WO2013018826A1

WO2013018826A1 - 太陽光発電システム

Info

Publication number: WO2013018826A1
Application number: PCT/JP2012/069574
Authority: WO
Inventors: 嶋田　隆一
Original assignee: 国立大学法人東京工業大学
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2012-08-01
Publication date: 2013-02-07
Also published as: JP6032651B2; JPWO2013018826A1; US20140152107A1

Abstract

太陽電池パネル毎に最大電力追従制御を行いつつ、電力変換による電力損失を最小に抑えた太陽光発電システムを提供する。太陽電池パネル（１）の光量や温度等の不均一に起因する電圧又は電流の不足分を、個々のパネル（１）に直列又は並列に接続された電力補充手段（４）によって足りない電圧又は電流を補充することで、太陽電池パネル（１）個別の最大電力点追従制御を行う。

Description

太陽光発電システム

　本発明は、太陽電池からの効率的な二次電池への充電や電力系統への連系を行うために、ＰＷＭ(Pulse　Width　Modulation)コンバータ等により交流に変換する太陽光発電システムにおいて、気象（日射量）や温度等によりその出力電力が刻々と変化する、多数直並列接続される個々の太陽電池パネルから最大電力を取り出し得るよう制御する最大電力点追従機能を有する太陽光発電システムに関する。

　近年、太陽電池を用いた発電システムの開発が進んでおり、太陽電池の発電した直流電力を効率良く負荷や既存の電力系統に与えるための研究が広く行われている。

　太陽電池の発電素子である太陽電池セル（ＳＣ）には、実用化されているものでは、結晶系シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池などの種類がある。

　それらの太陽電池セルを多数直並列に接続して必要な電圧と電流を得られるようにしたパネル状の製品単体は、太陽電池パネル又は太陽電池モジュール（以下、単に「太陽電池パネル」とする。）と呼ばれ、更に多数の太陽電池パネルを直並列接続して必要となる電力が得られるように設置したものは、太陽電池アレイと呼ばれる。図１は、太陽電池パネルの電流（Ｉ）－電圧（Ｖ）特性曲線の一般的な特性例を示している。

　太陽電池パネルから効率的に最大電力を取り出すには、太陽電池パネルの実際の動作点Ｐ（動作電流Ｉ_ｏｐ×動作電圧Ｖ_ｏｐ）を可及的に最大電力点Ｐ_ｍａｘ（最適動作電流Ｉ_ｐｍ×最適動作電圧Ｖ_ｐｍ）で動作させるようにすることが重要となる。現在の太陽光発電システムでは、太陽電池パネルの出力が常に最大電力点Ｐ_ｍａｘで動作するように出力電圧、出力電流を追従制御する最大電力点追従（Maximum Power Point　Tracking：以下、「ＭＰＰＴ」という。）制御が多く採用されており、その方法について多くの提案がされている。

　また、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、太陽電池パネル（以下、単に「パネル」という。）の出力電力特性は、気象（日射量）や温度等の環境条件によって変化する。すなわち、環境条件によって出力電力が最大となるときの出力電圧及び出力電流の値が変化する。よって、太陽電池アレイを最も有効に利用するためには、常に最大電力を出力するようにパネルの出力電圧又は出力電流を制御するＭＰＰＴ機能が必要となる。
〔並列接続の問題点〕
　パネルを複数並列に接続して、二次電池のような電圧源に接続する場合、各パネルの最大電力点の電圧が揃っていれば発生する電流は全て出力される。しかし、図２(Ａ)に示すように、パネル間に温度差があると、出力電圧はパネル間で最大２０％程度変化することになる。パネルの電力を集めるためには、パネルの全ての電流を受ける必要があるが、並列接続されるパネル間において温度差による電圧差が発生すると、二次電池のような電圧源の電圧は、並列接続されるパネルの中の最低のパネル電圧で運転するしかなくなる。その場合、それより電圧の高いパネルの電力は全電力を出すことなく、一部捨てられることになるという問題がある。
〔直列接続の問題点〕
　また、複数のパネルを直列に接続して、二次電池のような電圧源に接続する場合、各パネルの最大電力点の電流が揃っていると、同じ日射量下においては、光量の差に起因する電流差による問題はなく、発生する電流は全て出力される。しかし、図２(Ｂ)に示すように、光量の差により出力電流が大幅に（最大１０倍程度）変化するので、一部のパネルだけが日陰に入ったような場合は、パネル間に最大電力点の電流に差が生ずることになる。パネルの電流に差がある場合、二次電池のような電圧源は、電流が低いパネルのバイパスダイオードが動作することのないように、低い方の電流に合わせる場合だけ、パネルの全ての電圧を受けることができるので、必然的に電流が最低のパネルの電流で運転されることになる。その場合、それよりも電流出力能力の大きなパネルの電力は全電力を出すことなく、一部捨てられることになるという問題がある。

　上述のような問題に対応するため、従来のように、パネルアレイの全電力をまとめて最大電力点を探すことをせず、パネルの個々にフライバック昇圧回路を有するＭＰＰＴ変換モジュール（電力変換器）を用いるという公知の技術がある。図３にその一例を示す。これは電圧を上げる方向に機能するので、パネルの電流発生能力が大きいときに、電流を減らして電圧を上げるのに利用できる。この方式の欠点と利点は、以下の通りである。
（１）全電力を変換し、昇圧する方式である。
（２）電圧は増やせても電流は増やせない。各パネルを直列に接続する場合は、上述の通り、出力電流が小さいパネルの方に合わせざるを得ないので、直列接続のアレイには向かない。しかし、並列接続には問題ない。

　
他には、上記フライバック昇圧回路の代わりに、バック・ダウンコンバータを用いた方式（図示せず）もある。パネルアレイの全電力についてダウンコンバータで出力電圧を下げるものであるが、これは電流をパネルの発生電流よりも増やすことが出来るので、直列接続のアレイにも適用可能である。

　なお、パネルの出力電圧が最も低い方の電圧に合わせることで並列接続も可能である。しかし、全電力について変換を行っていることには変わりがない。このため、半導体スイッチでは、スイッチング損失が大きくなるという問題がある。すなわち、かかる従来の２つの方式は、パネルアレイの全電力がＭＰＰＴ変換モジュールを通過するため、このＭＰＰＴ変換モジュールの効率を乗じた電力が最終的な出力になり、その差が電力損失となる。また、出力電流が断続電流になるため、ノイズが問題になる環境では、ノイズを出さないために高電圧の大容量の電解コンデンサを必要とするという問題もある。

　また、個別のパネル毎にＭＰＰＴ制御を行って、各パネルの電圧を揃えたり（並列接続の場合）、電流を揃えたり（直列接続の場合）する提案もなされている（例えば特許文献１及び２参照）。しかしながら、この場合も、各パネル毎に全ての電力変換を行っていることに変わりはなく、ＭＰＰＴ変換モジュールの効率による損失は避けられない。

特開２０１１－８３４８号公報特開平８－４６２３１号公報

　本発明は上述のような問題点に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、パネル毎にＭＰＰＴ制御を行いつつ、電力変換による電力損失を最小に抑えた太陽光発電システムを提供することにある。

　本発明は、複数のパネルを並列に接続して構成されるストリングと、前記パネルで発生した直流電力を、前記ストリングに接続された電力変換器により変換して負荷に供給する太陽光発電システムに関し、本発明の上記目的は、前記各パネルに発生した電圧値を検出する電圧検出手段と、前記各パネルに発生した電力量を検出する電力検出手段とが前記パネル毎に設けられていると共に、前記パネルに直列に接続された電力補充手段と、前記電力補充手段によって補充される電圧の値を制御する最大電力点追従制御手段とを更に備え、前記電力補充手段は、電力補充用直流電源と、補充する電圧を調整する補充電力調整手段と、補充した電力の量を計測する電力計測手段とを備え、前記最大電力点追従制御手段は、前記各パネルを前記各パネルの最大電力点における電圧になるように制御し、かつ、前記最大電力点における電力量Ｗ１と前記電力計測手段で計測される補充電力量Ｗ２との差である正味の出力電力Ｗ_net（＝Ｗ１－Ｗ２）が最大になるように、前記補充電力調整手段を制御することによって達成される。

　また、本発明は、複数のパネルを直列に接続して構成されるストリングと、前記パネルで発生した直流電力を、前記ストリングに接続された電力変換器により変換して負荷に供給する太陽光発電システムに関し、本発明の上記目的は、前記各パネルに発生した電圧値を検出する電圧検出手段と、前記各パネルに発生した電力量を検出する電力検出手段とが前記パネル毎に設けられていると共に、前記パネルに並列に接続された電力補充手段と、前記電力補充手段によって補充される電流の値を制御する最大電力点追従制御手段とを更に備え、前記電力補充手段は、電力補充用直流電源と、補充する電流を調整する補充電力調整手段と、補充した電力の量を計測する電力計測手段とを備え、前記最大電力点追従制御手段は、前記各パネルを前記各パネルの最大電力点における電圧になるように制御し、かつ、前記最大電力点における電力量Ｗ１と前記電力計測手段で計測される補充電力量Ｗ２との差である正味の出力電力Ｗ_netが最大になるように、前記補充電力調整手段を制御することによって達成される。

　さらに、本発明の上記目的は、前記最大電力点追従制御手段が、前記最大電力点における電力量Ｗ１と前記電力計測手段で計測される補充電力量Ｗ２との差である正味の出力電力Ｗ_netが最大になるように、フィードバック制御によって前記補充電力調整手段を制御することにより、前記各パネルの電圧を制御することによって達成される。

　また、本発明の上記目的は、前記電力補充用直流電源の代わりに、前記パネルで発電した電流の一部を用い、直列接続される前記補充電力調整手段を、低電圧を発生させるＤＣ／ＤＣダウンコンバータ回路による、前記発電した電流の一部を使って自分自身を持ち上げるブートストラップ回路となし、前記パネルの電圧を常に最大電力点の電圧になるようにフィードバック制御で維持することによっても達成される。

　また、本発明の上記目的は、前記最大電力点追従制御手段は、前記補充電力調整手段を制御して、前記パネルの電圧を連続変化させ、前記パネルからの前記出力電力Ｗ１と前記電力計測手段で計測される補充電力量Ｗ２との差である正味の出力電力Ｗ_netが最大になる電圧を最大電力点の電圧Ｖ_ｍａｘとして検出、決定、記憶する機能を有することによっても達成される。

　また、本発明の上記目的は、前記最大電力点追従制御手段は、前記各パネルについて、時分割シーケンスで前記補充電力量Ｗ２を走査し、その時に前記パネルに発生する電力量Ｗ１と前記補充電力量Ｗ２との差である正味の出力電力Ｗ_netが最大となるところの前記パネルの電圧Ｖ_ｍａｘを記憶し、該パネルの次回の走査時までに前記電圧Ｖ_ｍａｘを維持するように制御することによっても達成される。

　また、本発明の上記目的は、前記のいずれかのストリング、又は該ストリングを直列若しくは並列に接続して構成される太陽電池アレイと、前記ストリング又は太陽電池アレイから出力される直流電力を変換して負荷に電力を供給するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムであって、前記パワーコンディショナは最大電力点追従機能を備え、　前記最大電力点追従制御手段は、前記ストリング内又は前記太陽電池アレイ内の１枚若しくは複数枚の太陽電池パネルに前記電力補充操作を行わず、前記電力補充操作を行わないことによって生ずる電力低下を、前記パワーコンディショナの最大電力点追従機能によって補完することで両者の競合を回避することによって達成される。

　本発明に係る太陽光発電システムによれば、並列接続においては、パネル個々の不足する電圧を補充して全出力電圧を揃えれば無駄なく電力が得られ、直列接続においては、パネル個々の不足する電流を補充して全出力電流を揃えれば無駄なく最大電力が得られるという効果がある。

　また、本発明に係る太陽光発電システムによれば、電力補充用直流電源を別電源で備えているので、日射量（光量）が急変して発電電力が弱くなった場合でも安定して補充電源を供給できる。

　また、本発明に係る太陽光発電システムによれば、不足する電流又は電圧のみを補充するため、全電力を変換する必要がない。従って、電力変換器の効率による損失を最小に抑えることができる。

太陽電池パネルの電流（Ｉ）－電圧（Ｖ）特性曲線の一般的な例を示す特性図である。環境条件の違いによる特性曲線の差異を示す特性図であり、（Ａ）はパネル温度の違いによる出力電流と電圧の関係を示し、（Ｂ）は光量の違いによる出力電流と電圧の関係を示している。従来のフライバック昇圧回路を有するＭＰＰＴ変換モジュール（電力変換器）を使用した一例を示す配線図である。本発明に係る太陽光発電システムの第１の実施形態（電圧補充型）を示すブロック構成図である。電力補充手段の構成例を示すブロック図である。電力補充手段の他の構成例を示すブロック図である。本発明に係る太陽光発電システムの第２の実施形態（電流補充型）を示すブロック構成図である。太陽電池パネルの実施例を示す配線図である。メガソーラー太陽光発電システムでの実施例を示す配線図である。本発明に係る太陽光発電システムの第３の実施形態（電圧補充型）を示すブロック構成図である。本発明に係る太陽光発電システムの第４の実施形態（電流補充型）を示すブロック構成図である。

　一般に、複数のパネルを並列又は直列に接続してストリングとなし、そのストリングを更に直列又は並列に接続して太陽電池アレイを構成する場合、発電能力（特性）の揃ったパネルを組み合わせるか、又は、並列ストリングを直列に接続する場合はストリング単位で電流が揃っているものを選び、直列ストリングを並列に接続する場合はストリング単位で電圧が揃ったものを選択して使用することが行われる。

　しかしながら、そのように特性が揃ったパネル（ストリング）を組み合わせたとしても、一部のパネルのみが日陰に入ったり、鳥の糞が付着したりすると、他のパネルとの間に受光量の差が生じ、発生する電流（電力）に差異が生ずる。温度変化に伴う発電量変化についても同様である。

　このような場合、従来はストリング単位或いはアレイ単位で、低下した電圧をＤＣアップコンバータ等によって増加させるようにしていたが、電圧は増やせても電流を増やせない場合がある。また、パネル単位で最大電力点にすることも提案されているが（前記特許文献１及び２参照）、考え方は同じである。更には、電力変換の際の損失の問題も無視できない。

　本発明は、かかる従来の考え方とは全く異なるものであり、環境条件の変化によって低下した分の電力（電流又は電圧）のみを別電源から補充するものである。

　パネルを並列接続するには、最も高い発生電圧のパネルに合わせるために電圧を補充し、パネルを直列接続する場合は、電流が最も大きなパネルの電流に合わせるためにパネルに電流を補充する。

　本発明のような電力補充型の利点は、全てのパネルの条件（環境条件）が同じで、最大電力点の電圧又は電流の差がない場合、補充すべき電圧又は電流が必要ないため、変換電力損失が発生しないということである。少数のパネルが、他の多数のパネルからずれた場合、そのパネルのみ並列接続では電圧を、直列接続では電流を補充すればよいからである。

　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る太陽光発電システムについて説明する。

　図４は、本発明に係る太陽光発電システムの第１の実施形態を示すブロック構成図である。すなわち、パネル１が複数並列に接続されてストリングを形成し、各パネル１の出力側（マイナス側）と接地（コモン）との間に電力補充手段４が直列に挿入されている。各パネル１の入力側（プラス側）はそれぞれ２次電源又は連系電源等の負荷６のプラス側に接続されている。

　更に、各パネル１の動作電圧（Ｖ）を検出する電圧検出手段２と、パネル１から出力される電力量（Ｗ１）を検出する電力検出手段３がパネル１毎に設けられている。なお、電力検出手段３の代わりに電流検出手段を設けてもよい。電力は（電圧×電流）で求めることができるからである。

　また更に、最大電力点追従制御手段（以下、「ＭＰＰＴ制御手段」という。）５が設けられ、検出されたパネル１の電圧Ｖ、電力量Ｗ１及び後述の補充電力量Ｗ２に基づいて、補充する電圧を制御するものである。

　図５は、電力補充手段４の構成例を示すブロック図であり、本例では、電力補充手段４は、電力補充用の直流電源４１、補充する電力を調整する補充電力調整手段４２及びパネル１に直列に補充される電力量（Ｗ２）を計測する電力計測手段４３を含んでいる。

　なお、電力補充用直流電源４１はパネル１毎に設けてもよいが、図６に示すように、ストリング毎に、或いはストリングを直並列接続して構成した太陽電池アレイ全体に一つ（共通）設けてもよい。この場合、必要に応じて、入力側絶縁、若しくは出力側絶縁を行って、接地系の問題を回避する。補充電力調整手段４２としては、例えばＤＣ／ＤＣアップ又はダウンコンバータが利用可能である。また、発電した電気を家庭等の環境で利用できるように変換する機器であるパワーコンディショナが接続されていても良い。

　以上の構成において、図４を参照しつつ本発明に係る太陽光発電システムの動作について説明する。

　いま、複数のパネル１が並列に接続されたストリングの中で、最大電力点における電圧が最大のものをＶ_ｍａｘとする。それ以外のパネルの電圧（Ｖ_ｋとする。）は最大電圧値Ｖ_ｍａｘよりも小さいので、もし、電力補充手段４により差分の電圧を補充しなければ、このストリングの電圧は最大電力点における電圧が最小のパネルの電圧で駆動されることになる。

　そこで、ＭＰＰＴ制御手段５は、検出した電力量Ｗ１_ｋと電力量Ｗ２_ｋとの差、すなわち正味の出力電力Ｗ_net（＝Ｗ１_ｋ－Ｗ２_ｋ）が最大になるように補充電力調整手段４２をフィードバック制御して電圧を補充する。この結果、電力量Ｗ_netが最大になったところは、パネル１の電圧が最大電力点の電圧Ｖ_ｋ（このとき電力量Ｗ１_ｋが最大）となり、補充された電圧は結果的に（Ｖ_ｍａｘ－Ｖ_ｋ）となり（このとき電力量Ｗ２_ｋが最小）、差分の電圧のみが補充されたことになる。言うまでもないが、最大電力点における電圧が最大のパネルには電圧は補充されない。Ｖ_ｋ＝Ｖ_ｍａｘとすると、Ｖ_ｍａｘ－Ｖ_ｍａｘ＝０となるからである。

　このようにすることにより、ある特定のパネルのみが日陰にかかり、電圧が低下したとしても、そのパネルに対して最適な電圧補充がなされ、ストリング全体としては一定の電圧で駆動されることになる。

　電力補充手段４における補充電力調整手段４２では、補充電力のフィードバック制御を行うが、その方法は、例えば三角波比較ＰＷＭで電圧を制御してもよいし、パルス周波数（密度）を制御するＰＤＭ(Pulse　Density　Modulation)での制御、それ以外のどのような方法でも可能である。パネル電圧をフィードバック制御によってコントロールすることの利点は、二次電池又は他の連系電源の電圧が変動しても、パネル電圧は変動しないようになることである。二次電池がリチウムイオン電池である場合、充電すると電圧が上がるなど、負荷の変動による電源側の変動の方が大きいが、本発明ではその影響を受けにくい。

　なお、並列接続ストリングの場合は、低い電圧を補充するだけで済むので、電力補充用直流電源４１の代わりに、パネル１で発電した電流の一部を用い、補充電力調整手段４２を、低電圧を発生させるＤＣ／ＤＣダウンコンバータ回路による、所謂ブートストラップ回路（自分自身の出力電圧を自らの電力で持ち上げる回路）となし、パネル１の電圧を常に最大電力点の電圧になるようにフィードバック制御で維持するようにしてもよい。

　また、電力補充手段４の補充電力調整手段４２としてのＤＣ／ＤＣアップ又はダウンコンバータが、トランス絶縁を介して電力を出力するタイプのものであれば、パネル１との直列接続のどこに電圧を足しても同じ効果があるため，接地から離れた場所に電力補充手段５を挿入することが可能で、設計の自由度がある。

　図７は、本発明に係る太陽光発電システムの第２の実施形態を示すブロック構成図である。すなわち、パネル１が複数直列に接続されてストリングを形成し、各パネル１の出力側（マイナス側）と接地（コモン）との間に電力補充手段４が並列に挿入されている。各パネル１の入力側（プラス側）はそれぞれ２次電源又は連系電源等の負荷６に接続されている。

　更に、各パネル１の動作電圧（Ｖ）を検出する電圧検出手段２と、パネル１から出力される電力量（Ｗ１）を検出する電力検出手段３がパネル１毎に設けられている。

　また更に、ＭＰＰＴ制御手段５が設けられ、検出されたパネルの電圧Ｖ、電力量Ｗ１及び補充電力量Ｗ２に基づいて、補充する電流を制御するものである。

　以上の構成において、図７を参照しつつ本発明に係る太陽光発電システムの第２の実施形態の動作について説明する。

　図７に示すように、複数のパネル１が直列に接続されたストリングの中で、最大電力点における電流が最大のものをＩ_ｍａｘとする。それ以外のパネル１の電流（Ｉ_ｋとする。）は最大電流値Ｉ_ｍａｘよりも小さいので、もし、電力補充手段４により差分の電流を補充しなければ、このストリングの電流は最大電力点における電流が最小のパネルの電流で駆動されることになる。

　そこで、ＭＰＰＴ制御手段５は、検出した電力量Ｗ１_ｋと電力量Ｗ２_ｋとの差、すなわち正味の出力電力Ｗ_netが最大になるように補充電力調整手段４２をフィードバック制御してパネル１に電流を補充する。この結果、電力量Ｗ_netが最大になったところは、パネル１の電圧が最大電力点の電圧Ｖ_ｋ（このとき電力量Ｗ１_ｋが最大）となり、補充された電流は結果的に（Ｉ_ｍａｘ－Ｉ_ｋ）となり（このとき電力量Ｗ２_ｋが最小）、差分の電流のみが補充されたことになる。言うまでもないが、最大電力点における電流が最大のパネルには電流は補充されない。Ｉ_ｋ＝Ｉ_ｍａｘとすると、Ｉ_ｍａｘ－Ｉ_ｍａｘ＝０となるからである。

　このようにすることにより、ある特定のパネルのみが日陰にかかり、電流が低下したとしても、そのパネルに対して最適な電流補充がなされ、ストリング全体としては一定の電流で駆動されることになる。

　上記ＭＰＰＴ制御手段は、マイクロコンピュータ、パソコン、或いはメガソーラーの場合は集中管理を行う上位の電子計算機を利用してもよい。

　また、図８は本発明に係る太陽光発電システムに使用するパネルの他の実施形態を示すものであり、パネル１の中に電圧検出手段２及び電力検出手段３を内蔵したものである。

　本発明の電力補充手段は、従来のフライバック昇圧回路、又はバックダウン降圧回路のような全電力変換型ではなく、足りない電圧をパネルに直列に接続して補充し、足りない電流をパネルに並列に接続して補充することで補完するタイプであり、全電力を変換しない低い電圧源を補充するタイプである。低電圧のダウンコンバータ電源は損失も小さい。例えば、各パネル間で最大電力点の電圧に１０％の差がある場合、それを従来のブースト型昇圧変換で電圧を上げて補正しても、変換装置の効率が９０％とすると、１０％が損失になるので、変換しても総電力は増えないことになり、補正する意味がなくなる。

　本発明では、足りない電力を補充するだけであり、１０％の１０％、つまり１％しか損失にならず、従来法よりも電力は９％増加することになる。

　また、補充すべき電圧が低いので、出力電流のフィルタ用電解コンデンサも低い電圧部分に付けることになるため、従来型に比べ、耐電圧の低い、小型のコンデンサでよくなる。

　大規模な太陽光発電においては、扱う電力が大きいほど、変換器コスト、効率の点で有利になるので、パネルは多数を並列に接続する場合が優位であるが、補充すべき電圧が温度差等による差分を供給するのみで良いので、変化が少ない。従って、多数のパネルを接続してアレイを構成する場合は、先ず並列接続ストリングの形成を第一とし、しかる後に、それを複数直列に接続してアレイにする。図９にその構成例を示すが、直列は２段の例を示して説明する。

　電圧補充型のＭＰＰＴ（すなわち並列接続ストリングの場合）は、電流の少ない方のストリングに電流を足してやれば最大電力を送ることができるので、図９の並列ストリングのどちらか電流の小さい方を先に決めておいてもよい。いずれでも最大電力がシステム全体で得られるように、パネル一枚毎のＭＰＰＴ走査を時分割して行うが、各パネルの補充電力の電圧Ｖｉを上げ下げすることで全体又は、部分、群の計測電力の増加、減少をチェックすればよい。
図９のメガソーラー太陽光発電システムでの実施例では、点線は電力補充用電源から、電力補充手段への電力線と、図示していないが、中央制御用コンピュータから補充電力指令Ｖｉを各電力補充手段に伝える伝送線の役割も持つ。併せて中央制御用コンピュータは全太陽電池パネルの総和電力Ｗ_{ｔｏｔａｌ}を計測し、個々の発生電圧Ｖｉとの関係から最大電力点を求める機能をもつ。

　また、その電源ラインはＤＣの場合、ＡＣの場合、又は三相ＡＣの場合でも可能である。そこでは、電源を絶縁することで接地電位の問題が無くなるなど、よりよい構成もあるが効率が下がることとのバランスを考慮しなければならない。電源電力の供給線は、中央制御用コンピュータと通信を行うＰＬＣ（Power　Line　Communication）の通信網としても併せて利用すれば合理的である。

　なお、上述の各実施形態では、いずれも全てのパネル１に電力補充手段４を接続しているが、図１０（図４に対応する電圧補充型）又は図１１（図７に対応する電流補充型）に示すように任意の１枚若しくは複数枚のパネルに電力補充手段４を接続しないようにしても良い。複数枚の場合には１枚間隔毎、複数枚毎、任意の枚数毎であっても良い。このように電力補充手段４を接続しない場合には、パネルに電力補充手段４を接続しないことによって生ずる電力低下は、パワーコンディショナの最大電力点追従機能によって補完するようにし、両者の競合を回避する。

１　　　太陽電池パネル
２　　　電圧検出手段
３　　　電力検出手段
４　　　電力補充手段
４１　　電力補充用直流電源
４２　　補充電力調整手段
４３　　電力計測手段
５　　　ＭＰＰＴ制御手段
６　　　二次電池、連系電源等の負荷

Claims

　複数の太陽電池パネルを並列に接続して構成されるストリングと、前記太陽電池パネルで発生した直流電力を、前記ストリングに接続された電力変換器により変換して負荷に供給する太陽光発電システムにおいて、
　前記各太陽電池パネルに発生した電圧値を検出する電圧検出手段と、前記各太陽電池パネルに発生した電力量を検出する電力検出手段とが前記太陽電池パネル毎に設けられていると共に、
　前記太陽電池パネルに直列に接続された電力補充手段と、
　前記電力補充手段によって補充される電圧の値を制御する最大電力点追従制御手段とを更に備え、
　前記電力補充手段は、電力補充用直流電源と、補充する電圧を調整する補充電力調整手段と、補充した電力の量を計測する電力計測手段とを備え、
　前記最大電力点追従制御手段は、前記各太陽電池パネルを前記各太陽電池パネルの最大電力点における電圧になるように制御し、かつ、前記最大電力点における電力量（Ｗ１）と前記電力計測手段で計測される補充電力量（Ｗ２）との差である正味の出力電力（Ｗ１－Ｗ２）が最大になるように、前記補充電力調整手段を制御することを特徴とする太陽光発電システム。
　複数の太陽電池パネルを直列に接続して構成されるストリングと、前記太陽電池パネルで発生した直流電力を、前記ストリングに接続された電力変換器により変換して負荷に供給する太陽光発電システムにおいて、
　前記各太陽電池パネルに発生した電圧値を検出する電圧検出手段と、前記各太陽電池パネルに発生した電力量を検出する電力検出手段とが前記太陽電池パネル毎に設けられていると共に、
　前記太陽電池パネルに並列に接続された電力補充手段と、
　前記電力補充手段によって補充される電流の値を制御する最大電力点追従制御手段とを更に備え、
　前記電力補充手段は、電力補充用直流電源と、補充する電流を調整する補充電力調整手段と、補充した電力の量を計測する電力計測手段とを備え、
　前記最大電力点追従制御手段は、前記各太陽電池パネルを前記各太陽電池パネルの最大電力点における電圧になるように制御し、かつ、前記最大電力点における電力量（Ｗ１）と前記電力計測手段で計測される補充電力量（Ｗ２）との差である正味の出力電力（Ｗ１－Ｗ２）が最大になるように、前記補充電力調整手段を制御することを特徴とする太陽光発電システム。
　前記最大電力点追従制御手段は、前記最大電力点における電力量（Ｗ１）と前記電力計測手段で計測される補充電力量（Ｗ２）との差である正味の出力電力（Ｗ１－Ｗ２）が最大になるように、フィードバック制御によって前記補充電力調整手段を制御することにより、前記各太陽電池パネルの電圧を制御する請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
　前記電力補充用直流電源は、前記各電力補充手段に共通して１つ設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽光発電システム。
　前記補充電力調整手段が、ＤＣ／ＤＣアップ又はダウンコンバータ回路を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽光発電システム。
　前記ＤＣ／ＤＣアップ又はダウンコンバータ回路が絶縁トランスを含む請求項５に記載の太陽光発電システム。
　前記電力補充用直流電源の代わりに、前記太陽電池パネルで発電した電流の一部を用い、直列接続される前記補充電力調整手段を、低電圧を発生させるＤＣ／ＤＣダウンコンバータ回路による、前記発電した電流の一部を使って自分自身を持ち上げるブートストラップ回路となし、前記太陽電池パネルの電圧を常に最大電力点の電圧になるようにフィードバック制御で維持する請求項１に記載の太陽光発電システム。
　前記最大電力点追従制御手段は、前記補充電力調整手段を制御して、前記太陽電池パネルの電圧を連続変化させ、前記太陽電池パネルからの前記出力電力（Ｗ１）と前記電力計測手段で計測される補充電力量（Ｗ２）との差である正味の出力電力（Ｗ１－Ｗ２）が最大になる電圧を最大電力点の電圧（Ｖ_ｍａｘ）として検出、決定、記憶する機能を有する請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
　前記最大電力点追従制御手段は、前記各太陽電池パネルについて、時分割シーケンスで前記補充電力量（Ｗ２）を走査して、その時に前記太陽電池パネルに発生する電力量（Ｗ１）と前記補充電力量（Ｗ２）との差である正味の出力電力（Ｗ１－Ｗ２）が最大となるところの前記太陽電池パネルの電圧（Ｖ_ｍａｘ）を記憶し、該太陽電池パネルの次回の走査時までに前記電圧（Ｖ_ｍａｘ）を維持するように制御する請求項１又は２に記載の太陽光発電システム。
　前記電力検出手段及び前記電圧検出手段を前記太陽電池パネルに内蔵した請求項１乃至９のいずれかに記載の太陽光発電システム。
　請求項１に記載の前記ストリングを直列に複数接続した太陽電池アレイを有することを特徴とする太陽光発電システム。
　請求項２に記載の前記ストリングを並列に複数接続した太陽電池アレイを有することを特徴とする太陽光発電システム。
　請求項１乃至１０のいずれかに記載の前記ストリング、又は前記ストリングを直列若しくは並列に接続して構成される太陽電池アレイと、
　前記ストリング又は太陽電池アレイから出力される直流電力を変換して負荷に電力を供給するパワーコンディショナとを備えた太陽光発電システムであって、
　前記パワーコンディショナは最大電力点追従機能を備え、
　前記最大電力点追従制御手段は、前記ストリング内又は前記太陽電池アレイ内の１枚若しくは複数枚の太陽電池パネルに前記電力補充操作を行わず、前記電力補充操作を行わないことによって生ずる電力低下を、前記パワーコンディショナの最大電力点追従機能によって補完することを特徴とする太陽光発電システム。