WO2013140611A1 - パワーコンディショナ、及び太陽光発電システム - Google Patents

パワーコンディショナ、及び太陽光発電システム Download PDF

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WO2013140611A1
WO2013140611A1 PCT/JP2012/057554 JP2012057554W WO2013140611A1 WO 2013140611 A1 WO2013140611 A1 WO 2013140611A1 JP 2012057554 W JP2012057554 W JP 2012057554W WO 2013140611 A1 WO2013140611 A1 WO 2013140611A1
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capacitor
charge
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一平 竹内
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三菱電機株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
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    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a power conditioner and a solar power generation system.
  • the solar power generation system converts the DC power generated by the solar cell into AC power by the power conditioner, and is connected to a general commercial power supply (system) supplied from the electric power company. It is a power generation system that regenerates to the side and supplies insufficient power from the grid side.
  • the power conditioner In the solar power generation system, when the generated power is insufficient even when the solar cell starts output, the power conditioner frequently enters a standby state, and the start and standby are frequently repeated. For this reason, it is necessary to turn off the output relay every time it enters the standby state, and the number of times the output relay is opened and closed increases, which may shorten the contact life of the output relay.
  • Patent Document 1 in a power conditioner in which a capacitor for smoothing a DC voltage output from a converter is connected between a converter and an inverter, the input voltage of the converter detected by a first voltage detector and It is described that the maximum output estimated value of the solar cell module is estimated using the capacitor voltage detected by the voltage detector 2 to control the converter and the inverter. Specifically, when the converter is started, charging of the capacitor is started, and when charging of the capacitor is completed, the power required for charging the capacitor is obtained, and the maximum output estimated value of the solar cell module is estimated from the obtained power, The maximum output estimate is compared with a predetermined value. Thereby, according to patent document 1, it is supposed that the start determination of a power conditioner can be performed accurately and frequent repetition of start-up / standby can be suppressed.
  • the capacitor is charged until all the electric power input from the solar cell module to the converter is accumulated in the capacitor at the input stage of the inverter, so the input voltage of the inverter is very high.
  • the input voltage of the inverter rises to a higher value than during steady operation, it is necessary to use an element with a high withstand voltage for the switching element constituting the inverter. If an element having a high withstand voltage is used as the switching element constituting the inverter, the manufacturing cost of the power conditioner may increase.
  • This invention is made
  • a power conditioner is a power conditioner that converts DC power generated by a solar cell into AC power and outputs the AC power to a system.
  • a converter that has a charge / discharge capacitor and boosts the generated DC power using the charge / discharge capacitor; a smoothing capacitor that smoothes the boosted DC power; and the smoothed DC power
  • An inverter that converts AC power into AC power, an output relay that connects the inverter to the system, and an activation that determines whether the output power of the solar cell is greater than or equal to a threshold value according to the charging voltage of the charge / discharge capacitor
  • the determination by the power determination unit and the startup power determination unit is performed, it is approximately half of the voltage to be charged to the smoothing capacitor during steady operation.
  • a charging control unit for controlling the charging voltage of the charging and discharging capacitor.
  • the input voltage of the inverter can be suppressed to a low value when starting is determined. That is, since the input voltage of the inverter can be suppressed to a lower value than that in the steady operation, it is not necessary to use an element having a high withstand voltage for a switching element (for example, an element such as a transistor or a freewheeling diode) constituting the inverter. As a result, the manufacturing cost of the power conditioner can be reduced.
  • a switching element for example, an element such as a transistor or a freewheeling diode
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the photovoltaic power generation system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration related to steady operation in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a current path during steady operation in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a steady operation in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a current path at the time of starting power determination in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the photovoltaic power generation system according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a current path at the time of starting power determination in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a solar power generation system 100.
  • the solar cell 1 and the system 2 are interconnected by the power conditioner 3. That is, the power conditioner 3 converts the DC power generated by the solar cell 1 into AC power and outputs the AC power to the system 2.
  • the solar cell 1 is, for example, one in which a plurality of solar cells are two-dimensionally arranged. For example, the solar cell 1 generates (generates) DC power according to the amount of solar radiation.
  • the photovoltaic power generation system 100 when the generated power is insufficient even when the solar cell 1 starts outputting, if the frequency of the power conditioner 3 is in a standby state is high, the startup and standby are frequently repeated. For this reason, it is necessary to turn off the output relay 6 every time it enters a standby state, the number of times the output relay 6 is opened and closed increases, and the contact life of the output relay 6 may be shortened.
  • the electric power charged in the smoothing capacitor Co is calculated from the change in the charging voltage of the smoothing capacitor Co for smoothing the DC voltage output from the converter 4 and the required time.
  • the maximum power point of the solar cell 1 is estimated from the power calculated in the first step.
  • the maximum power point of the solar cell 1 exists at a position corresponding to a voltage of about 80% of the voltage when the converter 4 is stopped in the curve indicating the change in the output power of the solar cell 1. Since the characteristics of the solar cell 1 are constant, the maximum power point of the solar cell 1 can be estimated from the calculated power if the ratio of the output voltage of the solar cell 1 when the power is calculated to the voltage at the maximum power point is known. .
  • the third step it is determined whether or not it is possible to start from the estimated maximum power point.
  • the inverter 5 is operated, and the inverter 5 is connected to the system 2 by the output relay 6 to supply power to the system 2. Is output.
  • the fifth step it is determined that power generation is insufficient when the estimated maximum power point of the solar cell 1 is smaller than a predetermined value. After waiting for a predetermined time, the activation determination is performed again.
  • the sixth step it is determined that the power generation is insufficient even when the time for completing the charging of the smoothing capacitor Co is longer than the predetermined time.
  • the smoothing capacitor Co is charged until the electric power input from the solar cell 1 to the converter 4 is accumulated in the smoothing capacitor Co in the input stage of the inverter 5, so that the input voltage of the inverter 5 is very high.
  • rise to a higher value That is, since the input voltage of the inverter 5 rises to a higher level than during steady operation, it is necessary to use a high withstand voltage element for the switching element SW (for example, an element such as the transistor Tr or the freewheeling diode D) that constitutes the inverter 5. is there. If an element having a high withstand voltage is used as the switching element SW constituting the inverter 5, the manufacturing cost of the power conditioner 3 may increase.
  • the power conditioner 3 includes a smoothing capacitor Cin, a converter 4, a smoothing capacitor Co, an inverter 5, an output relay 6, a voltage detector 7, a voltage detector 8, a charge control unit 13, and a starting power determination unit 11.
  • the smoothing capacitor Cin is arranged on the input side of the converter 4 and is electrically connected between the solar cell 1 and the converter 4. Smoothing capacitor Cin receives DC power generated by solar cell 1, that is, DC power (DC voltage) output from solar cell 1, smoothes DC power (DC voltage), and supplies it to converter 4.
  • the converter 4 is electrically connected between the smoothing capacitor Cin and the smoothing capacitor Co.
  • the converter 4 includes, for example, a reactor L, switches SW101 and SW102, diodes D1 and D2, charge / discharge capacitors Cf and Cfs, a diode D104, and a Zener diode ZD.
  • Reactor L has one end connected to input terminal IN1 and the other end connected to node N2.
  • the switch SW101 has one end connected to the node N2 and the other end connected to the node N3.
  • the switch SW101 includes, for example, a transistor Tr101 (for example, a MOS transistor) and a free wheeling diode D101.
  • the switch SW102 has one end connected to the input terminal IN2 via the node N4 and the other end connected to the node N3.
  • the switch SW102 includes, for example, a transistor Tr102 (for example, a MOS transistor) and a free wheeling diode D102.
  • the diode D1 has an anode connected to the node N2 and a cathode connected to the node N5.
  • the diode D2 has an anode connected to the node N5 and a cathode connected to the output terminal OUT1.
  • the charge / discharge capacitor Cf has one end connected to the node N5 and the other end connected to the node N3 via the node N6.
  • the diode D104 has an anode connected to the node N6 and a cathode connected to the node N7.
  • the charge / discharge capacitor Cfs has one end connected to the node N7 and the other end connected to the node N4 and the output terminal OUT2 via the node N8.
  • the Zener diode ZD has an anode connected to the output terminal OUT3 and a cathode connected to the node N7.
  • the output terminal OUT1 is connected to the P line Lp
  • the output terminal OUT3 is connected to the intermediate line Lm
  • the output terminal OUT2 is connected to the P line Ln.
  • Converter 4 receives the smoothed DC power from smoothing capacitor Cin.
  • the converter 4 boosts DC power (DC voltage) using, for example, the reactor L, the switches SW101 and SW102, the diodes D1 and D2, and the charge / discharge capacitor Cf, and converts the DC power (DC voltage) to a predetermined level of DC power (DC voltage).
  • Converter 4 outputs the converted DC power (DC voltage).
  • the smoothing capacitor Co is disposed on the output side of the converter 4 and is electrically connected between the converter 4 and the inverter 5.
  • the smoothing capacitor Co includes, for example, a capacitor C1 and a capacitor C2 that are connected in series between the P line Lp and the N line Ln.
  • the capacitor C1 has one end connected to the P line Lp and the other end connected to the intermediate line Lm at the intermediate node N1.
  • Capacitor C2 has one end connected to N line Ln and the other end connected to intermediate line Lm at intermediate node N1.
  • the P line Lp, the intermediate line Lm, and the N line Ln are connected to the converter 4 and the inverter 5, respectively.
  • the smoothing capacitor Co receives the DC power (DC voltage) output from the converter 4, smoothes the DC power (DC voltage) using, for example, the capacitor C1 and the capacitor C2, and supplies the smoothed power to the inverter 5.
  • the inverter 5 is electrically connected between the smoothing capacitor Co and the output relay 6.
  • the inverter 5 includes, for example, a load resistor R and a plurality of switching elements SW-1 to SW-4.
  • the load resistor R includes, for example, a resistor R1 and a resistor R2 that are connected in series between the input terminal P and the input terminal N.
  • the resistor R1 has one end connected to the input terminal P and the other end connected to the input terminal M.
  • the resistor R2 has one end connected to the input terminal N and the other end connected to the input terminal M.
  • the input terminal P, the input terminal M, and the input terminal N are connected to the P line Lp, the intermediate line Lm, and the N line Ln, respectively.
  • the plurality of switching elements SW-1 to SW-4 are connected between the input terminals P and N and the output terminals O1 and O2.
  • the switching element SW-1 has one end connected to the input terminal P and the other end connected to the output terminal O1 via the output node ON-1.
  • the switching element SW-2 has one end connected to the input terminal N and the other end connected to the output terminal O1 via the output node ON-1.
  • the switching element SW-3 has one end connected to the input terminal P and the other end connected to the output terminal O2 via the output node ON-2.
  • the switching element SW-4 has one end connected to the input terminal N and the other end connected to the output terminal O2 via the output node ON-2.
  • Each of the switching elements SW-1 to SW-4 includes, for example, a transistor Tr (for example, a MOS transistor) and a free wheeling diode D.
  • the inverter 5 receives the smoothed DC power (DC voltage) from the smoothing capacitor Co.
  • the inverter 5 converts DC power (DC voltage) into AC power (AC voltage) using, for example, a plurality of switching elements SW-1 to SW-4.
  • a plurality of switching elements SW-1 to SW-4 receive control signals from the starting power determination unit 11 at their control terminals, and each switching element SW-1 to SW-4 has a predetermined timing according to the control signal.
  • the DC power (DC voltage) is converted into, for example, two-phase AC power (AC voltage) by performing a switching operation at.
  • the inverter 5 outputs the converted AC power (AC voltage).
  • the output relay 6 is electrically connected between the inverter 5 and the system 2.
  • the output relay 6 includes, for example, a plurality of switches 6a and 6b.
  • the switch 6 a has one end connected to the output terminal O ⁇ b> 1 of the inverter 5 and the other end connected to the one end 2 a of the system 2.
  • the switch 6b has one end connected to the output terminal O2 of the inverter 5 and the other end connected to the other end 2b of the system 2.
  • the output relay 6 conducts or cuts off (opens) the connection between the inverter 5 and the system 2 using, for example, a plurality of switches 6a and 6b.
  • the output relay 6 is configured such that a plurality of switches 6a and 6b receive control signals from the activation power determination unit 11 at their control terminals, and the switches 6a and 6b are turned on (become closed) according to the control signals.
  • the connection between the inverter 5 and the system 2 is made conductive, and the switches 6a and 6b are turned off according to the control signal (become open), thereby disconnecting the connection between the inverter 5 and the system 2.
  • the voltage detector 7 detects the voltage across the smoothing capacitor Cin as the output voltage Vs of the solar cell 1. For example, the voltage detector 7 repeatedly detects the output voltage Vs of the solar cell 1 at a predetermined time interval. The voltage detector 7 supplies the detected output voltage Vs to the gate pulse calculator 9.
  • the voltage detector 8 detects the voltage across the charge / discharge capacitor Cf, that is, the charge voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf. For example, the voltage detector 8 repeatedly detects the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf at a predetermined time interval. The voltage detector 8 supplies the detected voltage Vcf to the gate pulse calculator 9.
  • the charge control unit 13 controls the charge voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf. That is, the charging control unit 13 receives the output voltage Vs of the solar cell 1 from the voltage detector 7, receives the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf from the voltage detector 8, and outputs the output voltage Vs of the solar cell 1 and the charging / discharging capacitor.
  • the charging voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf is controlled according to the charging voltage Vcf of Cf.
  • the charging control unit 13 includes a gate pulse calculator 9 and a gate pulse generator 10.
  • the gate pulse calculator 9 receives the detected output voltage Vs from the voltage detector 7 and receives the detected voltage Vcf from the voltage detector 8.
  • the gate pulse calculator 9 calculates the pulse width of the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 and the pulse width of the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 according to the output voltage Vs of the solar cell 1 and the charging voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf. To do.
  • the gate pulse calculator 9 charges the charging / discharging capacitor Cf.
  • the pulse width of the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 and the pulse width of the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 are calculated so that the voltage Vcf is approximately half of the voltage to be charged in the smoothing capacitor Co during the steady operation.
  • the gate pulse calculator 9 determines that the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf becomes the output voltage Vs of the solar cell 1.
  • the pulse width of the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 and the pulse width of the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 are calculated so as to have a value corresponding to the boost ratio of the converter 4.
  • the gate pulse calculator 9 supplies the calculation result to the gate pulse generator 10.
  • the gate pulse generator 10 receives the calculation result from the gate pulse calculator 9.
  • the gate pulse generator 10 generates the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 according to the calculation result and supplies it to the control terminal of the switch SW101, and also generates the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 and supplies it to the control terminal of the switch SW102.
  • the starting power determination unit 11 receives the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf from the voltage detector 8. The starting power determination unit 11 determines whether or not the output power of the solar cell 1 is greater than or equal to a threshold value, according to the charging voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf. For example, the starting power determination unit 11 estimates the output power of the solar cell 1 according to the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf and the charging time of the charging / discharging capacitor Cf, and the estimated output power is greater than or equal to the threshold Pth. It is determined whether or not.
  • the starting power determination unit 11 determines that charging of the charging / discharging capacitor Cf has started, and a timer (not shown) Z) is started, and measurement of the charging time of the charge / discharge capacitor Cf is started. For example, when the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf reaches a target value (for example, approximately half of the voltage to be charged to the smoothing capacitor Co during steady operation), the starting power determination unit 11 charges the charging / discharging capacitor Cf. It is determined that the timer has been completed, and a timer (not shown) is stopped.
  • a target value for example, approximately half of the voltage to be charged to the smoothing capacitor Co during steady operation
  • the starting power determination unit 11 acquires the value indicated by the timer as the charging time of the charge / discharge capacitor Cf.
  • the starting power determination unit 11 estimates the output power of the solar cell 1 from the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf and the charging time of the charging / discharging capacitor Cf using Equation 7 to be described later. It is determined whether or not the output power is greater than or equal to a threshold value Pth.
  • the threshold value Pth is, for example, a value obtained by experimentally obtaining a minimum value of the output power of the solar cell 1 that allows the inverter 5 to operate stably, and adding a predetermined margin to the minimum value. .
  • the activation power determination unit 11 determines that the power conditioner 3 can be activated when the output power of the solar cell 1 is equal to or greater than the threshold value Pth.
  • the starting power determination unit 11 controls the power conditioner 3 to perform steady operation in response to the determination that the power conditioner 3 can be started. That is, the starting power determination unit 11 controls the converter 4 to perform a boosting operation via the gate pulse calculator 9 and the gate pulse generator 10 and controls the inverter 5 and the output relay 6 to operate.
  • the starting power determination unit 11 controls the power conversion operation (boost operation) by the converter 4 by causing the switches SW101 and SW102 in the converter 4 to perform a switching operation, and performs the switching operation on each switching element SW in the inverter 5.
  • the power conversion operation by the inverter 5 is controlled, and the output relay 6 is controlled so as to make the connection between the inverter 5 and the system 2 conductive.
  • the startup power determination unit 11 determines that the power conditioner 3 cannot be started when the output power of the solar cell 1 is less than the threshold value Pth.
  • the activation power determination unit 11 controls the power conditioner 3 to enter a standby state in response to the determination that the power conditioner 3 cannot be activated. That is, the starting power determination unit 11 controls the converter 4 to be in a standby state via the gate pulse calculator 9 and the gate pulse generator 10 and controls the inverter 5 and the output relay 6 to be in a standby state. To do.
  • the starting power determination unit 11 controls the switches SW101 and SW102 in the converter 4 to be maintained in an off state and controls the switching elements SW in the inverter 5 to be in an off state. 6 controls to disconnect (open) the connection between the inverter 5 and the system 2.
  • the converter 4 boosts the DC power (DC voltage) using, for example, the reactor L, the switches SW101 and SW102, the diodes D101 and D102, and the charge / discharge capacitor Cf. Convert to level DC power (DC voltage).
  • the charge / discharge capacitor Cfs, the diode D104, and the Zener diode ZD are not used for the boosting operation of the converter 4.
  • the intermediate line Lm between the converter 4 and the inverter 5 also does not function, and the smoothing capacitor Co is equivalent to one having one end connected to the P line Lp and the other end connected to the N line Ln. Functions as a capacitor.
  • the load resistance R in the inverter 5 functions equivalently as one resistor having one end connected to the input terminal P and the other end connected to the input terminal N.
  • the converter 4 has, for example, four operation modes M1 to M4 as shown in FIGS.
  • the switch SW101 is turned on and the switch SW102 is turned off.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source
  • a current as shown by a broken line flows, energy is accumulated in the reactor L, and energy is accumulated in the charge / discharge capacitor Cf. That is, the charging voltage Vcf corresponding to the output voltage Vs of the solar cell 1 is charged in the charging / discharging capacitor Cf.
  • the switch SW101 is turned off and the switch SW102 is turned on.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source
  • a current as shown by a broken line flows, energy is accumulated in the reactor L, and energy accumulated in the charge / discharge capacitor Cf is smoothed by the smoothing capacitor Co. Is released. That is, the charge / discharge capacitor Cf is discharged, and the output voltage Vout of the converter 4 corresponding to the charge voltage Vcf is charged to the smoothing capacitor Co.
  • both the switch SW101 and the switch SW102 are turned off.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source
  • a current as shown by a broken line flows, and the energy accumulated in the reactor L is released to the smoothing capacitor Co.
  • both the switch SW101 and the switch SW102 are turned on.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source, a current as shown by a broken line flows and energy is accumulated in the reactor L.
  • Converter 4 can perform a boosting operation at an arbitrary boosting ratio by appropriately adjusting the time ratio of these four operation modes M1 to M4. For example, the converter 4 performs different operations when the boost ratio is less than twice and when the boost ratio is twice or more.
  • the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf is controlled to be about a half of the output voltage Vout of the converter 4, and the input voltage of the converter 4 (that is, The magnitude relationship among the output voltage Vs of the solar cell 1, the output voltage Vout of the converter 4, and the charge voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf is, for example, as in the following Equation 1.
  • the gate pulse calculator 9 sets the pulse width and timing of the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 and the pulse width and timing of the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 so that an arbitrary step-up ratio of 1 to 2 is obtained.
  • the calculation result is supplied to the gate pulse generator 10.
  • the gate pulse generator 10 supplies a control signal as shown in the waveform diagram of FIG. 4A to the switches SW101 and SW102 according to the calculation result.
  • the converter 4 outputs a voltage Vout having an arbitrary step-up ratio that is 1 to 2 times the input voltage Vs by repeating the above series of operations.
  • the converter 4 mainly stores the input energy in the first half period TP11. During the period TP12, the stored energy output operation is mainly performed.
  • the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf is controlled to be about a half of the output voltage Vout of the converter 4, and the input voltage of the converter 4 (that is, The magnitude relationship among the output voltage Vs of the solar cell 1, the output voltage Vout of the converter 4, and the charge voltage Vcf of the charge / discharge capacitor Cf is, for example, as shown in the following Expression 2.
  • the gate pulse calculator 9 calculates the pulse width and timing of the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 and the pulse width and timing of the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 so that an arbitrary step-up ratio of 2 or more can be obtained.
  • the operation result is supplied to the gate pulse generator 10.
  • the gate pulse generator 10 supplies a control signal as shown in the waveform diagram of FIG. 4B to the switches SW101 and SW102 according to the calculation result.
  • the converter 4 outputs the output voltage Vout having an arbitrary step-up ratio more than twice the input voltage Vs by repeating the above series of operations. That is, the converter 4 mainly performs the operation of storing the input energy in the first half period TP21 in one cycle TP2 in which the operation mode M4, the operation mode M1, the operation mode M4, and the operation mode M2 are sequentially performed. In the latter half period TP22, the operation of outputting the accumulated energy is mainly performed.
  • Vip is the voltage across the capacitor C1 in the smoothing capacitor Co
  • Vin is the voltage across the capacitor C2 in the smoothing capacitor Co (see FIG. 1).
  • the converter 4 stops the boosting operation.
  • the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf satisfies the relationship expressed by the following formula 5 between the voltage Vip across the capacitor C1 in the smoothing capacitor Co and the voltage drop Vzd of the Zener diode ZD.
  • Vcf Vip ⁇ Vzd Equation 5
  • the switch SW101 is turned on while maintaining the switch SW102 in the off state.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source
  • a current as shown by a broken line flows, energy is accumulated in the reactor L, and energy is accumulated in the charge / discharge capacitor Cf. That is, the charging voltage Vcf corresponding to the output voltage Vs of the solar cell 1 is charged in the charging / discharging capacitor Cf.
  • the switch SW101 is turned off while maintaining the switch SW102 in the off state.
  • a current as shown by a broken line flows, and the energy accumulated in the reactor L is transferred to the charge / discharge capacitor Cf and the charge / discharge capacitor Cfs.
  • the gate pulse calculator 9 calculates the pulse width and timing of the gate signal ⁇ S1 of the switch SW101 and the pulse width and timing of the gate signal ⁇ S2 of the switch SW102 so that this series of operations is performed.
  • the gate pulse calculator 9 supplies the calculation result to the gate pulse generator 10.
  • the gate pulse generator 10 supplies control signals as shown in FIGS. 5A to 5C to the switches SW101 and SW102 according to the calculation result.
  • the converter 4 can charge the charging voltage Vcf to the charging / discharging capacitor Cf by the series of operations described above.
  • the starting power determination unit 11 charges the charging / discharging capacitor Cf.
  • the output power P of the solar cell is estimated by the following formula 7.
  • P (C * (Vcf2) 2/2-C * (Vcf1) 2/2) / ( ⁇ T) ⁇ equation (7)
  • C represents the capacitor capacity of the charge / discharge capacitor Cf.
  • Vcf2 represents the voltage at the end of the start-up power determination of the charge / discharge capacitor Cf.
  • Vcf2 is a value of the charging voltage Vcf that satisfies Equation 4 above.
  • Vcf1 represents a voltage at the start of determination of the starting power of the charge / discharge capacitor Cf.
  • ⁇ T represents the time when the voltage of the charge / discharge capacitor Cf is charged from Vcf1 to Vcf2, that is, the charge time of the charge / discharge capacitor Cf.
  • the starting electric power determination part 11 determines whether the estimated output electric power of the solar cell 1 is more than the threshold value Pth.
  • the threshold value Pth is obtained, for example, by experimentally obtaining a minimum value (minimum starting power) of the output power of the solar cell 1 that allows the inverter 5 to operate stably and adding a predetermined margin to the minimum value. Value.
  • the threshold value Pth is 100W.
  • the threshold value Pth may be a value smaller than 100 W corresponding to the minimum activation power.
  • the threshold value Pth may be a value larger than 100 W corresponding to the minimum starting power.
  • the activation power determination unit 11 determines that the power conditioner 3 can be activated when the output power of the solar cell 1 is equal to or greater than the threshold value Pth.
  • the startup power determination unit 11 determines that the power conditioner 3 cannot be started when the output power of the solar cell 1 is less than the threshold value Pth.
  • the charging control unit 13 when the determination by the starting power determination unit 11 is performed, the charging control unit 13 is approximately half of the voltage to be charged to the smoothing capacitor Co during the steady operation.
  • the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf is controlled.
  • the input voltage of the inverter 5 can be suppressed to a low value. That is, since the input voltage of the inverter 5 can be suppressed to a lower value than in the steady operation, it is necessary to use an element having a high breakdown voltage for the switching element SW (for example, an element such as the transistor Tr or the freewheeling diode D) constituting the inverter 5. There is no. As a result, the manufacturing cost of the power conditioner 3 can be reduced.
  • the starting power determination unit 11 estimates the output power P of the solar cell 1 according to the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf and the charging time of the charging / discharging capacitor Cf, and the estimated output It is determined whether or not the power P is greater than or equal to the threshold value Pth.
  • the estimated output power P is greater than or equal to the threshold value Pth, it is determined that the power conditioner 3 can be activated, and the estimated output power P is equal to the threshold value.
  • it is less than Pth it is determined that the power conditioner 3 cannot be activated.
  • the time until the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf in the converter 4 becomes about 1 ⁇ 2 of the voltage to be output by the converter 4 in the steady operation is detected. By doing so, it can be determined whether the power conditioner 3 is at a level at which the power conditioner 3 can be activated with respect to the generated power of the solar cell 1.
  • Embodiment 2 the photovoltaic power generation system 100i according to the second embodiment will be described. Below, it demonstrates focusing on a different part from Embodiment 1.
  • FIG. 1 the photovoltaic power generation system 100i according to the second embodiment.
  • the level of the initial voltage Vcf1 of the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf used for the start determination is not particularly considered, but if the initial voltage Vcf1 of the charging voltage Vcf is high, power calculation is performed. The accuracy is likely to be lowered, and the accuracy of the activation determination may be lowered.
  • two charge / discharge capacitors Cf and Cfs are prepared as charge / discharge capacitor candidates used for the start determination, and the start determination is performed according to the initial voltages of the two charge / discharge capacitors Cf and Cfs. Select the charge / discharge capacitor to be used.
  • the power conditioner 3i of the photovoltaic power generation system 100i further includes a voltage detector 12i, and includes a startup power determination unit 11i instead of the startup power determination unit 11 (see FIG. 1).
  • the voltage detector 12i detects the voltage across the charge / discharge capacitor Cfs, that is, the charge voltage Vcfs of the charge / discharge capacitor Cf. For example, the voltage detector 12i repeatedly detects the charging voltage Vcfs of the charging / discharging capacitor Cfs at a predetermined time interval. The voltage detector 12 i supplies the detected voltage Vcf to the gate pulse calculator 9.
  • the starting power determination unit 11i receives the charging voltage Vcf of the charging / discharging capacitor Cf from the voltage detector 8, and receives the charging voltage Vcfs of the charging / discharging capacitor Cfs from the voltage detector 12i. For example, the starting power determination unit 11i receives the initial voltage Vcf1 of the charge / discharge capacitor Cf from the voltage detector 8 and detects the initial voltage Vcfs1 of the charge / discharge capacitor Cfs before starting charging of the charge / discharge capacitors Cf, Cfs. Receive from vessel 12i.
  • the starting power determination unit 11i selects a charge / discharge capacitor to be used for determination according to the initial voltage Vcf1 of the charge / discharge capacitor Cf and the initial voltage Vcfs1 of the charge / discharge capacitor Cfs. For example, the starting power determination unit 11i selects a charge / discharge capacitor having a smaller initial voltage among the charge / discharge capacitors Cf and Cfs.
  • the starting electric power determination part 11i determines whether the output electric power of the solar cell 1 is more than the threshold value Pth according to the charging voltage of the selected charging / discharging capacitor
  • the converter 4 performs an operation as shown in, for example, FIGS. 3 (a), 7 (a), and 7 (b).
  • both the switch SW101 and the switch SW102 are turned on.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source, a current as shown by a broken line flows and energy is accumulated in the reactor L.
  • the switch SW101 is turned off while the switch SW102 is kept on.
  • the output voltage Vs of the solar cell 1 as an equivalent voltage source, a current as shown by a broken line flows, and the energy accumulated in the reactor L is transferred to the charge / discharge capacitor Cfs.
  • the starting power determination unit 11i selects a charge / discharge capacitor to be used for determination according to the initial voltage Vcf1 of the charge / discharge capacitor Cf and the initial voltage Vcfs1 of the charge / discharge capacitor Cfs. For example, the starting power determination unit 11i selects a charge / discharge capacitor having a smaller initial voltage among the charge / discharge capacitors Cf and Cfs. And starting power determination part 11i determines whether the output electric power of a solar cell is more than a threshold value according to the charge voltage of the selected charging / discharging capacitor
  • the starting power determination unit 11i estimates the output power of the solar cell 1 according to the charging voltage of the selected charging / discharging capacitor and the charging time of the selected charging / discharging capacitor, and the estimated output power is the threshold value Pth. It is determined whether the power conditioner 3i can be activated when the estimated output power is greater than or equal to the threshold value Pth, and the power is output when the estimated output power is less than the threshold value Pth. It is determined that the conditioner 3i cannot be activated. Thereby, the calculation precision of the output electric power of the solar cell 1 can be improved, and the precision of starting determination of the power conditioner 3i can be improved.
  • the power conditioner and the solar power generation system according to the present invention are useful for determining the start of the power conditioner.

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Abstract

　パワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換して系統へ出力するパワーコンディショナであって、充放電コンデンサを有し、前記充放電コンデンサを用いて前記発電された直流電力を昇圧するコンバータと、前記昇圧された直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑化された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを前記系統に接続する出力リレーと、前記充放電コンデンサの充電電圧に応じて、前記太陽電池の出力電力が閾値以上であるか否かを判定する起動電力判定部と、前記起動電力判定部による判定が行われる際に、定常動作時に前記平滑コンデンサに充電されるべき電圧の略半分になるように、前記充放電コンデンサの充電電圧を制御する充電制御部とを備える。

Description

パワーコンディショナ、及び太陽光発電システム
　本発明は、パワーコンディショナ、及び太陽光発電システムに関する。
　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ィ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（系統）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。
　太陽光発電システムでは、太陽電池が出力を開始しても発電電力が不足した場合、パワーコンディショナが待機状態になる頻度が高く、起動と待機とを頻繁に繰り返すことになる。このため、待機状態となる度に出力リレーをオフすることが必要となり、出力リレーの開閉回数が多くなって、出力リレーの接点寿命が短くなる可能性がある。
　特許文献１には、コンバータから出力された直流電圧を平滑化するコンデンサがコンバータとインバータとの間に接続されたパワーコンディショナにおいて、第１の電圧検出器により検出されたコンバータの入力電圧と第２の電圧検出器により検出されたコンデンサ電圧とを用いて太陽電池モジュールの最大出力推定値を推定し、コンバータ及びインバータを制御することが記載されている。具体的には、コンバータが起動されたらコンデンサの充電が開始され、コンデンサの充電が完了したらコンデンサの充電に要した電力を求め、求められた電力から太陽電池モジュールの最大出力推定値を推定し、最大出力推定値を所定値と比較する。これにより、特許文献１によれば、パワーコンディショナの起動判定を精度よく行うことができ、頻繁な起動・待機の繰り返しを抑制できるとされている。
特開２００９－２４７１８４号公報
　特許文献１に記載の技術では、コンデンサの充電電圧の変化と充電に要した時間とから電力を演算するため、判定開始時のコンデンサの充電電圧が高いと電力演算精度が低くなるので、判定を開始しようとしたときにコンデンサの充電電圧が高い場合にはインバータの入力電圧が所定電圧以下となるまで電力判定を待機する必要がある。また、朝夕など日射量が少ない場合には電力演算に時間がかかりやすい。これにより、パワーコンディショナを起動してよいかどうかを判定するまでの時間が長くなる傾向にある。
　また、特許文献１に記載の技術では、太陽電池モジュールからコンバータに入力される電力がインバータの入力段のコンデンサに全て蓄積されるまでコンデンサが充電されるので、インバータの入力電圧が非常に高い値まで上昇する。すなわち、定常動作時に比べて、インバータの入力電圧が高い値まで上昇するため、インバータを構成するスイッチング素子に耐圧の高い素子を使う必要がある。インバータを構成するスイッチング素子に耐圧の高い素子を使うと、パワーコンディショナの製造コストが増大する可能性がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造コストを低減できるパワーコンディショナ、及び太陽光発電システムを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかるパワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換して系統へ出力するパワーコンディショナであって、充放電コンデンサを有し、前記充放電コンデンサを用いて前記発電された直流電力を昇圧するコンバータと、前記昇圧された直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、前記平滑化された直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータを前記系統に接続する出力リレーと、前記充放電コンデンサの充電電圧に応じて、前記太陽電池の出力電力が閾値以上であるか否かを判定する起動電力判定部と、前記起動電力判定部による判定が行われる際に、定常動作時に前記平滑コンデンサに充電されるべき電圧の略半分になるように、前記充放電コンデンサの充電電圧を制御する充電制御部とを備えたことを特徴とする。
　本発明によれば、起動判定時に、インバータの入力電圧を低い値に抑制できる。すなわち、定常動作時に比べて、インバータの入力電圧を低い値に抑制できるため、インバータを構成するスイッチング素子（例えば、トランジスタや還流ダイオードなどの素子）に耐圧の高い素子を使う必要がない。この結果、パワーコンディショナの製造コストを低減できる。
図１は、実施の形態１にかかる太陽光発電システムの構成を示す図である。 図２は、実施の形態１における定常動作に関連した構成を示す図である。 図３は、実施の形態１における定常動作時の電流経路を示す図である。 図４は、実施の形態１における定常動作を示す図である。 図５は、実施の形態１における起動電力判定時の電流経路を示す図である。 図６は、実施の形態２にかかる太陽光発電システムの構成を示す図である。 図７は、実施の形態２における起動電力判定時の電流経路を示す図である。
　以下に、本発明にかかる太陽光発電システム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この発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　実施の形態１にかかる太陽光発電システム１００について図１を用いて説明する。図１は、太陽光発電システム１００の構成を示す図である。
　太陽光発電システム１００では、太陽電池１と系統２とをパワーコンディショナ３によって連系させる。すなわち、パワーコンディショナ３は、太陽電池１で発電された直流電力を交流電力に変換して系統２へ出力する。太陽電池１は、例えば、複数の太陽電池セルが２次元状に配列されたものである。太陽電池１は、例えば、日射量に応じて直流電力を発生（発電）する。
　太陽光発電システム１００では、太陽電池１が出力を開始しても発電電力が不足した場合、パワーコンディショナ３が待機状態になる頻度が高いと、起動と待機を頻繁に繰り返すことになる。このため、待機状態となる度に出力リレー６をオフすることが必要となり、出力リレー６の開閉回数が多くなって、出力リレー６の接点寿命が短くなる可能性がある。
　この課題を解決するために、例えば、次の第１の工程から第６の工程を含む方法を実施することが考えられる。
　第１の工程では、コンバータ４から出力された直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサＣｏの充電電圧変化とその所要時間から、平滑コンデンサＣｏに充電された電力を演算する。
　第２の工程では、第１の工程により演算された電力より太陽電池１の最大電力点を推定する。太陽電池１の最大電力点は、太陽電池１の出力電力の変化を示すカーブにおいて、コンバータ４停止時の電圧の約８割の電圧に対応した位置に存在する。太陽電池１の特性は一定なので電力が演算された時の太陽電池１の出力電圧より最大電力点の電圧に対する割合がわかれば、演算された電力より太陽電池１の最大電力点が推定可能である。
　第３の工程では、推定された最大電力点から起動可否を判定する。
　第４の工程では、推定した太陽電池の最大電力点が所定値よりも大きい時に起動ＯＫと判断し、インバータ５を動作させ、出力リレー６によりインバータ５を系統２に接続して系統２に電力を出力する。
　第５の工程では、推定した太陽電池１の最大電力点が所定値よりも小さい時は発電不足と判断する。所定時間待機した後、再び起動判定を行う。
　第６の工程では、平滑コンデンサＣｏへの充電を完了する時間が所定時間より長い場合も、発電不足と判断する。
　この方法では、平滑コンデンサＣｏの充電電圧の変化と充電に要した時間とから電力を演算するため、判定開始時の平滑コンデンサＣｏの充電電圧が高いと電力演算精度が低くなるので、判定を開始しようとしたときに平滑コンデンサＣｏの充電電圧が高い場合にはインバータ５の入力電圧が所定電圧以下となるまで電力判定を待機する必要がある。また、朝夕など日射量が少ない場合には電力演算に時間がかかりやすい。これにより、パワーコンディショナ３を起動してよいかどうかを判定するまでの時間が長くなる傾向にある。
　また、この方法では、太陽電池１からコンバータ４に入力される電力がインバータ５の入力段の平滑コンデンサＣｏに全て蓄積されるまで平滑コンデンサＣｏが充電されるので、インバータ５の入力電圧が非常に高い値まで上昇する。すなわち、定常動作時に比べて、インバータ５の入力電圧が高くまで上昇するため、インバータ５を構成するスイッチング素子ＳＷ（例えば、トランジスタＴｒや還流ダイオードＤなどの素子）に耐圧の高い素子を使う必要がある。インバータ５を構成するスイッチング素子ＳＷに耐圧の高い素子を使うと、パワーコンディショナ３の製造コストが増大する可能性がある。
　そこで、パワーコンディショナ３の起動判定に要する時間を短縮するとともに、パワーコンディショナ３の製造コストを低減するために、実施の形態１では、次のような工夫を行う。以下、具体的に説明する。
　パワーコンディショナ３は、平滑コンデンサＣｉｎ、コンバータ４、平滑コンデンサＣｏ、インバータ５、出力リレー６、電圧検出器７、電圧検出器８、充電制御部１３、及び起動電力判定部１１を備える。
　平滑コンデンサＣｉｎは、コンバータ４の入力側に配され、太陽電池１とコンバータ４との間に電気的に接続されている。平滑コンデンサＣｉｎは、太陽電池１で発電された直流電力、すなわち太陽電池１から出力された直流電力（直流電圧）を受け、直流電力（直流電圧）を平滑化してコンバータ４へ供給する。
　コンバータ４は、平滑コンデンサＣｉｎと平滑コンデンサＣｏとの間に電気的に接続されている。コンバータ４は、例えば、リアクトルＬ、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ダイオードＤ１、Ｄ２、充放電コンデンサＣｆ、Ｃｆｓ、ダイオードＤ１０４、及びツェナーダイオードＺＤを有する。
　リアクトルＬは、一端が入力端子ＩＮ１に接続され、他端がノードＮ２に接続されている。スイッチＳＷ１０１は、一端がノードＮ２に接続され、他端がノードＮ３に接続されている。スイッチＳＷ１０１は、例えば、トランジスタＴｒ１０１（例えば、ＭＯＳトランジスタ）及び還流ダイオードＤ１０１を有する。スイッチＳＷ１０２は、一端がノードＮ４を介して入力端子ＩＮ２に接続され、他端がノードＮ３に接続されている。スイッチＳＷ１０２は、例えば、トランジスタＴｒ１０２（例えば、ＭＯＳトランジスタ）及び還流ダイオードＤ１０２を有する。ダイオードＤ１は、アノードがノードＮ２に接続され、カソードがノードＮ５に接続されている。ダイオードＤ２は、アノードがノードＮ５に接続され、カソードが出力端子ＯＵＴ１に接続されている。充放電コンデンサＣｆは、一端がノードＮ５に接続され、他端がノードＮ６を介してノードＮ３に接続されている。ダイオードＤ１０４は、アノードがノードＮ６に接続され、カソードがノードＮ７に接続されている。充放電コンデンサＣｆｓは、一端がノードＮ７に接続され、他端がノードＮ８を介してノードＮ４及び出力端子ＯＵＴ２に接続されている。ツェナーダイオードＺＤは、アノードが出力端子ＯＵＴ３に接続され、カソードがノードＮ７に接続されている。
　なお、出力端子ＯＵＴ１は、ＰラインＬｐに接続され、出力端子ＯＵＴ３は、中間ラインＬｍに接続され、出力端子ＯＵＴ２は、ＰラインＬｎに接続されている。
　コンバータ４は、平滑化された直流電力を平滑コンデンサＣｉｎから受ける。コンバータ４は、例えば、リアクトルＬ、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ダイオードＤ１、Ｄ２、及び充放電コンデンサＣｆを用いて直流電力（直流電圧）を昇圧し、所定レベルの直流電力（直流電圧）に変換する。コンバータ４は、変換された直流電力（直流電圧）を出力する。
　平滑コンデンサＣｏは、コンバータ４の出力側に配され、コンバータ４とインバータ５との間に電気的に接続されている。平滑コンデンサＣｏは、例えば、ＰラインＬｐとＮラインＬｎとの間で互に直列に接続されたコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２を有する。例えば、コンデンサＣ１は、一端がＰラインＬｐに接続され、他端が中間ノードＮ１で中間ラインＬｍに接続されている。コンデンサＣ２は、一端がＮラインＬｎに接続され、他端が中間ノードＮ１で中間ラインＬｍに接続されている。なお、ＰラインＬｐ、中間ラインＬｍ、及びＮラインＬｎは、それぞれ、コンバータ４及びインバータ５を接続している。
　平滑コンデンサＣｏは、コンバータ４から出力された直流電力（直流電圧）を受け、例えばコンデンサＣ１及びコンデンサＣ２を用いて直流電力（直流電圧）を平滑化してインバータ５へ供給する。
　インバータ５は、平滑コンデンサＣｏと出力リレー６との間に電気的に接続されている。インバータ５は、例えば、負荷抵抗Ｒ及び複数のスイッチング素子ＳＷ－１～ＳＷ－４を有する。負荷抵抗Ｒは、例えば、入力端子Ｐと入力端子Ｎとの間で互に直列に接続された抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を有する。例えば、抵抗Ｒ１は、一端が入力端子Ｐに接続され、他端が入力端子Ｍに接続されている。抵抗Ｒ２は、一端が入力端子Ｎに接続され、他端が入力端子Ｍに接続されている。なお、入力端子Ｐ、入力端子Ｍ、及び入力端子Ｎは、それぞれ、ＰラインＬｐ、中間ラインＬｍ、及びＮラインＬｎに接続されている。
　複数のスイッチング素子ＳＷ－１～ＳＷ－４は、入力端子Ｐ、Ｎと出力端子Ｏ１、Ｏ２との間に接続されている。例えば、スイッチング素子ＳＷ－１は、一端が入力端子Ｐに接続され、他端が出力ノードＯＮ－１を介して出力端子Ｏ１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ－２は、一端が入力端子Ｎに接続され、他端が出力ノードＯＮ－１を介して出力端子Ｏ１に接続されている。スイッチング素子ＳＷ－３は、一端が入力端子Ｐに接続され、他端が出力ノードＯＮ－２を介して出力端子Ｏ２に接続されている。スイッチング素子ＳＷ－４は、一端が入力端子Ｎに接続され、他端が出力ノードＯＮ－２を介して出力端子Ｏ２に接続されている。各スイッチング素子ＳＷ－１～ＳＷ－４は、例えば、トランジスタＴｒ（例えば、ＭＯＳトランジスタ）及び還流ダイオードＤを有する。
　インバータ５は、平滑化された直流電力（直流電圧）を平滑コンデンサＣｏから受ける。インバータ５は、例えば複数のスイッチング素子ＳＷ－１～ＳＷ－４を用いて直流電力（直流電圧）を交流電力（交流電圧）に変換する。例えば、インバータ５は、複数のスイッチング素子ＳＷ－１～ＳＷ－４がその制御端子で起動電力判定部１１から制御信号を受け、各スイッチング素子ＳＷ－１～ＳＷ－４が制御信号に従って所定のタイミングでスイッチング動作を行うことにより、直流電力（直流電圧）を例えば２相の交流電力（交流電圧）に変換する。インバータ５は、変換された交流電力（交流電圧）を出力する。
　出力リレー６は、インバータ５と系統２との間に電気的に接続されている。出力リレー６は、例えば複数の開閉器６ａ、６ｂを有する。例えば、開閉器６ａは、一端がインバータ５の出力端子Ｏ１に接続され、他端が系統２の一端２ａに接続されている。開閉器６ｂは、一端がインバータ５の出力端子Ｏ２に接続され、他端が系統２の他端２ｂに接続されている。
　出力リレー６は、例えば複数の開閉器６ａ、６ｂを用いて、インバータ５と系統２との接続を導通したり遮断（開放）したりする。例えば、出力リレー６は、複数の開閉器６ａ、６ｂがその制御端子で起動電力判定部１１から制御信号を受け、各開閉器６ａ、６ｂが制御信号に従ってオンする（閉状態になる）ことでインバータ５と系統２との接続を導通させ、各開閉器６ａ、６ｂが制御信号に従ってオフする（開状態になる）ことでインバータ５と系統２との接続を遮断させる。
　電圧検出器７は、平滑コンデンサＣｉｎの両端の電圧を、太陽電池１の出力電圧Ｖｓとして検出する。電圧検出器７は、例えば、所定の時間間隔で太陽電池１の出力電圧Ｖｓを繰り返し検出する。電圧検出器７は、検出された出力電圧Ｖｓをゲートパルス演算器９へ供給する。
　電圧検出器８は、充放電コンデンサＣｆの両端の電圧、すなわち充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを検出する。電圧検出器８は、例えば、所定の時間間隔で充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを繰り返し検出する。電圧検出器８は、検出された電圧Ｖｃｆをゲートパルス演算器９へ供給する。
　充電制御部１３は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを制御する。すなわち、充電制御部１３は、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを電圧検出器７から受け、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを電圧検出器８から受け、太陽電池１の出力電圧Ｖｓと充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆとに応じて、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを制御する。充電制御部１３は、ゲートパルス演算器９及びゲートパルス発生器１０を有する。
　ゲートパルス演算器９は、検出された出力電圧Ｖｓを電圧検出器７から受け、検出された電圧Ｖｃｆを電圧検出器８から受ける。ゲートパルス演算器９は、太陽電池１の出力電圧Ｖｓと充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆとに応じて、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅とスイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２のパルス幅とを演算する。
　例えば、起動電力判定部１１により、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆに応じて太陽電池１の発電電力を推定し起動可否の判定を行う場合、ゲートパルス演算器９は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆが、定常動作時に平滑コンデンサＣｏに充電されるべき電圧の略半分になるように、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅とスイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２のパルス幅とを演算する。
　あるいは、例えば、コンバータ４により、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆに応じて昇圧動作を行う場合、ゲートパルス演算器９は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆが、太陽電池１の出力電圧Ｖｓに対してコンバータ４の昇圧比に対応した割合の値になるように、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅とスイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２のパルス幅とを演算する。
　ゲートパルス演算器９は、演算結果をゲートパルス発生器１０へ供給する。
　ゲートパルス発生器１０は、演算結果をゲートパルス演算器９から受ける。ゲートパルス発生器１０は、演算結果に従って、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１を発生させてスイッチＳＷ１０１の制御端子に供給するとともに、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２を発生させてスイッチＳＷ１０２の制御端子に供給する。
　起動電力判定部１１は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを電圧検出器８から受ける。起動電力判定部１１は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆに応じて、太陽電池１の出力電力が閾値以上であるか否かを判定する。例えば、起動電力判定部１１は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆと充放電コンデンサＣｆの充電時間とに応じて太陽電池１の出力電力を推定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する。
　具体的には、起動電力判定部１１は、例えば、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆが初期値から上昇し始めたら、充放電コンデンサＣｆの充電が開始されたものと判断し、タイマ（図示せず）を起動させ、充放電コンデンサＣｆの充電時間の計測を開始する。起動電力判定部１１は、例えば、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆが目標値（例えば、定常動作時に平滑コンデンサＣｏに充電されるべき電圧の略半分）に達したら、充放電コンデンサＣｆの充電が完了したものと判断し、タイマ（図示せず）を停止させる。起動電力判定部１１は、タイマにより示された値を、充放電コンデンサＣｆの充電時間として取得する。起動電力判定部１１は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆと充放電コンデンサＣｆの充電時間とから、後述する数式７を用いて太陽電池１の出力電力を推定し、推定された太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する。閾値Ｐｔｈは、例えば、インバータ５が安定して動作できるような太陽電池１の出力電力の最低値を実験的に求め、その最低値に所定のマージンを足し合わせることで、得られた値である。
　例えば、起動電力判定部１１は、太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ以上である場合、パワーコンディショナ３が起動可能であると判定する。起動電力判定部１１は、パワーコンディショナ３が起動可能であると判定されたことに応じて、パワーコンディショナ３が定常運転を行うように制御する。すなわち、起動電力判定部１１は、ゲートパルス演算器９及びゲートパルス発生器１０を介してコンバータ４が昇圧動作を行うように制御するとともに、インバータ５及び出力リレー６が動作するように制御する。例えば、起動電力判定部１１は、コンバータ４におけるスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２にスイッチング動作を行わせてコンバータ４による電力変換動作（昇圧動作）を制御するとともに、インバータ５における各スイッチング素子ＳＷにスイッチング動作を行わせてインバータ５による電力変換動作を制御し、出力リレー６がインバータ５と系統２との接続を導通させるように制御する。
　あるいは、例えば、起動電力判定部１１は、太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ未満である場合、パワーコンディショナ３が起動不可であると判定する。起動電力判定部１１は、パワーコンディショナ３が起動不可であると判定されたことに応じて、パワーコンディショナ３が待機状態になるように制御する。すなわち、起動電力判定部１１は、ゲートパルス演算器９及びゲートパルス発生器１０を介してコンバータ４が待機状態になるように制御するとともに、インバータ５及び出力リレー６が待機状態になるように制御する。例えば、起動電力判定部１１は、コンバータ４におけるスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２をいずれもオフ状態に維持するように制御するとともに、インバータ５における各スイッチング素子ＳＷをオフ状態に維持するように制御し、出力リレー６がインバータ５と系統２との接続を遮断（開放）させるように制御する。
　次に、パワーコンディショナ３が定常運転を行う際におけるコンバータ４の動作（昇圧動作）について説明する。
　パワーコンディショナ３の定常動作には、例えば、図２に示すようなコンバータ４における一部の構成要素が用いられる。すなわち、パワーコンディショナ３の定常動作時において、コンバータ４は、例えば、リアクトルＬ、スイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２、ダイオードＤ１０１、Ｄ１０２、及び充放電コンデンサＣｆを用いて直流電力（直流電圧）を昇圧し、所定レベルの直流電力（直流電圧）に変換する。言い換えると、充放電コンデンサＣｆｓ、ダイオードＤ１０４、及びツェナーダイオードＺＤは、コンバータ４の昇圧動作に用いられない。
　それに応じて、コンバータ４とインバータ５との間の中間ラインＬｍも機能せず、平滑コンデンサＣｏは、等価的に、一端がＰラインＬｐに接続され他端がＮラインＬｎに接続された１つのコンデンサとして機能する。また、インバータ５における負荷抵抗Ｒは、等価的に、一端が入力端子Ｐに接続され他端が入力端子Ｎに接続された１つの抵抗として機能する。
　このとき、コンバータ４は、図３（ａ）～（ｄ）に示すように、例えば４つの動作モードＭ１～Ｍ４を有する。
　例えば、図３（ａ）に示す動作モードＭ１では、スイッチＳＷ１０１がオンし、スイッチＳＷ１０２がオフする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬにエネルギーが蓄積されるとともに、充放電コンデンサＣｆにエネルギーが蓄積される。すなわち、太陽電池１の出力電圧Ｖｓに応じた充電電圧Ｖｃｆが、充放電コンデンサＣｆに充電される。
　例えば、図３（ｂ）に示す動作モードＭ２では、スイッチＳＷ１０１がオフし、スイッチＳＷ１０２がオンする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬにエネルギーが蓄積されるとともに、充放電コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｏへ放出される。すなわち、充放電コンデンサＣｆが放電され、充電電圧Ｖｃｆに応じたコンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔが平滑コンデンサＣｏに充電される。
　例えば、図３（ｃ）に示す動作モードＭ３では、スイッチＳＷ１０１とスイッチＳＷ１０２とが共にオフする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｏへ放出される。
　例えば、図３（ｄ）に示す動作モードＭ４では、スイッチＳＷ１０１とスイッチＳＷ１０２とが共にオンする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬにエネルギーが蓄積される。
　コンバータ４は、これら４つの動作モードＭ１～Ｍ４の時間的比率を適宜調整することで、任意の昇圧比の昇圧動作を行うことができる。例えば、コンバータ４は、昇圧比が２倍未満の場合と昇圧比が２倍以上の場合とで異なる動作を行う。
　例えば、昇圧比が２倍未満の場合、図４（ａ）の波形図に示されるような動作を行う。定常状態（定常運転時）では、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆは、コンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔの約２分の１の電圧になるように制御しており、コンバータ４の入力電圧（すなわち、太陽電池１の出力電圧）Ｖｓ、コンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔ、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆの大小関係は、例えば、次の数式１のようになっている。
　　　Ｖｏｕｔ＞Ｖｓ＞Ｖｃｆ・・・数式１
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＨｉｇｈ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＬｏｗの状態（動作モードＭ１）では、スイッチＳＷ１０１がオンし、スイッチＳＷ１０２がオフする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→ダイオードＤ１→充放電コンデンサＣｆ→スイッチＳＷ１０１の経路で、平滑コンデンサＣｉｎからリアクトルＬと充放電コンデンサＣｆとに、エネルギーが移行する（図３（ａ）参照）。
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＬｏｗ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＬｏｗの状態（動作モードＭ３）では、スイッチＳＷ１０１がオフし、スイッチＳＷ１０２がオフする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→ダイオードＤ１→ダイオードＤ２→平滑コンデンサＣｏの経路で、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｉｎに重畳されて平滑コンデンサＣｏに移行する（図３（ｃ）参照）。
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＬｏｗ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＨｉｇｈの状態（動作モードＭ２）では、スイッチＳＷ１０１がオフし、スイッチＳＷ１０２がオンする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→スイッチＳＷ１０２→充放電コンデンサＣｆ→ダイオードＤ２→平滑コンデンサＣｏの経路で、充放電コンデンサＣｆに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｉｎに重畳されて平滑コンデンサＣｏに移行するとともに、リアクトルＬにエネルギーを蓄積する（図３（ｂ）参照）。
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＬｏｗ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＬｏｗの状態（動作モードＭ３）では、スイッチＳＷ１０１がオフし、スイッチＳＷ１０２がオフする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→ダイオードＤ１→ダイオードＤ２→平滑コンデンサＣｏの経路で、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｉｎに重畳されて平滑コンデンサＣｏに移行する（図３（ｃ）参照）。
　すなわち、ゲートパルス演算器９は、１倍から２倍の任意の昇圧比が得られるように、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅及びタイミングとスイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２のパルス幅及びタイミングとを演算し、演算結果をゲートパルス発生器１０へ供給する。ゲートパルス発生器１０は、演算結果に従い、図４（ａ）の波形図に示されるような制御信号をスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２へ供給する。
　これに応じて、コンバータ４は、上記の一連動作の繰り返しにより、入力電圧Ｖｓに対し、１倍から２倍の任意の昇圧比の電圧Ｖｏｕｔを出力する。コンバータ４は、動作モードＭ１、動作モードＭ３、動作モードＭ２、及び動作モードＭ３の動作を順次に行う１周期ＴＰ１において、前半の期間ＴＰ１１に、主として、入力されたエネルギーの蓄積動作を行い、後半の期間ＴＰ１２に、主として、蓄積されたエネルギーの出力動作を行う。
　あるいは、例えば、昇圧比が２倍以上の場合、図４（ｂ）の波形図に示されるような動作を行う。定常状態（定常運転時）では、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆは、コンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔの約２分の１の電圧になるように制御しており、コンバータ４の入力電圧（すなわち、太陽電池１の出力電圧）Ｖｓ、コンバータ４の出力電圧Ｖｏｕｔ、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆの大小関係は、例えば、次の数式２のようになっている。
　　　Ｖｏｕｔ＞Ｖｃｆ＞Ｖｓ・・・数式２
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＨｉｇｈ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＨｉｇｈの状態（動作モードＭ４）では、スイッチＳＷ１０１がオンし、スイッチＳＷ１０２がオンする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→スイッチＳＷ１０２→スイッチＳＷ１０１の経路で、平滑コンデンサＣｉｎからリアクトルＬにエネルギーが移行する（図３（ｄ）参照）。
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＨｉｇｈ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＬｏｗの状態（動作モードＭ１）では、スイッチＳＷ１０１がオンし、スイッチＳＷ１０２がオフする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→ダイオードＤ１→充放電コンデンサＣｆ→スイッチＳＷ１０１の経路で、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｉｎに重畳されて充放電コンデンサＣｆに移行する（図３（ａ）参照）。
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＨｉｇｈ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＨｉｇｈの状態（動作モードＭ４）では、スイッチＳＷ１０１がオンし、スイッチＳＷ１０２がオンする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→スイッチＳＷ１０２→スイッチＳＷ１０１の経路で、平滑コンデンサＣｉからリアクトルＬにエネルギーが移行する（図３（ｄ）参照）。
　スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１がＬｏｗ、スイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２がＨｉｇｈの状態（動作モードＭ２）では、スイッチＳＷ１０１がオフし、スイッチＳＷ１０２がオンする。これにより、平滑コンデンサＣｉｎ（図２参照）→リアクトルＬ→スイッチＳＷ１０２→充放電コンデンサＣｆ→ダイオードＤ２→平滑コンデンサＣｏの経路で、リアクトルＬと充放電コンデンサＣｆとに蓄積されたエネルギーが平滑コンデンサＣｉに重畳されて平滑コンデンサＣｏに移行する（図３（ｂ）参照）。
　すなわち、ゲートパルス演算器９は、２倍以上の任意の昇圧比が得られるように、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅及びタイミングとスイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２のパルス幅及びタイミングとを演算し、演算結果をゲートパルス発生器１０へ供給する。ゲートパルス発生器１０は、演算結果に従い、図４（ｂ）の波形図に示されるような制御信号をスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２へ供給する。
　これに応じて、コンバータ４は、上記の一連動作の繰り返しにより、入力電圧Ｖｓに対し、２倍以上の任意の昇圧比の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。すなわち、コンバータ４は、動作モードＭ４、動作モードＭ１、動作モードＭ４、及び動作モードＭ２の動作を順次に行う１周期ＴＰ２において、前半の期間ＴＰ２１に、主として、入力されたエネルギーの蓄積動作を行い、後半の期間ＴＰ２２に、主として、蓄積されたエネルギーの出力動作を行う。
　このとき、図４（ａ）の波形図と図４（ｂ）の波形図とを比較すると、例えば、次の数式３の関係が成立していることにより、図４（ａ）の場合に比べて、図４（ｂ）の場合に、大きな昇圧比が得られることが理解される。
　　　ＴＰ２１／（ＴＰ２２）＞ＴＰ１１／（ＴＰ１２）・・・数式３
　なお、図４（ａ）の場合及び図４（ｂ）の場合のいずれにおいても、上記動作に加えて、コンバータ４において、コンバータ４が動作中の場合、充放電コンデンサＣｆの電圧Ｖｃｆは、例えば、次の数式４が成り立つように制御される。
　　Ｖｃｆ≒（Ｖｉｐ＋Ｖｉｎ）／２・・・数式４
　数式４において、Ｖｉｐは、平滑コンデンサＣｏにおけるコンデンサＣ１の両端電圧であり、Ｖｉｎは、平滑コンデンサＣｏにおけるコンデンサＣ２の両端電圧である（図１参照）。
　次に、起動電力判定部１１によるパワーコンディショナ３の起動判定を行う際におけるコンバータ４の動作について説明する。
　起動電力判定部１１による判定が行われる際に、コンバータ４は、昇圧動作を停止している。このとき、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆは、平滑コンデンサＣｏにおけるコンデンサＣ１の両端電圧Ｖｉｐと、ツェナーダイオードＺＤの電圧降下Ｖｚｄとの間で、次の数式５に示す関係を満たす。
　　　Ｖｃｆ＝Ｖｉｐ－Ｖｚｄ・・・数式５
　この状態で、図５（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１０２をオフ状態に維持しながら、スイッチＳＷ１０１をオンする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬにエネルギーが蓄積されるとともに、充放電コンデンサＣｆにエネルギーが蓄積される。すなわち、太陽電池１の出力電圧Ｖｓに応じた充電電圧Ｖｃｆが、充放電コンデンサＣｆに充電される。
　次に、図５（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１０２をオフ状態に維持しながら、スイッチＳＷ１０１をオフする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが充放電コンデンサＣｆと充放電コンデンサＣｆｓとに移行する。
　その後、リアクトルＬ及び充放電コンデンサＣｆに流れる電流がゼロとなってから、図５（ｃ）に示すように、スイッチＳＷ１０１を再びオンする。これにより、充放電コンデンサＣｆｓに蓄積されたエネルギーは、ツェナーダイオードＺＤを介して、平滑コンデンサＣｏにおけるコンデンサＣ２に移行する。
　すなわち、ゲートパルス演算器９は、この一連の動作が行われるように、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅及びタイミングとスイッチＳＷ１０２のゲート信号φＳ２のパルス幅及びタイミングとを演算する。
　例えば、ゲートパルス演算器９は、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１のパルス幅Ｄを、次の数式６が満たされるように演算する。また、ゲートパルス演算器９は、スイッチＳＷ１０１のゲート信号φＳ１をオフレベルに固定するように演算する。
　　　Ｄ＝１０／（Ｖｓ－Ｖｃｆ）・・・数式６
　そして、ゲートパルス演算器９は、演算結果をゲートパルス発生器１０へ供給する。ゲートパルス発生器１０は、演算結果に従い、図５（ａ）～（ｃ）に示されるような制御信号をスイッチＳＷ１０１、ＳＷ１０２へ供給する。
　これに応じて、コンバータ４は、上記の一連の動作により、充放電コンデンサＣｆへ充電電圧Ｖｃｆを充電可能である。
　次に、起動電力判定部１１によるパワーコンディショナ３の起動判定の動作について説明する。
　ゲートパルス演算器９とゲートパルス発生器１０とにより、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを、上記の数式４を満たす値まで充電させるとすると、起動電力判定部１１は、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆと充放電コンデンサＣｆの充電時間とに応じて、次の数式７により太陽電池の出力電力Ｐを推定する。
　　　Ｐ＝（Ｃ＊（Ｖｃｆ２）２／２－Ｃ＊（Ｖｃｆ１）２／２）／（ΔＴ）・・・数式７
　数式７において、Ｃは、充放電コンデンサＣｆのコンデンサ容量を表す。Ｖｃｆ２は、充放電コンデンサＣｆの起動電力判定終了時の電圧を表す。例えば、Ｖｃｆ２は、上記の数式４を満たす充電電圧Ｖｃｆの値である。Ｖｃｆ１は、充放電コンデンサＣｆの起動電力判定開始時の電圧を表す。ΔＴは、充放電コンデンサＣｆの電圧がＶｃｆ１からＶｃｆ２まで充電された時間、すなわち充放電コンデンサＣｆの充電時間を表す。
　そして、起動電力判定部１１は、推定された太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する。閾値Ｐｔｈは、例えば、インバータ５が安定して動作できるような太陽電池１の出力電力の最低値（最低起動電力）を実験的に求め、その最低値に所定のマージンを足し合わせることで、得られた値である。例えば、閾値Ｐｔｈは、１００Ｗである。あるいは、例えば、パワーコンディショナ３の最低起動電力が１００Ｗより小さい場合、閾値Ｐｔｈは、その最低起動電力に応じた１００Ｗより小さな値でもよい。あるいは、例えば、パワーコンディショナ３の最低起動電力が１００Ｗより大きい場合、閾値Ｐｔｈは、その最低起動電力に応じた１００Ｗより大きな値でもよい。
　例えば、起動電力判定部１１は、太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ以上である場合、パワーコンディショナ３が起動可能であると判定する。
　あるいは、例えば、起動電力判定部１１は、太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ未満である場合、パワーコンディショナ３が起動不可であると判定する。
　以上のように、実施の形態１では、充電制御部１３が、起動電力判定部１１による判定が行われる際に、定常動作時に平滑コンデンサＣｏに充電されるべき電圧の略半分になるように、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを制御する。これにより、起動判定時に、インバータ５の入力電圧を低い値に抑制できる。すなわち、定常動作時に比べて、インバータ５の入力電圧を低い値に抑制できるため、インバータ５を構成するスイッチング素子ＳＷ（例えば、トランジスタＴｒや還流ダイオードＤなどの素子）に耐圧の高い素子を使う必要がない。この結果、パワーコンディショナ３の製造コストを低減できる。
　また、実施の形態１では、起動電力判定部１１が、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆと充放電コンデンサＣｆの充電時間とに応じて太陽電池１の出力電力Ｐを推定し、推定された出力電力Ｐが閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定し、推定された出力電力Ｐが閾値Ｐｔｈ以上である場合にパワーコンディショナ３が起動可能であると判定し、推定された出力電力Ｐが閾値Ｐｔｈ未満である場合にパワーコンディショナ３が起動不可であると判定する。これにより、パワーコンディショナ３の動作開始前に、コンバータ４内の充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆが定常運転時にコンバータ４の出力すべき電圧の約１／２の電圧となるまでの時間を検出することで、太陽電池１の発電電力についてパワーコンディショナ３が起動可能なレベルか否かを判定できる。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２にかかる太陽光発電システム１００ｉについて説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
　実施の形態１では、起動判定に用いる充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆの初期電圧Ｖｃｆ１のレベルがどの程度であるかについて特に考慮していないが、充電電圧Ｖｃｆの初期電圧Ｖｃｆ１が高いと電力演算精度が低くなりやすく起動判定の精度も低下する可能性がある。
　そこで、実施の形態２では、起動判定に用いる充放電コンデンサの候補として例えば２つの充放電コンデンサＣｆ、Ｃｆｓを用意し、２つの充放電コンデンサＣｆ、Ｃｆｓのそれぞれの初期電圧に応じて起動判定に用いる充放電コンデンサを選択する。
　具体的には、太陽光発電システム１００ｉのパワーコンディショナ３ｉは、電圧検出器１２ｉをさらに備え、起動電力判定部１１（図１参照）に代えて起動電力判定部１１ｉを備える。
　電圧検出器１２ｉは、充放電コンデンサＣｆｓの両端の電圧、すなわち充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆｓを検出する。電圧検出器１２ｉは、例えば、所定の時間間隔で充放電コンデンサＣｆｓの充電電圧Ｖｃｆｓを繰り返し検出する。電圧検出器１２ｉは、検出された電圧Ｖｃｆをゲートパルス演算器９へ供給する。
　起動電力判定部１１ｉは、充放電コンデンサＣｆの充電電圧Ｖｃｆを電圧検出器８から受け、充放電コンデンサＣｆｓの充電電圧Ｖｃｆｓを電圧検出器１２ｉから受ける。例えば、起動電力判定部１１ｉは、充放電コンデンサＣｆ、Ｃｆｓの充電を開始させる前において、充放電コンデンサＣｆの初期電圧Ｖｃｆ１を電圧検出器８から受け、充放電コンデンサＣｆｓの初期電圧Ｖｃｆｓ１を電圧検出器１２ｉから受ける。
　このとき、起動電力判定部１１ｉは、充放電コンデンサＣｆの初期電圧Ｖｃｆ１と充放電コンデンサＣｆｓの初期電圧Ｖｃｆｓ１とに応じて判定に用いる充放電コンデンサを選択する。例えば、起動電力判定部１１ｉは、充放電コンデンサＣｆ、Ｃｆｓのうち初期電圧が小さい方の充放電コンデンサを選択する。
　そして、起動電力判定部１１ｉは、選択された充放電コンデンサの充電電圧に応じて、太陽電池１の出力電力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定する。すなわち、起動電力判定部１１ｉは、選択された充放電コンデンサの充電電圧と選択された充放電コンデンサの充電時間とに応じて太陽電池１の出力電力を推定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ以上である場合にパワーコンディショナ３ｉが起動可能であると判定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ未満である場合にパワーコンディショナ３ｉが起動不可であると判定する。
　また、起動電力判定部１１ｉによるパワーコンディショナ３ｉの起動判定を行う際におけるコンバータ４の動作が次の点で実施の形態１と異なる。
　例えば、判定に用いる充放電コンデンサとして充放電コンデンサＣｆｓが選択された場合、コンバータ４は、例えば図３（ａ）、図７（ａ）、（ｂ）に示すような動作を行う。
　すなわち、図３（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１０１及びスイッチＳＷ１０２をともにオンする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬにエネルギーが蓄積される。
　次に、図７（ａ）に示すように、スイッチＳＷ１０２をオン状態に維持しながら、スイッチＳＷ１０１をオフする。これにより、太陽電池１の出力電圧Ｖｓを等価的な電圧源として、破線で示すような電流が流れ、リアクトルＬに蓄積されたエネルギーが充放電コンデンサＣｆｓに移行する。
　その後、リアクトルＬ及び充放電コンデンサＣｆに流れる電流がゼロとなってから、図７（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ１０２をオフしてから、スイッチＳＷ１０１を再びオンする。これにより、充放電コンデンサＣｆｓに蓄積されたエネルギーは、ツェナーダイオードＺＤを介して、平滑コンデンサＣｏにおけるコンデンサＣ２に移行する。
　このように、実施の形態２では、起動電力判定部１１ｉが、充放電コンデンサＣｆの初期電圧Ｖｃｆ１と充放電コンデンサＣｆｓの初期電圧Ｖｃｆｓ１とに応じて判定に用いる充放電コンデンサを選択する。例えば、起動電力判定部１１ｉは、充放電コンデンサＣｆ、Ｃｆｓのうち初期電圧が小さい方の充放電コンデンサを選択する。そして、起動電力判定部１１ｉは、選択された充放電コンデンサの充電電圧に応じて、太陽電池の出力電力が閾値以上であるか否かを判定する。すなわち、起動電力判定部１１ｉは、選択された充放電コンデンサの充電電圧と選択された充放電コンデンサの充電時間とに応じて太陽電池１の出力電力を推定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ以上であるか否かを判定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ以上である場合にパワーコンディショナ３ｉが起動可能であると判定し、推定された出力電力が閾値Ｐｔｈ未満である場合にパワーコンディショナ３ｉが起動不可であると判定する。これにより、太陽電池１の出力電力の演算精度を向上でき、パワーコンディショナ３ｉの起動判定の精度を向上できる。
　以上のように、本発明にかかるパワーコンディショナ及び太陽光発電システムは、パワーコンディショナの起動判定に有用である。
　１　太陽電池
　２　系統
　３　パワーコンディショナ
　３ｉ　パワーコンディショナ
　４　コンバータ
　５　インバータ
　６　出力リレー
　７　電圧検出器
　８　電圧検出器
　９　ゲートパルス演算器
　１０　ゲートパルス発生器
　１１　起動電力判定部
　１１ｉ　起動電力判定部
　１２ｉ　電圧検出器
　１３　充電制御部
　１００　太陽光発電システム
　１００ｉ　太陽光発電システム
　Ｃｆ　充放電コンデンサ
　Ｃｆｓ　充放電コンデンサ

Claims (6)

  1. 　太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換して系統へ出力するパワーコンディショナであって、
    　充放電コンデンサを有し、前記充放電コンデンサを用いて前記発電された直流電力を昇圧するコンバータと、
    　前記昇圧された直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
    　前記平滑化された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    　前記インバータを前記系統に接続する出力リレーと、
    　前記充放電コンデンサの充電電圧に応じて、前記太陽電池の出力電力が閾値以上であるか否かを判定する起動電力判定部と、
    　前記起動電力判定部による判定が行われる際に、定常動作時に前記平滑コンデンサに充電されるべき電圧の略半分になるように、前記充放電コンデンサの充電電圧を制御する充電制御部と、
    　を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
  2. 　前記起動電力判定部は、前記充放電コンデンサの充電電圧と前記充放電コンデンサの充電時間とに応じて前記太陽電池の出力電力を推定し、推定された出力電力が前記閾値以上であるか否かを判定し、前記推定された出力電力が前記閾値以上である場合に前記パワーコンディショナが起動可能であると判定し、前記推定された出力電力が前記閾値未満である場合に前記パワーコンディショナが起動不可であると判定する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
  3. 　太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換して系統へ出力するパワーコンディショナであって、
    　第１の充放電コンデンサ及び第２の充放電コンデンサを有し、前記発電された直流電力を昇圧するコンバータと、
    　前記昇圧された直流電力を平滑化する平滑コンデンサと、
    　前記平滑化された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
    　前記インバータを前記系統に接続する出力リレーと、
    　前記第１の充放電コンデンサの初期電圧と前記第２の充放電コンデンサの初期電圧とに応じて判定に用いる充放電コンデンサを選択し、選択された充放電コンデンサの充電電圧に応じて、前記太陽電池の出力電力が閾値以上であるか否かを判定する起動電力判定部と、
    　前記起動電力判定部による判定が行われる際に、定常動作時に前記平滑コンデンサに充電されるべき電圧の略半分になるように、前記選択された充放電コンデンサの充電電圧を制御する充電制御部と、
    　を備えたことを特徴とするパワーコンディショナ。
  4. 　前記起動電力判定部は、前記選択された充放電コンデンサの充電電圧と前記選択された充放電コンデンサの充電時間とに応じて前記太陽電池の出力電力を推定し、推定された出力電力が前記閾値以上であるか否かを判定し、前記推定された出力電力が前記閾値以上である場合に前記パワーコンディショナが起動可能であると判定し、前記推定された出力電力が前記閾値未満である場合に前記パワーコンディショナが起動不可であると判定する
    　ことを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナ。
  5. 　太陽電池と、
    　前記太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換して系統へ出力する請求項１に記載のパワーコンディショナと、
    　を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
  6. 　太陽電池と、
    　前記太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換して系統へ出力する請求項３に記載のパワーコンディショナと、
    　を備えたことを特徴とする太陽光発電システム。
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