WO2012157329A1 - 集電箱 - Google Patents

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安藤　隆史
船越　智英
宮内　拓
高田　元
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三洋電機株式会社
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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a current collection box that collectively outputs DC power supplied from a plurality of solar cells.
  • the booster circuit of the current collection box performs an MPPT operation (Maximum Power Point Tracking) that increases or decreases the step-up ratio between the input voltage and the output voltage of the booster circuit so that the output power of the solar cell is maximized.
  • MPPT operation Maximum Power Point Tracking
  • the ON duty of the switch element included in the booster circuit is adjusted (increase / decrease), and the switch element is periodically opened and closed to increase / decrease the boost ratio.
  • the solar cells connected to the first line operate at the maximum power point with the output voltage controlled so as to output the maximum power.
  • the output power (DC power) of the solar cell collected by the current collection box is input to the power conditioner at the subsequent stage.
  • the power conditioner converts the input DC power into AC power, performs MPPT operation so that the input power (solar cell generated power) is maximized, and superimposes the converted AC power on the commercial power system. To do.
  • MPPT operation control is performed so that the input power to the power conditioner is maximized, and the solar cell generates power at the maximum power point.
  • Patent Document 1 also provides a second booster circuit similar to the booster circuit of the first current collector box for all the lines of the current collector box so that the MPPT operation is performed in each booster circuit.
  • a current collector box has also been proposed.
  • the solar cell having the largest power at the maximum power point or the largest voltage at the maximum power point is not connected to the second line (a line not boosted) (for example, the output having the highest power).
  • a line not boosted for example, the output having the highest power.
  • the second current collection box all lines are provided with boosting circuits, and each performs MPPT operation, so that all solar cells can be used at the maximum power point.
  • the booster circuit provided in all lines to perform the MPPT operation, power loss is caused by the loss of the AC component of the reactor due to switching when the booster circuit is switched and the ON resistance when the switch element is closed. There was a problem that.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and a current collection box that can suppress power loss while operating all the solar cells connected to the current collection box near the maximum power point.
  • the purpose is to provide.
  • each of the power lines connected to a plurality of solar cells, and a booster circuit that boosts the output voltage of the solar cells obtained through the power lines and interposed in the power lines In a current collection box that collectively outputs the output of the power line, the booster circuit includes a series circuit of a reactor, a diode, and a capacitor that connect between the input and the output, and a switch element, and the input of each booster circuit. The operation of the switching element of the booster circuit with the highest voltage is stopped and the input power from the solar cell is output via the reactor, diode, and capacitor, and the other booster circuit periodically opens and closes the switch element to A step-up operation is performed.
  • the switch element of the booster circuit having the highest input voltage is opened to stop the boosting, and therefore the solar cell having the highest voltage at the maximum power point is always connected to a line that does not boost. Become. For this reason, all the solar cells can be operated at the maximum power point.
  • a line for outputting the input power from the solar cell by opening the switch element to stop the boosting is formed. Thereby, the loss of the AC component of the reactor due to switching and the loss of power due to the ON resistance of the switch element when the booster circuit is switched can be suppressed.
  • the non-insulated booster circuit includes a series circuit of a reactor, a diode, and a capacitor connected from the positive electrode side toward the negative electrode side, and the switch element includes the reactor and the diode Is connected to the negative electrode side, and the booster circuit obtains a boosted output from both ends of the capacitor.
  • the present invention it is possible to provide a current collection box capable of suppressing power loss while operating all the solar cells connected to the current collection box near the maximum power point.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a photovoltaic power generation system 100 according to the first embodiment.
  • the photovoltaic power generation system 100 includes solar cells 1a to 1d and a grid interconnection system 50.
  • the grid interconnection system 50 collectively supplies the power supplied from the solar cells 1a to 1d to the commercial power system 30.
  • the grid interconnection system 50 includes a current collection box 4 and a power conditioner 2.
  • the current collecting box 4 includes lines La to Ld connected to the plurality of solar cells 1a to 1d, and outputs of the solar cells 1a to 1d obtained through the lines La to Ld, respectively.
  • Boosting circuits 40a to 40d for boosting the voltage are provided.
  • Each of the booster circuits 40a to 40d includes booster main circuits 41a to 41d that boost the output voltage of each of the solar cells 1a to 1d.
  • Each of the booster circuits 40a to 40d includes boost control circuits 42a to 42d that control the boost operation of the booster main circuits 41a to 41d.
  • the output sides of the booster main circuits 41a to 41d are connected in a single manner in the current collection box 4.
  • the current collecting box 4 collects the electric power (the electric power output from the lines La to Ld) boosted and output by these boosting main circuits 41 a to 41 d into a single unit, and outputs the combined DC power to the power conditioner 2. .
  • components having the same configuration are denoted by the same numerical symbol (1 for solar cells), and components having a connection relationship with each other are denoted by the same alphabetic symbol (solar).
  • the battery 1 and the booster circuit 41 are connected to each other by the reference numerals of the solar battery 1a and the booster circuit 41a).
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the booster circuit of the current collection box of the first embodiment.
  • the step-up main circuit 41 includes a pair of terminals (a positive terminal 88 and a negative terminal 89), a reactor 81, a switching element 82 such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor), a diode 83, and a capacitor 84. It is composed of a so-called non-insulated booster circuit that does not use a transformer. Reactor 81, diode 83, and capacitor 84 form a series circuit connected in series in this order from positive terminal 88 (positive side of solar cell) to negative terminal 89 (negative side of solar cell). .
  • the switch element 82 connects the connection point between the reactor 81 and the diode 83 to the negative electrode side terminal 89.
  • the step-up circuit 40 performs a step-up operation for obtaining step-up output from both ends of the capacitor with a predetermined step-up ratio by periodically opening and closing the switch element 82.
  • the step-up main circuit 41 has a current sensor 85 that detects an input current, a voltage sensor 86 that detects an input voltage, and a voltage sensor 87 that detects an output voltage. Based on the information obtained from these sensors, the boost control circuit 42 performs the MPPT operation so that the output power of the solar cell 1 is maximized.
  • the boost control circuit 42 obtains and monitors input power from the input current and input voltage to the boost main circuit 41. At this time, if the input power is larger than the previously detected input power, set the ON duty to the same value as the previous adjustment (larger if the ON duty is increased, smaller if the ON duty is decreased). The switch element 82 is periodically opened and closed at the set ON duty. Also, if the input power is larger than the previously detected input power, set the ON duty to the opposite of the previous adjustment (smaller if the ON duty is larger, larger if it is smaller). The switch element 82 is periodically opened and closed at the set ON duty. In this way, the booster circuit 41 performs the MPPT operation by periodically opening and closing the switch element and operating at a predetermined boost ratio.
  • each of the boost control circuits 42a to 42d has a communication function and is connected to each other by a communication line LC.
  • the boost control circuit 42 receives information such as the input voltage and input power of the other boost control circuit 42 and controls the start / stop of the MPPT operation by the boost main circuit 41 based on the received information (for details) Will be described later).
  • the inverter circuit 23 is configured by connecting in parallel a first arm in which switch elements 51 and 52 are connected in series and a second arm in which switch elements 53 and 54 are connected in series.
  • semiconductor switch elements such as IGBTs may be used.
  • the inverter circuit 23 periodically opens and closes the switch elements 51 to 54 according to PWM (Pulse Width Modulation) control of the power control circuit 22.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the inverter circuit 23 converts the DC power output from the booster circuit 21 into three-phase AC power by opening and closing the switch elements 51 to 54.
  • a filter circuit (low-pass filter) including reactors 61 and 62 and a capacitor 63 is provided at the subsequent stage of the inverter circuit 23, and a high frequency due to the switching operation of the switch elements 51 to 54 is removed.
  • the inverter circuit 23 includes a current sensor 91 that detects an output current of the inverter circuit 23 and a voltage sensor 92 that detects an output voltage of the inverter circuit 23.
  • the power control circuit 22 uses the current values and voltage values detected from the voltage sensors 86 and 87 and the current sensor 85 included in the boost main circuit 21 and the voltage sensor 92 and current sensor 91 included in the inverter circuit 23.
  • the booster main circuit 21 and the inverter circuit 23 are controlled.
  • the power conditioner 2 converts the DC power output from the current collection box 4 into AC power, and the input power to the power conditioner 2 (DC power output from the current collection box 4) is maximized.
  • An MPPT operation is performed, and the converted AC power is superimposed on the commercial power system 30.
  • the MPPT operation of the inverter 2 is performed as follows as an example.
  • the input power Ppin (product of the input current Ipin and the input voltage Vpin) supplied to the booster main circuit 21 is substantially equal to the output power Ppo superimposed on the commercial power system 30 when the conversion efficiency of the power conditioner 2 is 100%.
  • the conversion efficiency is treated as 100%. However, when this conversion efficiency is taken into consideration, it is preferable to multiply by an appropriate constant). Since the power generation output of the solar cell 1 is supplied to the power conditioner 2 through the current collection box 4 and becomes the input power Ppin, the value of the input power Ppin also changes when the power generation amount of the solar cell 1 fluctuates.
  • the input power Ppin and the output power Ppo of the power conditioner 2 are substantially the same, if the voltage of the commercial power system 30 is constant (for example, AC 200 V in the single-phase three-wire system), the input power Ppin is the power. This can be obtained by detecting the output current Ipo that the conditioner 2 supplies to the commercial power system 30. Therefore, by changing the value of the output current Ipo, the output power Ppo value can be made equal to the current generated power of the solar cell 1.
  • the inverter circuit 23 outputs ON / OFF control of the switching elements 51 to 54 with a switching signal based on a PWM method obtained by modulating a carrier wave and a sinusoidal modulated wave, and outputs a single-phase pseudo sine wave.
  • the output current Ipo can be controlled by changing this voltage by changing the boost ratio of the booster circuit 21. Therefore, the current maximum value of the generated power of the solar cell 1 may be controlled to the target value It that maximizes the input power Ppin when the target value It of the output current Ipo is changed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the booster circuit 40.
  • the voltage sensor 86 detects the input voltage V to the booster circuit 40 (step S11).
  • the booster circuit 40 communicates with another booster circuit 40 using the communication function, and receives the input voltage Vn of the other booster circuit 40 (step S12).
  • the detected input voltage V and the highest voltage Vmax among the received input voltages Vn are specified (step S13).
  • the booster circuit 40 calculates a difference (Vmax ⁇ V) between the highest voltage Vmax and the detected input voltage V, and the difference (Vmax ⁇ V) is a voltage threshold Vth (Vth ⁇ Vth ⁇ Vth ⁇ V). 0) It is determined whether or not (step S14). If the difference (Vmax ⁇ V) is equal to or less than the voltage threshold Vth (about 10 V) as a result of this determination, the booster circuit 40 opens the switch element 82 to stop the boosting and input power (DC) from the solar cell 1. (Electric power) is output almost directly through the reactor, diode, and capacitor (step S15). ). If the difference (Vmax ⁇ V) is not less than or equal to the voltage threshold Vth by this determination, the booster circuit 40 performs the MPPT operation described above to operate the solar cell 1 at the maximum power point (step S16).
  • the solar cell 1 connected to the booster circuit 40 that stops the operation operates almost at the maximum power point because the solar cell 1 having the highest maximum power point voltage is close to the maximum power point voltage. To do.
  • the booster circuit 40 controls the start / stop of the MPPT operation based on the input voltage detected by the voltage sensor 86 and the received input voltage of the other booster circuit 40.
  • the booster circuit 40 controls the start / stop of the MPPT operation based on the input power detected by the voltage sensor 86 and the current sensor 85 and the received input power of the other booster circuit 40. Judging.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the booster circuit 40 of the current collection box 4 in the second embodiment.
  • the booster circuit 40 detects the input voltage V and the input current I to the booster circuit 40 and calculates the input power P (step S21). Then, the booster circuit 40 communicates with another booster circuit 40 using the communication function, and receives the input power Pn of the other booster circuit 40 (step S22). Next, the detected input power P and the highest power Pmax among the received input power Pn are specified (step S23).
  • the booster circuit 40 calculates a difference (Pmax ⁇ P) between the highest power Pmax and the detected input power P, and the difference (Pmax ⁇ P) is the power threshold Pth (Vth ⁇ 0) It is determined whether or not it is equal to or less (step S24). If the difference (Pmax ⁇ P) is less than or equal to the power threshold Pth by this determination, the booster circuit 40 opens the switch element 82 to stop the boosting, and the input power from the solar cell 1 (DC power) is converted into the reactor. Then, it is output as it is through the diode and the capacitor (step S25). If the difference (Pmax ⁇ P) is not less than or equal to the power threshold Pth by this determination, the booster circuit 40 performs the MPPT operation described above to operate the solar cell 1 at the maximum power point (step S26).
  • step S14 the switch element 82 of the booster circuit 40 whose difference (Pmax ⁇ P) is equal to or less than the power threshold Pth is also opened to stop boosting.
  • movement of the booster circuit 40 connected to the solar cell 1 with the largest electric power of the maximum power point and the solar cell 1 with the largest electric power of the maximum power point can also be stopped, and the loss of electric power can be suppressed more.
  • the solar cell 1 connected to the booster circuit 40 that stops the operation operates almost at the maximum power point because the solar cell 1 having the largest power at the maximum power point is close to the power at the maximum power point. To do.
  • the MPPT operation start determination is performed based on the input power to the booster circuits 40a to 40d, the output voltages of the booster circuit 40 that are stopped at the same time are the same, and there is a difference between the input voltages of these booster circuits 40. Even when it is difficult to follow, it is possible to accurately determine the start of the MPPT operation.
  • the start / stop of the MPPT operation is determined based on the input voltage to the booster circuits 40a to 40d as in the first embodiment, before the power conditioner 2 starts the operation (in the booster main circuit 41). Whether or not the booster circuit 40 is to be subjected to the MPPT operation after the operation of the power conditioner 2 can be determined in advance before the current flows.
  • the booster circuit 40 when the booster circuit 40 is operated after the operation of the power conditioner 2, a predetermined time until the MPPT operation is stabilized (or the power change amount of the booster circuit 40 performing the MPPT operation is a predetermined amount). Until it becomes smaller), the operation is not changed (the booster circuit 40 performing the MPPT operation performs the MPPT operation and the stopped booster circuit 40 is stopped). Then, the operation of the booster circuit 40 is changed (from the MPPT operation to the stop or from the stop to the MPPT operation in an unstable state in which the input voltage of the booster circuits 40a to 40d changes greatly when the MPPT operation is first started. Change to). Thereby, the booster circuit 40 can be operated stably.
  • whether the difference between the input voltage (input power) of the booster circuit having the largest input voltage (input power) and this voltage (power) is within a predetermined voltage value (within a predetermined power value). Whether or not is determined by the difference of Vmax ⁇ V (difference of Pmax ⁇ P), it may be determined by a ratio such as V / Vmax (P / Pmax).
  • the booster circuit 40 of the current collection box 4 of the present embodiment performs the MPPT operation as the boosting operation, but the fluctuation of the input power of the booster circuit 40 due to the MPPT operation is smaller than a predetermined amount (maximum power In the case where it can be determined that the device is operating near a point), the step-up ratio constant operation may be performed in which the switch element 82 is periodically opened and closed while the ON duty is fixed, and the operation is performed at a fixed step-up ratio. .

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Abstract

複数の太陽電池（１ａ～１ｄ）に夫々接続されるライン（Ｌａ～Ｌｄ）、及びライン（Ｌａ～Ｌｄ）に夫々介在しライン（Ｌａ～Ｌｄ）を介して得られる太陽電池（１ａ～１ｄ）の出力電圧を昇圧する昇圧回路（４０ａ～４０ｄ）を有し、夫々のライン（Ｌａ～Ｌｄ）の出力をまとめて出力する集電箱（４）において、昇圧回路（４０ａ～４０ｄ）を、スイッチ素子を有する非絶縁型の昇圧回路で構成し、夫々の昇圧回路（４０ａ～４０ｄ）のうち入力電圧が最も大きい昇圧回路は昇圧動作を停止して太陽電池からの入力電力をほぼそのまま出力し、他の昇圧回路は、スイッチ素子を周期的に開閉させて所定の昇圧動作をする。

Description

[規則26に基づく補充 09.04.2012]　集電箱
　本発明は、複数の太陽電池から供給される直流電力をまとめて出力する集電箱に関する。
　従来より、太陽電池の出力を、昇圧回路を介して昇圧して供給する第１ラインと、太陽電池の出力を直接供給する第２ラインとを有し、これらの両ラインを介して得られる太陽電池の出力をまとめて出力する第１の集電箱が提案されている（特許文献１）。
国際公開第２００６／０３３１４２号
　集電箱の昇圧回路は、太陽電池の出力電力が最大になるように昇圧回路の入力電圧と出力電圧との昇圧比を増減させるＭＰＰＴ動作（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ）を行う。このＭＰＰＴ動作は、昇圧回路の有するスイッチ素子のＯＮデューティを調整（増減）して、スイッチ素子を周期的に開閉させて昇圧比の増減を行う。このＭＰＰＴ動作を行うことにより、第１ラインに接続される太陽電池は、最大電力を出力するように出力電圧が制御され最大電力点にて動作する。
　また、集電箱により集電された太陽電池の出力電力（直流電力）は、後段のパワーコンディショナに入力される。そして、パワーコンディショナは、入力された直流電力を交流電力に変換すると共に、入力電力（太陽電池の発電電力）が最大になるようにＭＰＰＴ動作を行い、変換した交流電力を商用電力系統へ重畳する。このＭＰＰＴ動作により、パワーコンディショナへの入力電力が最大になるように制御され最大電力点にて太陽電池が発電する。
　また、特許文献１には、集電箱の全てのラインに対して、第１の集電箱の昇圧回路と同様の昇圧回路を設けて、夫々の昇圧回路においてＭＰＰＴ動作を行わせる第２の集電箱も提案されている。
　しかしながら、第１の集電箱においては、最大電力点の電力が最も大きい、或いは最大電力点の電圧が最も大きい太陽電池が第２ライン（昇圧しないライン）に接続されない（例えば、出力の一番大きい太陽電池を誤って第１ラインに接続してしまった場合（誤配線）、日射量の変化によって各々の太陽電池の最大電力点が変化した場合など）と、第１ラインに接続される太陽電池は、第２ラインに接続される太陽電池の最大電力点より出力電圧を大きくすることができず、全ての太陽電池を最大電力点で動作することができなくなるという問題があった。
　これに対して、第２の集電箱では、すべてのラインに昇圧回路が備えられ、夫々がＭＰＰＴ動作を行うため、全ての太陽電池を最大電力点で利用することができる。しかしながら、全てのラインに備えられる昇圧回路にＭＰＰＴ動作を行わせるため、昇圧回路がスイッチング作動した際のスイッチングによるリアクタの交流分損失や、スイッチ素子を閉じた際のＯＮ抵抗により電力をロスしてしまうという問題があった。
　本発明は上述の問題に鑑みて成された発明であり、集電箱へ接続される全ての太陽電池を最大電力点付近で動作させつつも、電力のロスを抑制することができる集電箱を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、複数の太陽電池に夫々接続される電力ライン、及び電力ラインに夫々介在し電力ラインを介して得られる太陽電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路を有し、夫々の電力ラインの出力をまとめて出力する集電箱において、昇圧回路を、入力と出力間を繋ぐリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路とスイッチ素子とを有して構成し、夫々の昇圧回路のうち入力電圧が最も大きい昇圧回路のスイッチング素子の動作を停止して太陽電池からの入力電力をリアクタ、ダイオード、コンデンサを介して出力し、他の昇圧回路は、スイッチ素子を周期的に開閉させて所定の昇圧動作を行うことすることを特徴とする。
　本発明の集電箱によれば、入力電圧が最も大きい昇圧回路のスイッチ素子を開いて昇圧を停止するため、最大電力点の電圧が最も大きい太陽電池が昇圧しないラインに常に接続されることになる。このため、全ての太陽電池を最大電力点で動作することができる。また、スイッチ素子を開いて昇圧を停止し、太陽電池からの入力電力を出力するラインができる。これにより、この昇圧回路がスイッチング作動した際のスイッチングによるリアクタの交流分損失やスイッチ素子のＯＮ抵抗による電力のロスを抑制することができる。
　また、昇圧回路は、リアクトル、ダイオード、コンデンサの直列回路を正極側から負極側に向かって接続し、スイッチ素子は、リアクトルと前記ダイオードとの接続点を負極側に接続し、前記昇圧回路は、前記コンデンサの両端から昇圧出力得ることがきるものである。
　また、上述の集電箱において、前記非絶縁型の昇圧回路は、正極側から負極側に向かって接続されるリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路を備え、前記スイッチ素子は、前記リアクタと前記ダイオードとの接続点を負極側に接続し、前記の昇圧回路は、前記コンデンサの両端から昇圧出力得ることを特徴とする。
　本発明によれば、集電箱へ接続される全ての太陽電池を最大電力点付近で動作させつつも、電力のロスを抑制することができる集電箱を提供することができる。
第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。 第１の実施形態の集電箱の昇圧回路の回路図である。 第１の実施形態のパワーコンディショナの回路図である。 第１の実施形態における、集電箱の昇圧回路の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態における、集電箱の昇圧回路の動作を示すフローチャートである。
（第１の実施形態）
　以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は第１の実施形態に係る太陽光発電システム１００を示す構成図である。この図に示すように太陽光発電システム１００は、太陽電池１ａ～１ｄ、及び系統連系システム５０を備える。また、系統連系システム５０は、太陽電池１ａ～１ｄの供給する電力をまとめて商用電力系統３０へ供給する。
　太陽電池１ａ～１ｄは、夫々、太陽電池のセルを直列に接続して構成される。各太陽電池１ａ～１ｄのセルの枚数は、太陽電池１ａ～１ｄを設置する面積等によって変わるため、太陽電池１ａ～１ｄによって枚数が異なる。
　系統連系システム５０は、集電箱４、及びパワーコンディショナ２を備える。
　集電箱４は、複数の太陽電池１ａ～１ｄに夫々接続されるラインＬａ～Ｌｄ、及びこのラインＬａ～Ｌｄに夫々介在しこのラインＬａ～Ｌｄを介して得られる太陽電池１ａ～１ｄの出力電圧を昇圧する昇圧回路４０ａ～４０ｄを有する。夫々の昇圧回路４０ａ～４０ｄは、夫々の太陽電池１ａ～１ｄの出力電圧を昇圧する昇圧主回路４１ａ～４１ｄを有する。また、夫々の昇圧回路４０ａ～４０ｄは、昇圧主回路４１ａ～４１ｄの昇圧動作の制御を行う昇圧制御回路４２ａ～４２ｄを有している。また、昇圧主回路４１ａ～４１ｄの出力側は、集電箱４内において単一に接続されている。集電箱４は、これらの昇圧主回路４１ａ～４１ｄが昇圧して出力する電力（ラインＬａ～Ｌｄの出力する電力）を単一にまとめ、このまとめた直流電力をパワーコンディショナ２へ出力する。
　第１の実施形態では、同様の構成のものには同じ数字の符号（太陽電池であれば１）を、各構成同士で接続関係を有するものには同じ英字の符号を付している（太陽電池１と昇圧回路４１とで接続関係にあるものを、夫々太陽電池１ａと昇圧回路４１ａと符号を付している）。
　同様の構成において、同じ動作を行う場合、同じ説明を行うと冗長になるため、以後、同様の構成において、共通の動作を説明する場合は、末尾の符号のａ、ｂ、ｃ、ｄを省いて説明する場合がある。
　図２に第１の実施形態の集電箱の昇圧回路の回路図を示す。昇圧主回路４１には、一対の端子（正極側端子８８、負極側端子８９）、リアクトル８１、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチ素子８２、ダイオード８３、及びコンデンサ８４を有し、絶縁トランスを用いない、所謂、非絶縁型の昇圧回路で構成される。リアクトル８１、ダイオード８３、コンデンサ８４は、正極側端子８８（太陽電池の正極側）から負極側端子８９（太陽電池の負極側）に向かってこの順に直列に接続される直列回路を成している。また、スイッチ素子８２は、リアクトル８１とダイオード８３との接続点を負極側端子８９に接続する。
昇圧回路４０は、スイッチ素子８２を周期的に開閉することで、所定の昇圧比によりコンデンサの両端から昇圧出力を得る昇圧動作を行う。
　昇圧主回路４１は、入力電流を検出する電流センサ８５、入力電圧を検出する電圧センサ８６、及び出力電圧を検出する電圧センサ８７を有している。昇圧制御回路４２は、これらのセンサから得られる情報に基づいて、太陽電池１の出力電力が最大になるようにＭＰＰＴ動作を行う。
　具体的には、昇圧制御回路４２は、昇圧主回路４１への入力電流及び入力電圧から入力電力を求めて監視する。このとき、入力電力が前回検出した入力電力と比較して大きくなれば、ＯＮデューティを前回調整した方と同じ方（ＯＮデューティを大きくしていれば大きく、小さくしていれば小さく）に設定し、設定したＯＮデューティにてスイッチ素子８２を周期的に開閉させる。また、入力電力が前回検出した入力電力と比較して大きくなれば、ＯＮデューティを前回調整した方と反対の方（ＯＮデューティを大きくしていれば小さく、小さくしていれば大きく）に設定し、設定したＯＮデューティにてスイッチ素子８２を周期的に開閉させる。このようにすることで、昇圧回路４１は、スイッチ素子を周期的に開閉させて所定の昇圧比により動作してＭＰＰＴ動作を行う。
　また、夫々の昇圧制御回路４２ａ～４２ｄは、通信機能を有しており、互いに通信線ＬＣにより接続されている。そして、昇圧制御回路４２は、他の昇圧制御回路４２の入力電圧、入力電力などの情報を受信し、受信した情報に基づいて昇圧主回路４１によるＭＰＰＴ動作の開始／停止を制御する（詳細は後述する）。
　パワーコンディショナ２は、集電箱４の出力する直流電力を昇圧する昇圧主回路２１と、昇圧主回路２１が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路２３と、昇圧主回路２１及びインバータ回路２３の動作の制御を行うパワコン制御回路２２とを備えている。
　図３に第１の実施形態のパワーコンディショナの回路図を示す。昇圧主回路２１は、リアクトル７１、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）のようなスイッチ素子７２、ダイオード７３、及びコンデンサ７４を有する、集電箱４の昇圧主回路４１と同様の昇圧主回路を用いる。このため、昇圧主回路２１については、ここでは説明を省略する。昇圧主回路２１は、集電箱４の昇圧主回路４１同様の回路構成を用いているが、パワコン制御回路２２により別の制御が行われる。
　インバータ回路２３は、スイッチ素子５１、５２を直列接続した第１アームと、スイッチ素子５３、５４を直列接続した第２アームとを夫々並列に接続して構成される。スイッチ素子５１～５４には、ＩＧＢＴのような半導体のスイッチ素子を用いると良い。インバータ回路２３は、パワコン制御回路２２のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御にしたがって各スイッチ素子５１～５４を周期的に開閉する。インバータ回路２３は、このスイッチ素子５１～５４の開閉により、昇圧回路２１から出力される直流電力を三相交流電力に変換する。また、インバータ回路２３の後段には、リアクトル６１、６２、及びコンデンサ６３からなるフィルタ回路（ローパスフィルタ）が設けられており、スイッチ素子５１～５４の開閉動作による高周波を除去している。
　また、インバータ回路２３は、インバータ回路２３の出力電流を検出する電流センサ９１と、インバータ回路２３の出力電圧を検出する電圧センサ９２とを有している。そして、パワコン制御回路２２は、昇圧主回路２１の有する電圧センサ８６、８７、及び電流センサ８５、並びにインバータ回路２３の有する電圧センサ９２、電流センサ９１から検出される電流値や電圧値を用いて、昇圧主回路２１とインバータ回路２３を制御する。これによりパワーコンディショナ２は、集電箱４の出力する直流電力を交流電力に変換すると共に、パワーコンディショナ２への入力電力（集電箱４の出力する直流電力）が最大になるようにＭＰＰＴ動作を行い、変換した交流電力を商用電力系統３０へ重畳する。
　パワーコンディショナ２のＭＰＰＴ動作は一例として次のように行われる。昇圧主回路２１に供給される入力電力Ｐｐｉｎ（入力電流Ｉｐｉｎと入力電圧Ｖｐｉｎとの積）は、パワーコンディショナ２の変換効率を１００％とすると商用電力系統３０へ重畳される出力電力Ｐｐｏと実質的に等しくなる。（以下、変換効率は１００％として取り扱うが、この変換効率を考慮する場合は適当な定数を掛けて用いると良い）。太陽電池１の発電出力は集電箱４を経てパワーコンディショナ２に供給され入力電力Ｐｐｉｎとなっているので、太陽電池１の発電量が変動するとこの入力電力Ｐｐｉｎの値も変化する。また、パワーコンディショナ２の入力電力Ｐｐｉｎと出力電力Ｐｐｏとは実質的に同じであるので、商用電力系統３０の電圧が一定（例えば単相３線式ではＡＣ２００Ｖ）であれば入力電力Ｐｐｉｎはパワーコンディショナ２が商用電力系統３０へ供給する出力電流Ｉｐｏを検出すれば求めることができる。従って出力電流Ｉｐｏの値を変えることによって出力電力Ｐｐｏ値を太陽電池１の現在の発電電力に等しくすることができる。
　インバータ回路２３は搬送波と正弦波状の変調波とを変調して得られるＰＷＭ方式に基づくスイッチング信号でスイッチング素子５１～５４をＯＮ／ＯＦＦ制御して単相の疑似正弦波を出力する。この時この疑似正弦波の振幅は昇圧回路２１から出力される電圧に比例するので、出力電流Ｉｐｏは昇圧回路２１の昇圧比を変えることによってこの電圧を変えて制御することができる。従って、この現在の太陽電池１の発電電力の最大値は出力電流Ｉｐｏの目標値Ｉｔを変えた際に入力電力Ｐｐｉｎが最大になる目標値Ｉｔに出力電流Ｉｐｏを制御すればよい。
　昇圧主回路２１は電流差ｄＩｐ（＝電流Ｉｐｏ－目標値Ｉｔ）に基づいてスイッチング素子８２のＯＮデューティを制御する。電流差ｄＩｐが正であればＯＮデューティの値を小さくし、負であればＯＮデューティの値を大きくする。尚、この際のゲインは適に設定する。
（集電箱の昇圧回路の動作）
　次に、第１の実施形態の集電箱４の昇圧回路４０の動作について説明する。昇圧回路４０は、電圧センサ８６により検出した入力電圧と、受信した他の昇圧回路４０の入力電圧に基づいて、ＭＰＰＴ動作の開始／停止を制御する。図４は、昇圧回路４０の動作を示すフローチャートである。昇圧回路４０は、動作を開始すると、昇圧回路４０への入力電圧Ｖを電圧センサ８６により検出する（ステップＳ１１）。そして、昇圧回路４０は、通信機能を利用して他の昇圧回路４０と通信し、他の昇圧回路４０の入力電圧Ｖｎを受信する（ステップＳ１２）。次に、検出した入力電圧Ｖと、受信した入力電圧Ｖｎの中で最も高い電圧Ｖｍａｘを特定する（ステップＳ１３）。
　最も高い電圧Ｖｍａｘの特定が終わると、昇圧回路４０は、最も高い電圧Ｖｍａｘと検出した入力電圧Ｖとの差分（Ｖｍａｘ－Ｖ）を演算し、差分（Ｖｍａｘ－Ｖ）が電圧閾値Ｖｔｈ（Ｖｔｈ≧０）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定により、差分（Ｖｍａｘ－Ｖ）が電圧閾値Ｖｔｈ（約１０Ｖ程度）以下である場合は、昇圧回路４０は、スイッチ素子８２を開いて昇圧を停止して太陽電池１からの入力電力（直流電力）をリアクタ、ダイオード、コンデンサを介してほぼそのまま出力する（ステップＳ１５
）。また、この判定により、差分（Ｖｍａｘ－Ｖ）が電圧閾値Ｖｔｈ以下でない場合は、昇圧回路４０は、上述したＭＰＰＴ動作を行い、太陽電池１を最大電力点で動作させる（ステップＳ１６）。
　このように、図４のフローチャートを夫々の昇圧回路４０ａ～４０ｄが実行することで、入力電圧が最も大きい昇圧回路（Ｖｍａｘ－Ｖ＝０の昇圧回路）のスイッチ素子８２を開いて昇圧を停止するため、最大電力点の電圧が最も大きい太陽電池１が昇圧を行わないラインに常に接続されることになる。このため、全ての太陽電池１ａ～１ｄを最大電力点付近で動作することができる。また、スイッチ素子８２を開いて昇圧を停止し、太陽電池１からの入力電力を出力するラインＬができる。これにより、この昇圧回路４０がスイッチング作動した際のスイッチングによるリアクタの交流分損失やスイッチ素子８２のＯＮ抵抗による電力のロスを抑制することができる。
　また、ステップＳ１４により、差分（Ｖｍａｘ－Ｖ）が電圧閾値Ｖｔｈ（約１０Ｖ程度）以下である昇圧回路４０のスイッチ素子８２も開いて昇圧を停止する。このため、入力電圧が最も大きい昇圧回路（Ｖｍａｘ－Ｖ＝０の昇圧回路）の入力電圧とこの電圧との差が所定電圧値以内（約１０Ｖ以内）の入力電圧を有している昇圧回路は、スイッチ素子８２を開いて昇圧動作を停止して前記太陽電池からの入力電力をほぼそのまま出力する。これにより、最大電力点の電圧が最も大きい太陽電池１と最大電力点の電圧が近い太陽電池１に接続される昇圧回路４０の動作も停止してより電力のロスを抑制することができる。
　尚、この際に、動作を停止する昇圧回路４０に接続される太陽電池１は、最大電力点の電圧が最も大きい太陽電池１と最大電力点の電圧が近いため、ほぼ最大電力点にて動作する。
（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、昇圧回路４０は、電圧センサ８６により検出した入力電圧と、受信した他の昇圧回路４０の入力電圧に基づいて、ＭＰＰＴ動作の開始／停止を制御していたが、第２の実施形態では、昇圧回路４０は、電圧センサ８６及び電流センサ８５により検出した入力電力と、受信した他の昇圧回路４０の入力電力に基づいて、ＭＰＰＴ動作の開始／停止を制御する昇圧回路を判断する。
　図５は、第２の実施形態における、集電箱４の昇圧回路４０の動作を示すフローチャートである。昇圧回路４０は、動作を開始すると、昇圧回路４０への入力電圧Ｖと入力電流Ｉを検出すし、入力電力Ｐを演算する（ステップＳ２１）。そして、昇圧回路４０は、通信機能を利用して他の昇圧回路４０と通信し、他の昇圧回路４０の入力電力Ｐｎを受信する（ステップＳ２２）。次に、検出した入力電力Ｐと、受信した入力電力Ｐｎの中で最も高い電力Ｐｍａｘを特定する（ステップＳ２３）。
　最も高い電力Ｐｍａｘの特定が終わると、昇圧回路４０は、最も高い電力Ｐｍａｘと検出した入力電力Ｐとの差分（Ｐｍａｘ－Ｐ）を演算し、差分（Ｐｍａｘ－Ｐ）が電力閾値Ｐｔｈ（Ｖｔｈ≧０）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。この判定により、差分（Ｐｍａｘ－Ｐ）が電力閾値Ｐｔｈ以下である場合は、昇圧回路４０は、スイッチ素子８２を開いて昇圧を停止して太陽電池１からの入力電力を（直流電力）をリアクタ、ダイオード、コンデンサを介してほぼそのまま出力する（ステップＳ２５）。また、この判定により、差分（Ｐｍａｘ－Ｐ）が電力閾値Ｐｔｈ以下でない場合は、昇圧回路４０は、上述したＭＰＰＴ動作を行い、太陽電池１を最大電力点で動作させる（ステップＳ２６）。
　このように、図５のフローチャートを夫々の昇圧回路４０ａ～４０ｄが実行することで、入力電力が最も大きい昇圧回路（Ｐｍａｘ－Ｐ＝０の昇圧回路）のスイッチ素子８２を開いて昇圧を停止するため、最大電力点の電力が最も大きい太陽電池１が昇圧を行わないラインに常に接続されることになる。このため、全ての太陽電池１ａ～１ｄを最大電力点付近で動作することができる。また、スイッチ素子８２を開いて昇圧を停止し、太陽電池１からの入力電力を出力するラインＬができる。これにより、この昇圧回路４０がスイッチング作動した際のスイッチングによるリアクタの交流分損失やスイッチ素子８２のＯＮ抵抗による電力のロスを抑制することができる。
　また、ステップＳ１４により、差分（Ｐｍａｘ－Ｐ）が電力閾値Ｐｔｈ以下である昇圧回路４０のスイッチ素子８２も開いて昇圧を停止する。このため、入力電力が最も大きい昇圧回路（Ｐｍａｘ－Ｐ＝０の昇圧回路）の入力電力とこの電力との差が所定電力値以内の入力電力を有している昇圧回路は、スイッチ素子８２を開いて昇圧動作を停止して前記太陽電池からの入力電力をほぼそのまま出力する。これにより、最大電力点の電力が最も大きい太陽電池１と最大電力点の電力が近い太陽電池１に接続される昇圧回路４０の動作も停止してより電力のロスを抑制することができる。
　尚、この際に、動作を停止する昇圧回路４０に接続される太陽電池１は、最大電力点の電力が最も大きい太陽電池１と最大電力点の電力が近いため、ほぼ最大電力点にて動作する。
　また、昇圧回路４０ａ～４０ｄへの入力電力によりＭＰＰＴ動作開始の判定を行っているため、同時に停止している昇圧回路４０の出力電圧が同じになり、これらの昇圧回路４０の入力電圧に差がつきづらい場合でも、ＭＰＰＴ動作開始の判定を精度良く行うことができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、以上の説明は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
　例えば、第１の実施形態のように、昇圧回路４０ａ～４０ｄへの入力電圧によりＭＰＰＴ動作の開始／停止の判定を行う場合は、パワーコンディショナ２が動作を開始する前（昇圧主回路４１に電流が流れる前）に、パワーコンディショナ２の動作後に昇圧回路４０をＭＰＰＴ動作するか否かを予め決定することができる。
　そして、この決定に従って、パワーコンディショナ２の動作後に昇圧回路４０を動作させる際に、ＭＰＰＴ動作が安定するまでの所定時間（或いは、ＭＰＰＴ動作を行っている昇圧回路４０の電力変化量が所定量より小さくなるまでの間）、動作を変更しない（ＭＰＰＴ動作を行っている昇圧回路４０はＭＰＰＴ動作を行い、停止している昇圧回路４０は停止する）ようにする。すると、最初にＭＰＰＴ動作を開始した際に昇圧回路４０ａ～４０ｄの入力電圧が大きく変化するような不安定な状態で、昇圧回路４０の動作を変更（ＭＰＰＴ動作から停止へ、或いは停止からＭＰＰＴ動作への変更）することが無くなる。これにより、昇圧回路４０を安定して動作させることができる。
　また、例えば、本実施形態では、入力電圧（入力電力）が最も大きい昇圧回路の入力電圧（入力電力）とこの電圧（電力）との差が所定電圧値以内（所定電力値以内）であるか否かを、Ｖｍａｘ－Ｖの差分（Ｐｍａｘ－Ｐの差分）で判断したが、Ｖ／Ｖｍａｘ（Ｐ／Ｐｍａｘ）等の比で判断しても良い。
　また、例えば、本実施例の集電箱４の昇圧回路４０は、昇圧動作として、ＭＰＰＴ動作を行ったが、ＭＰＰＴ動作による昇圧回路４０の入力電力の変動が所定量よりも小さい場合（最大電力点付近により動作していると判断できる場合）などは、ＯＮデューティを一定に固定した状態でスイッチ素子８２を周期的に開閉させて固定の昇圧比により動作する昇圧比一定動作を行っても良い。
 
１ａ～１ｄ　　　太陽電池
２　　　パワーコンディショナ
４　　　集電箱
２１   昇圧主回路
２２   パワコン制御回路
２３   インバータ回路
３０　　商用電力系統
４０ａ～４０ｄ      
昇圧回路
４１ａ～４１ｄ      
昇圧主回路
４２ａ～４２ｄ　昇圧制御回路
５０   系統連系システム
 

Claims (3)

  1. 　複数の太陽電池に夫々接続される電力ライン、及び前記電力ラインに夫々介在し前記電力ラインを介して得られる前記太陽電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路を有し、夫々の前記電力ラインの出力をまとめて出力する集電箱において、
    　前記昇圧回路を、入力と出力間を繋ぐリアクタ、ダイオード、コンデンサの直列回路とスイッチ素子とを有して構成し、夫々の前記昇圧回路のうち入力電圧が最も大きい昇圧回路のスイッチング素子の動作を停止して前記太陽電池からの入力電力を前記リアクタ、前記ダイオード、前記コンデンサを介して出力し、他の昇圧回路は、前記スイッチ素子を周期的に開閉させて所定の昇圧動作を行うことを特徴とする集電箱。
  2. 　前記入力電圧が最も大きい昇圧回路の入力電圧とこの電圧との差が所定電圧値以内の入力電圧を有している昇圧回路は、昇圧動作を停止して前記太陽電池からの入力電力をほぼそのまま出力することを特徴とする請求項１に記載の集電箱。
  3. 　前記昇圧回路は、前記リアクトル、前記ダイオード、前記コンデンサの直列回路を正極側から負極側に向かって接続し、
    　前記スイッチ素子は、前記リアクトルと前記ダイオードとの接続点を負極側に接続し、昇圧回路は、前記コンデンサの両端から昇圧出力得ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集電箱。
     
     
     
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