太陽光発電用パワーコンディショナ
【課題】太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、連系運転時に複数の太陽電池ストリングの各々から供給可能な最大電力を引き出せるようにし、自立運転時の負荷への電力供給の信頼性を向上する。
【解決手段】太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧が昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにより所定電圧に変換される。それらの電圧変換率は、連系運転時には、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃにより、各昇圧チョッパ回路毎に、その昇圧チョッパ回路に接続された太陽電池ストリングの出力特性に応じて個別に制御され、自立運転時には、一括制御部３６により一律に制御される。それにより、自立運転時には、各太陽電池ストリングについて、その出力電圧をその出力特性に応じて調整でき、供給可能な最大電力を引き出せる。また、自立運転時には、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧を一律に調整でき、それらに掛かる負担を分散できる。
【解決手段】太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧が昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにより所定電圧に変換される。それらの電圧変換率は、連系運転時には、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃにより、各昇圧チョッパ回路毎に、その昇圧チョッパ回路に接続された太陽電池ストリングの出力特性に応じて個別に制御され、自立運転時には、一括制御部３６により一律に制御される。それにより、自立運転時には、各太陽電池ストリングについて、その出力電圧をその出力特性に応じて調整でき、供給可能な最大電力を引き出せる。また、自立運転時には、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧を一律に調整でき、それらに掛かる負担を分散できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から電力系統又は負荷に供給される電力を調整するための太陽光発電用パワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）の構成を図５に示す。そのパワーコンディショナ５０には、一群の太陽電池パネルの直列接続体（以下、「太陽電池ストリング」と称する）５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ…（以下、太陽電池ストリング５１Ａ等という）が並列に接続される。パワーコンディショナ５０は、太陽電池ストリング５１Ａ等から出力される直流電力について、それぞれ、所定値に昇圧する昇圧チョッパ回路５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ…（以下、昇圧チョッパ回路５２Ａ等という）を備える。さらに、パワーコンディショナ５０は、それら昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５３を備える。
【０００３】
昇圧チョッパ回路５２Ａ等は、出力端が互いに並列に接続され、同電位とされている。インバータ回路５３は、連系運転時用の出力端子５３ａ及び自立運転時用の出力端子５３ｂを有する。出力端子５３ａは、分電盤５４に接続され、分電盤５４は、連系運転時に負荷５６が接続されるコンセントと、電力系統５５に繋がっている。出力端子５３ｂは、自立運転時に負荷５６が接続されるコンセントに繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５６を接続する対象のコンセントを変更することができる。インバータ回路５３は、電力系統５５が正常なとき、電力系統５５と連系し、出力端子５３ａから、売電用メータ（図示せず）を介して交流電力を電力系統５５に逆潮流すると共に、交流電力を負荷５６に供給する。また、インバータ回路５３は、電力系統５５が停電等により異常な状態にあるとき、電力系統５５から独立して自立運転し、出力端子５３ｂから交流電力を負荷５６にのみ供給する（破線で示す）。
【０００４】
図６に示すように、個々の太陽電池パネルでは、出力電圧の増減に応じて出力電力が変化する。出力電力には供給可能な最大限度があり、出力電力は、その最大限度の電力が得られる電圧（最適動作電圧）よりも低ければ、出力電圧の増加に伴って増加する。一方、出力電圧が最適動作電圧以上であれば、出力電力は、出力電圧の増加に伴って減少する。このような出力特性は日照量等に依存して変化する。例えば、供給可能な最大電力が日照量が多いときにはＰｍａｘであっても、日照量が少ないときにはＰｍａｘ’（Ｐｍａｘ＞Ｐｍａｘ’）に減少する。しかも、その供給可能な最大電力が得られる最適動作電圧も、ＶｍａｘからＶｍａｘ’（Ｖｍａｘ＞Ｖｍａｘ’）へと低下することがある。従って、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々の日照条件が異なる場合、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々から、供給可能な最大電力を逐次引き出すためには、それらの出力電圧を個別調整して、それらの動作点を、最大電力を供給可能な点に追従させる必要がある。特許文献１では、そのような最大電力点追従制御を各昇圧チョッパ回路が各太陽電池ストリングに対して独立して個別に行っている。最大電力点追従制御を行うことにより、たとえ日照条件が変化したとしても、各太陽電池ストリングに、常に最適な動作をさせて、それらから高効率に電力を引き出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１６０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
各太陽電池ストリングから、供給可能な最大電力を引き出せる場合、その引き出せる電力が負荷の消費電力よりも多かったとしても、連系運転時であれば、その余剰電力を電力系統に供給して売電することができる。一方、自立運転時には、パワーコンディショナは電力系統から独立していることから、電力の需要と供給のバランスを保つ必要がある。そこで、そのバランスを保つために、各昇圧チョッパ回路の出力端の電圧が一定になるように各昇圧チョッパ回路の電圧変換率をフィードバック制御することが考えられる。負荷の消費電力が太陽電池ストリングからの供給電力よりも大きい場合、各昇圧チョッパ回路の出力端の電圧は下がろうとすることから、そのようなときに、各昇圧チョッパ回路において、その出力端の電圧の変化に応じて電圧変換率を制御すればよい。この制御では、各太陽電池ストリングの出力端の電圧が最適動作電圧以上の範囲内にある状態で各太陽電池ストリングが動作している場合、負荷に必要十分な電力を供給できる。
【０００７】
ところで、近年、戸建て住宅の屋根に設置される太陽電池パネルについて、戸建て住宅の寄棟屋根の各面に設置することが提案されている。寄棟屋根の各面の面積は異なることがあり、上記の設置方式の導入した場合、各面の面積に応じて、各面の太陽電池パネルの設置枚数が異なることがある。従って、各面毎に太陽電池ストリングを構成すると、各太陽電池ストリングの太陽電池パネルの構成枚数が相違することがあり、その構成枚数に比例して、各太陽電池ストリングの開放電圧及び供給可能な最大電力が異なる。また、仮に、太陽電池ストリング間で、太陽電池パネルの構成枚数が等しかったとしても、設置面の向きに応じて日照条件が異なることから、日照量に応じて、供給可能な電力が互いに相違する可能性が高い。
【０００８】
ここで、そのような構成で、自立運転時に、上記のように各太陽電池ストリングの出力を個別制御する場合の問題点について図７を参照して説明する。図７に示されるように、３つの太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの供給可能な最大電力及び開放電圧がストリング間で互いに異なり、開放電圧から最適動作電圧までの電圧範囲については、太陽電池ストリング５１Ａが最も狭いものとする。
【０００９】
各太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃは、各昇圧チョッパ回路により、個別に制御されて、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３がそれぞれ開放電圧と同じ電圧に設定される。その後、それらの電圧を開始点として出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が下げられ、その結果、いわゆる負帰還制御によって出力電力が大きくなる。
【００１０】
ここで、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃにおいて、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が、それぞれ、開放電圧から略同じ値だけ下がったものとする。また、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの総出力が負荷の消費電力に達する前に、太陽電池ストリング５１Ａの出力電圧Ｖ１が、最大電力Ｐｍａｘ１を供給可能できる最適動作電圧に等しくなったものとする。その場合、太陽電池ストリング５１Ａの出力制御を行う昇圧チョッパ回路は、上記総出力が負荷の消費電力に達していないことから、出力電力を上げるべきであると判断し、太陽電池ストリング５１Ａの出力電圧をさらに下げてしまう。そのため、いわゆる正帰還制御によって太陽電池ストリング５１Ａの出力電力が低下し、昇圧チョッパ回路は、不足電力を補おうと出力電圧をさらに低くして、結果的には、太陽電池ストリング５１Ａの出力が停止してしまう。従って、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの供給可能な最大電力の総和が負荷の必要とする電力以上である場合であっても、太陽電池ストリング５１Ａの出力停止により、負荷に供給される電力が不足することがある。
【００１１】
このように、自立運転時に、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃが独立して個別に制御される場合、それらのいずれかに負担が集中して、それらの出力のバランスが取れず、負荷に必要十分な電力を供給できないことがある。そのため、電力供給の信頼性の向上が望まれていた。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、連系運転時に複数の太陽電池ストリングの各々から最大電力を常に引き出すことができ、自立運転時の外部への電力供給の信頼性を向上できる太陽光発電用パワーコンディショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の一群の太陽電池パネルの直列接続体で構成された複数の太陽電池ストリングにそれぞれ入力端が接続され、出力端は互いに並列接続されており、前記太陽電池ストリングからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記複数の電圧変換回路の各々の電圧変換率を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記電圧変換率を、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力特性に応じて個別に制御する個別制御部と、前記電圧変換率を一律に制御する一括制御部と、前記個別制御部と前記一括制御部のいずれに前記電圧変換率を制御させるかを切り替える切替え部を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明において、前記切替え部は、前記太陽光発電用パワーコンディショナが電力系統と連系運転するときに、前記個別制御部に前記電圧変換率を制御させ、前記太陽光発電用パワーコンディショナが前記電力系統から独立して自立運転するときに、前記一括制御部に前記電圧変換率を制御させることが好ましい。
【００１５】
この発明において、前記個別制御部は、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力電力が供給可能な最大値となるように、前記電圧変換率を制御し、前記一括制御部は、前記直流交流変換回路の出力側に接続され該直流交流変換回路から電力供給を受ける負荷の消費電力に応じて、前記電圧変換率を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各電圧変換回路において、出力端の電圧が略一定である場合、電圧変換率を制御することにより、入力端の電圧を調整でき、それらの電圧にそれぞれ等しい各太陽電池ストリングの出力電圧を調整できる。従って、連系運転時に、個別制御部に各電圧変換回路の電圧変換率を制御させることにより、各太陽電池ストリングの出力電圧を各太陽電池ストリングの出力特性に応じて調整できる。そのため、それらの出力電圧を、各太陽電池ストリングの出力電力が供給可能な最大値になる最適動作電圧に設定することができる。その結果、各太陽電池ストリングから、供給可能な最大電力を引き出すことができる。しかも、日照条件の変化等に起因して各太陽電池ストリングの最適動作電圧が変わったとしても、各太陽電池ストリングの出力電圧をその最適動作電圧に追従させることにより、常に最大電力を引き出すことが可能になる。また、自立運転時に、一括制御部に各電圧変換回路の電圧変換率を制御させることにより、各太陽電池ストリングに対して、その出力電圧を一律に制御することができる。従って、太陽電池ストリングは、出力電圧の制御によって、出力電力の調整が可能であることから、供給可能な最大電力の少ない太陽電池ストリングに電力出力の負担が集中してその太陽電池ストリングの電力出力が停止することを回避できる。そのため、太陽電池ストリングから必要十分な電力を引き出すことができ、外部への電力供給の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナに接続される太陽電池パネルの設置例を示す平面図。
【図２】上記太陽光発電用パワーコンディショナを備えた太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図３】上記太陽光発電用パワーコンディショナが連系運転中であるときの各太陽電池ストリングの動作点制御内容を示す図。
【図４】上記太陽光発電用パワーコンディショナが自立運転中であるときの各太陽電池ストリングの動作点制御内容を示す図。
【図５】従来の太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図６】一般的な太陽電池パネルの出力特性図。
【図７】互いに出力特性が異なる３つの一般的な太陽電池ストリングについて太陽光発電用パワーコンディショナの自立運転中に個別に動作点制御を行ったときの問題点を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）を備えた太陽光発電システムについて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、その太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナに接続される太陽電池パネルの配設例を示す。太陽光発電システム１の太陽電池パネル２は、戸建て住宅の寄棟屋根Ｒ１の東面、南面及び西面にそれぞれ設置されている。そして、各面の面積に応じて、各面の太陽電池パネル２の設置枚数は設定されている。各太陽電池パネル２の直列接続体は、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを構成する。
【００１９】
図２は、太陽光発電システム１の電気的構成を示す。太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃが接続されるパワーコンディショナ３と、パワーコンディショナ３と電力系統４及び負荷５との間を電気的に繋ぐための分電盤６を備える。パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから出力される電力を、電力系統４及び負荷５への供給に適するように調整するものである。電力系統４は、交流で実効電圧が例えば２００Ｖの電力を供給する商用の電力系統であり、分電盤６に接続されている。負荷５は、家電機器等の電気機器である。
【００２０】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ入力端が接続される昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ（電圧変換回路）を有する。また、パワーコンディショナ３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３１（直流交流変換回路）を有する。
【００２１】
昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、出力端が互いに並列接続され、同電位とされている。昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を所定の電圧に変換してインバータ回路３１に入力する。
【００２２】
インバータ回路３１は、連系運転時に電力を出力する出力端子３１ａと、自立運転時に電力を出力する出力端子３１ｂを有する。出力端子３１ａは、分電盤６を介して、連系運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっており、そのコンセントは、電力系統４に並列接続されている。出力端子３１ｂは、自立運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５を接続する対象のコンセントを変更することができる。
【００２３】
電力系統４が正常であるとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４と連系した連系運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子５３ａから電力系統４と負荷５に出力する。電力系統４と負荷５とは互いに電気的に並列であることから、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が増え、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも多くなると、余剰分が電力系統４に自動的に供給される。一方、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が減って、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも少なくなれば、不足分が電力系統４から負荷５に自動的に供給される。
【００２４】
電力系統４が障害等により停電したとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４との連系を解除し、電力系統４から独立した自立運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子３１ｂから負荷５に出力し、負荷５は、出力端子３１ｂから電力供給を受ける（破線で示す）。
【００２５】
インバータ回路３１の入力端の電圧は、電力系統４の定格電圧（実効値）以上である特定の値に設定され、略一定に維持されている。その電圧の一定化は、連系運転時には、インバータ回路３１から電力系統４又は負荷５に流れる電流を調整することにより実現される。自立運転時に上記電圧の一定化を図る構成については後述する。インバータ回路３１の入力端の電圧は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力端の電圧に等しいことから、その電圧も略一定にされている。
【００２６】
また、パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力をそれぞれ検出する出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃと、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃによる検出結果を基に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをそれぞれ制御する制御回路３３を備える。さらに、パワーコンディショナ３は、パワーコンディショナ３が連系運転中であるか又は自立運転中であるかを判定する判定部３４を有する。
【００２７】
出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃと昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃとの間に配置されており、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３及び出力電流を検出する。
【００２８】
制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々の電圧変換率を制御する回路であり、マイクロプロセッサ等により構成できる。制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々の電圧変換率が回路毎に適当な値になるようにそれらの電圧変換率をそれぞれ個別に制御する個別制御部３５Ａ〜３５Ｃを有する。また、制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を一律に制御する一括制御部３６を有する。また、制御回路３３は、判定部３４による判定結果に基づき、個別制御部３５Ａと一括制御部３６のいずれに電圧変換率を制御させるかを切り替える切替え部３７を有する。
【００２９】
個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々に対して、それら昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに接続された太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力特性に適した値になるように電圧変換率を個別に制御する。詳しくは、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々において、その昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに接続された太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力が、供給可能な最大値となるように、電圧変換率を制御する。
【００３０】
上記電圧変換率は、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいて、出力電圧を入力電圧で除した値である。各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのチョッパ動作のデューティ比（通流率）をαとしたとき、上記電圧変換率は１／（１−α）で表され、デューティ比αを調整することにより電圧変換率を制御できる。デューティ比αを高くすれば、電圧変換率は高くなり、デューティ比αを低くすれば、電圧変換効率は低くなる。上述したように、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいては、出力電圧が略一定であることから、電圧変換率が高くすれば、入力端の電圧は低くなり、電圧変換率を低くなれば、入力端の電圧は高くなる。このように、電圧変換率の制御により、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの入力端の電圧、すなわち、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が制御され、結果として、それらの出力電力が制御される。
【００３１】
一括制御部３６は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの間で電圧変換率を同一にして、それらの電圧変換率を一律に制御する。また、一括制御部３６は、インバータ回路３１の入力端に並列接続されたキャパシタ３８の両端電圧を、キャパシタ３８に並列接続された電圧計測回路３９を用いて計測する。キャパシタ３８は、負荷５の消費電力に応じて、負荷５に放電するか又は太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにより充電される。負荷５の消費電力が太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの供給電力よりも大きい場合、キャパシタ３８の両端電圧は下がろうとする。従って、一括制御部３６は、計測したキャパシタ３８の両端電圧に基づき、その両端電圧が上述した特定の値で略一定に保たれるように昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率をフィードバック制御する。そのようにして、一括制御部３６は、負荷５の消費電力に応じて、上記電圧変換率を制御する。キャパシタ３８の両端電圧は、インバータ回路３１の入力端の電圧に等しいことから、上記両端電圧が略一定に保たれることにより、上記入力端の電圧の一定化が図られる。
【００３２】
切替え部３７は、パワーコンディショナ３が連系運転するときに、個別制御部に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を制御させ、パワーコンディショナ３が自立運転するときに、一括制御部３６に上記電圧変換率を制御させる。
【００３３】
判定部３４は、パワーコンディショナ３の運転状態を切り替えるための操作器により構成され、その操作器への操作を基にパワーコンディショナ３の運転状態の判定をする。判定部３４は、電力系統４の停電等の障害を検知する障害検知センサにより構成され、その検知結果を基に、上記判定をしてもよい。判定部３４の構成は、上記に限定されない。
【００３４】
次に、パワーコンディショナ３の連系運転時と自立運転時における各回路の動作を説明する。
（連系運転時）
連系運転時には、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃが、それぞれ、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を個別に制御する。それにより、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を増減させ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃについて最大点追従制御を行う。
【００３５】
太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃは、太陽電池パネル２の直列枚数が２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ａの順に多く、図３に示されるように、この直列枚数の多い順に応じて開放電圧が高いものとする。また、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの供給可能な最大電力Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍａｘ３が、上記直列枚数及び日照条件に応じて、Ｐｍａｘ２、Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ３の順に大きいものとする。
【００３６】
個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を逐次、個別に増減し、それらの増減に伴って変動する太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電流を、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃを用いて検出する。また、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、その検出された出力電流と、同じく出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃにより検出される出力電圧Ｖ１〜Ｖ３との積である出力電力をストリング毎に算出する。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、その算出された出力電力を参照しつつ、山登り法等により出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、それぞれ、出力電力が最大電力Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ３になる最適動作電圧と一致するようにフィードバック制御する。このようにして、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々について最大点追従制御が独立して行われ、それらの各々から、供給可能な最大電力が引き出される。この最大点追従制御は、定期的に実行される。
【００３７】
（自立運転時）
自立運転時には、一括制御部３６が、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を一律に制御する。一括制御部３６は、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を、開放電圧が最も高い太陽電池ストリング２１Ｂにおいてその出力端の電圧が開放電圧と同じになる電圧変換率に設定する。その設定がなされても、図４に示されるように、太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｃの出力端の電圧を開放電圧と同じにすることはできないことから、太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｃからは電力を引き出すことができない（１）。なお、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの開放電圧は、予め検出されているとする。
【００３８】
そして、一括制御部３６は、キャパシタ３８の両端電圧を計測して、その両端電圧が特定の値になるまで、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を上昇させる。上記（１）の状態で、昇圧チョッパ回路３０Ｂの電圧変換率が上昇すると、太陽電池ストリング２１Ｂにおいて、出力電圧が低下して、出力電力が徐々に増加する。その出力電力でも負荷５の消費電力に達しない場合、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率がさらに低減される。それにより、２番目に開放電圧が高い太陽電池ストリング２１Ｃの出力端の電圧がその開放電圧よりも低くなると、太陽電池ストリング２１Ｃからも電力を引き出せるようになる（２）。そして、太陽電池ストリング２１Ｂ、２１Ｃの出力電力の総和を負荷５に供給できるようになる。
【００３９】
それでも、負荷５への供給電力が負荷５の消費電力に対して不足する場合、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率はさらに下げられる。それにより、３番目に開放電圧が高い太陽電池ストリング２１Ａの出力端の電圧がその開放電圧を下回った場合、太陽電池ストリング２１Ａからも電力を引き出せるようになる（３）。その結果、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力の総和を負荷５に供給できるようになる。このように、一括制御部３６は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力を一纏めに制御し、それらの出力特性を併せた特性に応じて、それらから電力を引き出し、負荷５に必要十分な電力が供給されるようにする。
【００４０】
本実施形態では、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々において、出力端の電圧が略一定であることから、電圧変換率を制御することにより、入力端の電圧を調整することができる。そのため、それらの電圧にそれぞれ等しい太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を調整できる。
【００４１】
従って、連系運転時に、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率をそれぞれ個別に制御させることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれそれらの出力特性に応じて調整できる。そのため、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力が供給可能な最大値になる最適動作電圧に設定することができる。その結果、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれから、供給可能な最大電力を引き出すことができる。しかも、日照条件の変化等に起因して太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々の最適動作電圧が変わったとしても、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれ最適動作電圧に追従させることにより、常に最大電力を引き出すことができる。
【００４２】
また、自立運転時に、一括制御部３６に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を制御させることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃに対して、それらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を一律に制御することができる。従って、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃは、出力電圧の制御によって、出力電力の調整が可能であることから、供給可能な最大電力の少ない太陽電池ストリングに電力出力の負担が集中してその太陽電池ストリングの電力出力が停止することを回避できる。そのため、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから必要十分な電力を引き出すことができ、負荷５への電力供給の信頼性を向上することができる。
【００４３】
また、自立運転時に、一括制御部３６による各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率の制御により、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから、負荷５の消費電力に応じた電力が引き出されるので、負荷５に過不足なく必要十分な電力を供給できる。
【００４４】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池パネル
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 太陽電池ストリング
３ 太陽光発電用パワーコンディショナ
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）
３１ インバータ回路（直流交流変換回路）
３３ 制御回路
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ 個別制御部
３６ 一括制御部
３７ 切替え部
４ 電力系統
５ 負荷
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から電力系統又は負荷に供給される電力を調整するための太陽光発電用パワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）の構成を図５に示す。そのパワーコンディショナ５０には、一群の太陽電池パネルの直列接続体（以下、「太陽電池ストリング」と称する）５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ…（以下、太陽電池ストリング５１Ａ等という）が並列に接続される。パワーコンディショナ５０は、太陽電池ストリング５１Ａ等から出力される直流電力について、それぞれ、所定値に昇圧する昇圧チョッパ回路５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ…（以下、昇圧チョッパ回路５２Ａ等という）を備える。さらに、パワーコンディショナ５０は、それら昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５３を備える。
【０００３】
昇圧チョッパ回路５２Ａ等は、出力端が互いに並列に接続され、同電位とされている。インバータ回路５３は、連系運転時用の出力端子５３ａ及び自立運転時用の出力端子５３ｂを有する。出力端子５３ａは、分電盤５４に接続され、分電盤５４は、連系運転時に負荷５６が接続されるコンセントと、電力系統５５に繋がっている。出力端子５３ｂは、自立運転時に負荷５６が接続されるコンセントに繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５６を接続する対象のコンセントを変更することができる。インバータ回路５３は、電力系統５５が正常なとき、電力系統５５と連系し、出力端子５３ａから、売電用メータ（図示せず）を介して交流電力を電力系統５５に逆潮流すると共に、交流電力を負荷５６に供給する。また、インバータ回路５３は、電力系統５５が停電等により異常な状態にあるとき、電力系統５５から独立して自立運転し、出力端子５３ｂから交流電力を負荷５６にのみ供給する（破線で示す）。
【０００４】
図６に示すように、個々の太陽電池パネルでは、出力電圧の増減に応じて出力電力が変化する。出力電力には供給可能な最大限度があり、出力電力は、その最大限度の電力が得られる電圧（最適動作電圧）よりも低ければ、出力電圧の増加に伴って増加する。一方、出力電圧が最適動作電圧以上であれば、出力電力は、出力電圧の増加に伴って減少する。このような出力特性は日照量等に依存して変化する。例えば、供給可能な最大電力が日照量が多いときにはＰｍａｘであっても、日照量が少ないときにはＰｍａｘ’（Ｐｍａｘ＞Ｐｍａｘ’）に減少する。しかも、その供給可能な最大電力が得られる最適動作電圧も、ＶｍａｘからＶｍａｘ’（Ｖｍａｘ＞Ｖｍａｘ’）へと低下することがある。従って、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々の日照条件が異なる場合、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々から、供給可能な最大電力を逐次引き出すためには、それらの出力電圧を個別調整して、それらの動作点を、最大電力を供給可能な点に追従させる必要がある。特許文献１では、そのような最大電力点追従制御を各昇圧チョッパ回路が各太陽電池ストリングに対して独立して個別に行っている。最大電力点追従制御を行うことにより、たとえ日照条件が変化したとしても、各太陽電池ストリングに、常に最適な動作をさせて、それらから高効率に電力を引き出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１６０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
各太陽電池ストリングから、供給可能な最大電力を引き出せる場合、その引き出せる電力が負荷の消費電力よりも多かったとしても、連系運転時であれば、その余剰電力を電力系統に供給して売電することができる。一方、自立運転時には、パワーコンディショナは電力系統から独立していることから、電力の需要と供給のバランスを保つ必要がある。そこで、そのバランスを保つために、各昇圧チョッパ回路の出力端の電圧が一定になるように各昇圧チョッパ回路の電圧変換率をフィードバック制御することが考えられる。負荷の消費電力が太陽電池ストリングからの供給電力よりも大きい場合、各昇圧チョッパ回路の出力端の電圧は下がろうとすることから、そのようなときに、各昇圧チョッパ回路において、その出力端の電圧の変化に応じて電圧変換率を制御すればよい。この制御では、各太陽電池ストリングの出力端の電圧が最適動作電圧以上の範囲内にある状態で各太陽電池ストリングが動作している場合、負荷に必要十分な電力を供給できる。
【０００７】
ところで、近年、戸建て住宅の屋根に設置される太陽電池パネルについて、戸建て住宅の寄棟屋根の各面に設置することが提案されている。寄棟屋根の各面の面積は異なることがあり、上記の設置方式の導入した場合、各面の面積に応じて、各面の太陽電池パネルの設置枚数が異なることがある。従って、各面毎に太陽電池ストリングを構成すると、各太陽電池ストリングの太陽電池パネルの構成枚数が相違することがあり、その構成枚数に比例して、各太陽電池ストリングの開放電圧及び供給可能な最大電力が異なる。また、仮に、太陽電池ストリング間で、太陽電池パネルの構成枚数が等しかったとしても、設置面の向きに応じて日照条件が異なることから、日照量に応じて、供給可能な電力が互いに相違する可能性が高い。
【０００８】
ここで、そのような構成で、自立運転時に、上記のように各太陽電池ストリングの出力を個別制御する場合の問題点について図７を参照して説明する。図７に示されるように、３つの太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの供給可能な最大電力及び開放電圧がストリング間で互いに異なり、開放電圧から最適動作電圧までの電圧範囲については、太陽電池ストリング５１Ａが最も狭いものとする。
【０００９】
各太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃは、各昇圧チョッパ回路により、個別に制御されて、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３がそれぞれ開放電圧と同じ電圧に設定される。その後、それらの電圧を開始点として出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が下げられ、その結果、いわゆる負帰還制御によって出力電力が大きくなる。
【００１０】
ここで、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃにおいて、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が、それぞれ、開放電圧から略同じ値だけ下がったものとする。また、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの総出力が負荷の消費電力に達する前に、太陽電池ストリング５１Ａの出力電圧Ｖ１が、最大電力Ｐｍａｘ１を供給可能できる最適動作電圧に等しくなったものとする。その場合、太陽電池ストリング５１Ａの出力制御を行う昇圧チョッパ回路は、上記総出力が負荷の消費電力に達していないことから、出力電力を上げるべきであると判断し、太陽電池ストリング５１Ａの出力電圧をさらに下げてしまう。そのため、いわゆる正帰還制御によって太陽電池ストリング５１Ａの出力電力が低下し、昇圧チョッパ回路は、不足電力を補おうと出力電圧をさらに低くして、結果的には、太陽電池ストリング５１Ａの出力が停止してしまう。従って、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの供給可能な最大電力の総和が負荷の必要とする電力以上である場合であっても、太陽電池ストリング５１Ａの出力停止により、負荷に供給される電力が不足することがある。
【００１１】
このように、自立運転時に、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃが独立して個別に制御される場合、それらのいずれかに負担が集中して、それらの出力のバランスが取れず、負荷に必要十分な電力を供給できないことがある。そのため、電力供給の信頼性の向上が望まれていた。
【００１２】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、連系運転時に複数の太陽電池ストリングの各々から最大電力を常に引き出すことができ、自立運転時の外部への電力供給の信頼性を向上できる太陽光発電用パワーコンディショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の一群の太陽電池パネルの直列接続体で構成された複数の太陽電池ストリングにそれぞれ入力端が接続され、出力端は互いに並列接続されており、前記太陽電池ストリングからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記複数の電圧変換回路の各々の電圧変換率を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記電圧変換率を、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力特性に応じて個別に制御する個別制御部と、前記電圧変換率を一律に制御する一括制御部と、前記個別制御部と前記一括制御部のいずれに前記電圧変換率を制御させるかを切り替える切替え部を有することを特徴とする。
【００１４】
この発明において、前記切替え部は、前記太陽光発電用パワーコンディショナが電力系統と連系運転するときに、前記個別制御部に前記電圧変換率を制御させ、前記太陽光発電用パワーコンディショナが前記電力系統から独立して自立運転するときに、前記一括制御部に前記電圧変換率を制御させることが好ましい。
【００１５】
この発明において、前記個別制御部は、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力電力が供給可能な最大値となるように、前記電圧変換率を制御し、前記一括制御部は、前記直流交流変換回路の出力側に接続され該直流交流変換回路から電力供給を受ける負荷の消費電力に応じて、前記電圧変換率を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各電圧変換回路において、出力端の電圧が略一定である場合、電圧変換率を制御することにより、入力端の電圧を調整でき、それらの電圧にそれぞれ等しい各太陽電池ストリングの出力電圧を調整できる。従って、連系運転時に、個別制御部に各電圧変換回路の電圧変換率を制御させることにより、各太陽電池ストリングの出力電圧を各太陽電池ストリングの出力特性に応じて調整できる。そのため、それらの出力電圧を、各太陽電池ストリングの出力電力が供給可能な最大値になる最適動作電圧に設定することができる。その結果、各太陽電池ストリングから、供給可能な最大電力を引き出すことができる。しかも、日照条件の変化等に起因して各太陽電池ストリングの最適動作電圧が変わったとしても、各太陽電池ストリングの出力電圧をその最適動作電圧に追従させることにより、常に最大電力を引き出すことが可能になる。また、自立運転時に、一括制御部に各電圧変換回路の電圧変換率を制御させることにより、各太陽電池ストリングに対して、その出力電圧を一律に制御することができる。従って、太陽電池ストリングは、出力電圧の制御によって、出力電力の調整が可能であることから、供給可能な最大電力の少ない太陽電池ストリングに電力出力の負担が集中してその太陽電池ストリングの電力出力が停止することを回避できる。そのため、太陽電池ストリングから必要十分な電力を引き出すことができ、外部への電力供給の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナに接続される太陽電池パネルの設置例を示す平面図。
【図２】上記太陽光発電用パワーコンディショナを備えた太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図３】上記太陽光発電用パワーコンディショナが連系運転中であるときの各太陽電池ストリングの動作点制御内容を示す図。
【図４】上記太陽光発電用パワーコンディショナが自立運転中であるときの各太陽電池ストリングの動作点制御内容を示す図。
【図５】従来の太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図６】一般的な太陽電池パネルの出力特性図。
【図７】互いに出力特性が異なる３つの一般的な太陽電池ストリングについて太陽光発電用パワーコンディショナの自立運転中に個別に動作点制御を行ったときの問題点を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）を備えた太陽光発電システムについて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、その太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナに接続される太陽電池パネルの配設例を示す。太陽光発電システム１の太陽電池パネル２は、戸建て住宅の寄棟屋根Ｒ１の東面、南面及び西面にそれぞれ設置されている。そして、各面の面積に応じて、各面の太陽電池パネル２の設置枚数は設定されている。各太陽電池パネル２の直列接続体は、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを構成する。
【００１９】
図２は、太陽光発電システム１の電気的構成を示す。太陽光発電システム１は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃが接続されるパワーコンディショナ３と、パワーコンディショナ３と電力系統４及び負荷５との間を電気的に繋ぐための分電盤６を備える。パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから出力される電力を、電力系統４及び負荷５への供給に適するように調整するものである。電力系統４は、交流で実効電圧が例えば２００Ｖの電力を供給する商用の電力系統であり、分電盤６に接続されている。負荷５は、家電機器等の電気機器である。
【００２０】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ入力端が接続される昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ（電圧変換回路）を有する。また、パワーコンディショナ３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３１（直流交流変換回路）を有する。
【００２１】
昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、出力端が互いに並列接続され、同電位とされている。昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を所定の電圧に変換してインバータ回路３１に入力する。
【００２２】
インバータ回路３１は、連系運転時に電力を出力する出力端子３１ａと、自立運転時に電力を出力する出力端子３１ｂを有する。出力端子３１ａは、分電盤６を介して、連系運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっており、そのコンセントは、電力系統４に並列接続されている。出力端子３１ｂは、自立運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５を接続する対象のコンセントを変更することができる。
【００２３】
電力系統４が正常であるとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４と連系した連系運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子５３ａから電力系統４と負荷５に出力する。電力系統４と負荷５とは互いに電気的に並列であることから、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が増え、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも多くなると、余剰分が電力系統４に自動的に供給される。一方、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が減って、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも少なくなれば、不足分が電力系統４から負荷５に自動的に供給される。
【００２４】
電力系統４が障害等により停電したとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４との連系を解除し、電力系統４から独立した自立運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子３１ｂから負荷５に出力し、負荷５は、出力端子３１ｂから電力供給を受ける（破線で示す）。
【００２５】
インバータ回路３１の入力端の電圧は、電力系統４の定格電圧（実効値）以上である特定の値に設定され、略一定に維持されている。その電圧の一定化は、連系運転時には、インバータ回路３１から電力系統４又は負荷５に流れる電流を調整することにより実現される。自立運転時に上記電圧の一定化を図る構成については後述する。インバータ回路３１の入力端の電圧は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力端の電圧に等しいことから、その電圧も略一定にされている。
【００２６】
また、パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力をそれぞれ検出する出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃと、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃによる検出結果を基に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをそれぞれ制御する制御回路３３を備える。さらに、パワーコンディショナ３は、パワーコンディショナ３が連系運転中であるか又は自立運転中であるかを判定する判定部３４を有する。
【００２７】
出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃと昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃとの間に配置されており、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３及び出力電流を検出する。
【００２８】
制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々の電圧変換率を制御する回路であり、マイクロプロセッサ等により構成できる。制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々の電圧変換率が回路毎に適当な値になるようにそれらの電圧変換率をそれぞれ個別に制御する個別制御部３５Ａ〜３５Ｃを有する。また、制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を一律に制御する一括制御部３６を有する。また、制御回路３３は、判定部３４による判定結果に基づき、個別制御部３５Ａと一括制御部３６のいずれに電圧変換率を制御させるかを切り替える切替え部３７を有する。
【００２９】
個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々に対して、それら昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに接続された太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力特性に適した値になるように電圧変換率を個別に制御する。詳しくは、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々において、その昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに接続された太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力が、供給可能な最大値となるように、電圧変換率を制御する。
【００３０】
上記電圧変換率は、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいて、出力電圧を入力電圧で除した値である。各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのチョッパ動作のデューティ比（通流率）をαとしたとき、上記電圧変換率は１／（１−α）で表され、デューティ比αを調整することにより電圧変換率を制御できる。デューティ比αを高くすれば、電圧変換率は高くなり、デューティ比αを低くすれば、電圧変換効率は低くなる。上述したように、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいては、出力電圧が略一定であることから、電圧変換率が高くすれば、入力端の電圧は低くなり、電圧変換率を低くなれば、入力端の電圧は高くなる。このように、電圧変換率の制御により、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの入力端の電圧、すなわち、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が制御され、結果として、それらの出力電力が制御される。
【００３１】
一括制御部３６は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの間で電圧変換率を同一にして、それらの電圧変換率を一律に制御する。また、一括制御部３６は、インバータ回路３１の入力端に並列接続されたキャパシタ３８の両端電圧を、キャパシタ３８に並列接続された電圧計測回路３９を用いて計測する。キャパシタ３８は、負荷５の消費電力に応じて、負荷５に放電するか又は太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにより充電される。負荷５の消費電力が太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの供給電力よりも大きい場合、キャパシタ３８の両端電圧は下がろうとする。従って、一括制御部３６は、計測したキャパシタ３８の両端電圧に基づき、その両端電圧が上述した特定の値で略一定に保たれるように昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率をフィードバック制御する。そのようにして、一括制御部３６は、負荷５の消費電力に応じて、上記電圧変換率を制御する。キャパシタ３８の両端電圧は、インバータ回路３１の入力端の電圧に等しいことから、上記両端電圧が略一定に保たれることにより、上記入力端の電圧の一定化が図られる。
【００３２】
切替え部３７は、パワーコンディショナ３が連系運転するときに、個別制御部に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を制御させ、パワーコンディショナ３が自立運転するときに、一括制御部３６に上記電圧変換率を制御させる。
【００３３】
判定部３４は、パワーコンディショナ３の運転状態を切り替えるための操作器により構成され、その操作器への操作を基にパワーコンディショナ３の運転状態の判定をする。判定部３４は、電力系統４の停電等の障害を検知する障害検知センサにより構成され、その検知結果を基に、上記判定をしてもよい。判定部３４の構成は、上記に限定されない。
【００３４】
次に、パワーコンディショナ３の連系運転時と自立運転時における各回路の動作を説明する。
（連系運転時）
連系運転時には、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃが、それぞれ、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を個別に制御する。それにより、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を増減させ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃについて最大点追従制御を行う。
【００３５】
太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃは、太陽電池パネル２の直列枚数が２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ａの順に多く、図３に示されるように、この直列枚数の多い順に応じて開放電圧が高いものとする。また、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの供給可能な最大電力Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ２、Ｐｍａｘ３が、上記直列枚数及び日照条件に応じて、Ｐｍａｘ２、Ｐｍａｘ１、Ｐｍａｘ３の順に大きいものとする。
【００３６】
個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を逐次、個別に増減し、それらの増減に伴って変動する太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電流を、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃを用いて検出する。また、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、その検出された出力電流と、同じく出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃにより検出される出力電圧Ｖ１〜Ｖ３との積である出力電力をストリング毎に算出する。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、その算出された出力電力を参照しつつ、山登り法等により出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、それぞれ、出力電力が最大電力Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ３になる最適動作電圧と一致するようにフィードバック制御する。このようにして、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々について最大点追従制御が独立して行われ、それらの各々から、供給可能な最大電力が引き出される。この最大点追従制御は、定期的に実行される。
【００３７】
（自立運転時）
自立運転時には、一括制御部３６が、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を一律に制御する。一括制御部３６は、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を、開放電圧が最も高い太陽電池ストリング２１Ｂにおいてその出力端の電圧が開放電圧と同じになる電圧変換率に設定する。その設定がなされても、図４に示されるように、太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｃの出力端の電圧を開放電圧と同じにすることはできないことから、太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｃからは電力を引き出すことができない（１）。なお、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの開放電圧は、予め検出されているとする。
【００３８】
そして、一括制御部３６は、キャパシタ３８の両端電圧を計測して、その両端電圧が特定の値になるまで、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を上昇させる。上記（１）の状態で、昇圧チョッパ回路３０Ｂの電圧変換率が上昇すると、太陽電池ストリング２１Ｂにおいて、出力電圧が低下して、出力電力が徐々に増加する。その出力電力でも負荷５の消費電力に達しない場合、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率がさらに低減される。それにより、２番目に開放電圧が高い太陽電池ストリング２１Ｃの出力端の電圧がその開放電圧よりも低くなると、太陽電池ストリング２１Ｃからも電力を引き出せるようになる（２）。そして、太陽電池ストリング２１Ｂ、２１Ｃの出力電力の総和を負荷５に供給できるようになる。
【００３９】
それでも、負荷５への供給電力が負荷５の消費電力に対して不足する場合、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率はさらに下げられる。それにより、３番目に開放電圧が高い太陽電池ストリング２１Ａの出力端の電圧がその開放電圧を下回った場合、太陽電池ストリング２１Ａからも電力を引き出せるようになる（３）。その結果、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力の総和を負荷５に供給できるようになる。このように、一括制御部３６は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力を一纏めに制御し、それらの出力特性を併せた特性に応じて、それらから電力を引き出し、負荷５に必要十分な電力が供給されるようにする。
【００４０】
本実施形態では、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの各々において、出力端の電圧が略一定であることから、電圧変換率を制御することにより、入力端の電圧を調整することができる。そのため、それらの電圧にそれぞれ等しい太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を調整できる。
【００４１】
従って、連系運転時に、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率をそれぞれ個別に制御させることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれそれらの出力特性に応じて調整できる。そのため、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力が供給可能な最大値になる最適動作電圧に設定することができる。その結果、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれから、供給可能な最大電力を引き出すことができる。しかも、日照条件の変化等に起因して太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々の最適動作電圧が変わったとしても、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３をそれぞれ最適動作電圧に追従させることにより、常に最大電力を引き出すことができる。
【００４２】
また、自立運転時に、一括制御部３６に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率を制御させることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃに対して、それらの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を一律に制御することができる。従って、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃは、出力電圧の制御によって、出力電力の調整が可能であることから、供給可能な最大電力の少ない太陽電池ストリングに電力出力の負担が集中してその太陽電池ストリングの電力出力が停止することを回避できる。そのため、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから必要十分な電力を引き出すことができ、負荷５への電力供給の信頼性を向上することができる。
【００４３】
また、自立運転時に、一括制御部３６による各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電圧変換率の制御により、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから、負荷５の消費電力に応じた電力が引き出されるので、負荷５に過不足なく必要十分な電力を供給できる。
【００４４】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池パネル
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 太陽電池ストリング
３ 太陽光発電用パワーコンディショナ
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）
３１ インバータ回路（直流交流変換回路）
３３ 制御回路
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ 個別制御部
３６ 一括制御部
３７ 切替え部
４ 電力系統
５ 負荷
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一群の太陽電池パネルの直列接続体で構成された複数の太陽電池ストリングにそれぞれ入力端が接続され、出力端は互いに並列接続されており、前記太陽電池ストリングからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、
前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、
前記複数の電圧変換回路の各々の電圧変換率を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、
前記電圧変換率を、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力特性に応じて個別に制御する個別制御部と、
前記電圧変換率を一律に制御する一括制御部と、
前記個別制御部と前記一括制御部のいずれに前記電圧変換率を制御させるかを切り替える切替え部を有することを特徴とする太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項２】
前記切替え部は、前記太陽光発電用パワーコンディショナが電力系統と連系運転するときに、前記個別制御部に前記電圧変換率を制御させ、前記太陽光発電用パワーコンディショナが前記電力系統から独立して自立運転するときに、前記一括制御部に前記電圧変換率を制御させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項３】
前記個別制御部は、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力電力が供給可能な最大値となるように、前記電圧変換率を制御し、
前記一括制御部は、前記直流交流変換回路の出力側に接続され該直流交流変換回路から電力供給を受ける負荷の消費電力に応じて、前記電圧変換率を制御することを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項１】
一群の太陽電池パネルの直列接続体で構成された複数の太陽電池ストリングにそれぞれ入力端が接続され、出力端は互いに並列接続されており、前記太陽電池ストリングからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、
前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、
前記複数の電圧変換回路の各々の電圧変換率を制御する制御回路を備え、
前記制御回路は、
前記電圧変換率を、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力特性に応じて個別に制御する個別制御部と、
前記電圧変換率を一律に制御する一括制御部と、
前記個別制御部と前記一括制御部のいずれに前記電圧変換率を制御させるかを切り替える切替え部を有することを特徴とする太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項２】
前記切替え部は、前記太陽光発電用パワーコンディショナが電力系統と連系運転するときに、前記個別制御部に前記電圧変換率を制御させ、前記太陽光発電用パワーコンディショナが前記電力系統から独立して自立運転するときに、前記一括制御部に前記電圧変換率を制御させることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項３】
前記個別制御部は、前記電圧変換回路毎に、その電圧変換回路に接続された前記太陽電池ストリングの出力電力が供給可能な最大値となるように、前記電圧変換率を制御し、
前記一括制御部は、前記直流交流変換回路の出力側に接続され該直流交流変換回路から電力供給を受ける負荷の消費電力に応じて、前記電圧変換率を制御することを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０１５００（Ｐ２０１３−１０１５００Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４８８３（Ｐ２０１１−２４４８８３）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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