　複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、上記複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、
    　上記太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
    　上記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して上記太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、
    　上記複数の太陽電池ストリングそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備え、
    　上記複数のマルチプライヤそれぞれはＭＯＳトランジスタを有し、上記ＭＯＳトランジスタのゲートとソース間に第１の抵抗を有し、上記ゲートとドレイン間に第２の抵抗を有する太陽光発電システム。
  10. 　請求項９に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記制御信号は、上記太陽電池アレイの出力電力値が最大となる電圧値を追従するためのものであり、
    　上記太陽電池ストリングの動作電圧は、上記制御信号により決定される上記太陽電池アレイの動作電圧から上記ドレインと上記ソース間の電圧を減算したものである太陽光発電システム。
  11. 　請求項９に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記ドレインと上記ソース間の電圧は、上記ゲートと上記ソース間の電圧の定数倍である太陽光発電システム。
  12. 　請求項９に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記ドレインと上記ソース間の電圧は、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の比率により決定される太陽光発電システム。
  13. 　請求項１２に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の比率は、上記太陽電池ストリングごとに決定される太陽光発電システム。
  14. 　請求項１０に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記ドレインとソース間の電圧情報を取得する電圧センサを備え、
    　上記ＭＰＰＴ制御部は、上記電圧情報に基づいて算出される上記太陽電池ストリングに流れる電流の変化が所定の条件を満たす場合に、上記制御信号を変動させて上記太陽電池アレイの動作電圧を一定範囲変動させる太陽光発電システム。
  15. 　請求項９に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記太陽電池ストリングにかかる電圧情報を取得するセンサと、
    　上記電圧情報に基づいて上記第１の抵抗から第３の抵抗への切り替えを制御する演算部と、を備える太陽光発電システム。
  16. 　請求項９に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記太陽電池ストリングに流れる電流情報を取得するセンサと、
    　上記電流情報に基づいて上記第１の抵抗から第３の抵抗への切り替えを制御する演算部と、を備える太陽光発電システム。
  17. 　複数の太陽電池モジュールを直列に接続した太陽電池ストリングを複数有し、上記複数の太陽電池ストリングを並列接続することによって構成される太陽電池アレイと、
    　上記太陽電池アレイに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
    　上記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に制御信号を出力して上記太陽電池アレイの動作電圧を制御するＭＰＰＴ制御部と、
    　上記複数の太陽電池ストリングの一部を並列接続したアレイそれぞれに直列に接続される複数のマルチプライヤと、を備え、
    　上記複数のマルチプライヤそれぞれはバイポーラトランジスタを有し、上記バイポーラトランジスタのベースとエミッタ間に第１の抵抗を有し、上記ベースとコレクタ間に第２の抵抗を有する太陽光発電システム。
  18. 　請求項１７に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記制御信号は、上記太陽電池アレイの出力電力値が最大となる電圧値を追従するためのものであり、
    　上記太陽電池ストリングの動作電圧は、上記制御信号により決定される上記太陽電池アレイの動作電圧から上記コレクタと上記エミッタ間の電圧を減算したものである太陽光発電システム。
  19. 　請求項１７に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記コレクタと上記エミッタ間の電圧は、上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の比率により決定される太陽光発電システム。
  20. 　請求項１９に記載の太陽光発電システムにおいて、
    　上記第１の抵抗と上記第２の抵抗の比率は、上記アレイごとに決定される太陽光発電システム。
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