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、複数の太陽電池ストリングの各々に接続された電圧変換回路の電力の変換効率の低下を防ぐ。
【解決手段】パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃに個別に対応する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃと、制御回路３３Ａ〜３３Ｃを有する。制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃと、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃと、スイッチング周波数を決定する周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃを有する。周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃの検出結果に基づいて、スイッチング周波数を決定する。例えば、周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、インダクタの温度が一定値以上であると検出されると、スイッチング周波数を増加させる。個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃから与えられるスイッチング周波数のパルス信号を個別に出力する。
【解決手段】パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃに個別に対応する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃと、制御回路３３Ａ〜３３Ｃを有する。制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃと、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃと、スイッチング周波数を決定する周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃを有する。周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃの検出結果に基づいて、スイッチング周波数を決定する。例えば、周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、インダクタの温度が一定値以上であると検出されると、スイッチング周波数を増加させる。個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃから与えられるスイッチング周波数のパルス信号を個別に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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７に示す。図７に示すように、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）が並列に接続されている。太陽電池ストリング５１Ａ等の各々は、昇圧チョッパ回路５２に接続され、所定の電圧に昇圧され、昇圧された直流電力はインバータ５３により交流電力に変換される。インバータ５３の出力は、さらに分電盤５４に入力され、家庭用の電気機器等の負荷５５ａ、５５ｂ・・・に供給されると共に、売電用メータ（図示せず）を介して電力系統５６に逆潮流される。
【０００３】
個々の太陽電池パネルは、図８に示すように、出力電圧の増減に応じて出力電力が変化する電力／電圧特性（以下、単に出力特性という）を有する。この出力電力には供給可能な最大電力Ｐｍａｘがあり、出力電圧が、その最大電力Ｐｍａｘが得られる電圧（最適動作電圧という）Ｖよりも低ければ、出力電圧の増加に伴って出力電力が増加する。一方、出力電圧が最適動作電圧Ｖ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。
【０００４】
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、上記の設置方式を導入した場合、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出力特性が異なる場合がある。また、各面毎の太陽電池ストリングの日照量が異なることにより、各太陽電池ストリングの出力特性が異なる場合もある。
【０００５】
例えば図９は、３つの太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃのそれぞれの出力特性を示す。３つの太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃは、それぞれ太陽電池パネルの直列枚数が異なり、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの出力特性がそれぞれ異なる。このような場合に、前記図７に示したパワーコンディショナ５０のように、１つの昇圧チョッパ回路５２によって各太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの制御を行うと、最も開放電圧の高い太陽電池ストリング５１Ｂの出力特性に支配される。詳しくは、図９に示す太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの場合、開放電圧から最適動作電圧までの電圧範囲について、太陽電池ストリング５１Ａが最も狭い場合であっても、太陽電池ストリング５１Ｂの開放電圧に支配される。つまり、最も開放電圧の高い太陽電池ストリング５１Ｂの出力特性に適した動作条件で、昇圧チョッパ回路５２が駆動する。その結果、太陽電池ストリング５１Ｂは最大電力を供給するが、太陽電池ストリング５１Ａ、５１Ｃは最大電力を供給しないことがある。従って、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃから供給される出力電力は、供給可能な最大電力を大きく下回ることがあり、電力供給の効率が低下することがある。
【０００６】
これに対して、特許文献１には、複数の太陽電池ストリングに複数の昇圧チョッパ回路を接続し、制御回路が複数の昇圧チョッパ回路を駆動させる太陽光発電装置が示されている。この太陽光発電装置では、太陽電池ストリング毎に各昇圧チョッパ回路を動作させることにより、太陽電池ストリングのそれぞれから最大電力を引き出すことができるので、上記問題を解決できる。
【０００７】
ところで、複数の太陽電池ストリングのそれぞれには、一般的に、同じ種類の昇圧チョッパ回路を接続することが多い。従って、１種類の昇圧チョッパ回路が、いろいろな出力特性を有する太陽電池ストリングと接続されることになる。一般的に、昇圧チョッパ回路は、定格電力や定格電流に合うように、自回路を動作させる際の最適なスイッチング周波数が予め決められている。しかしながら、太陽電池ストリングの出力電力や出力電流は、定格電力や定格電流とは異なることが多い。従って、予め決められたスイッチング周波数で昇圧チョッパ回路を動作させると、昇圧チョッパ回路内の部品の温度が上昇してしまう。すなわち、スイッチング損失等が大きくなるため、昇圧チョッパ回路の電力の変換効率が低下する問題がある。
【０００８】
これに対して、昇圧チョッパ回路内の部品の温度が上昇したときに、温度制御により出力電力を減少させて温度の上昇を抑制する方法が考えられるが、この方法では供給電力が減少してしまうという問題がある。また、太陽電池ストリング毎の太陽電池パネルの構成枚数を減らすことにより、出力電力を標準出力電力とする方法も考えられる。しかし、この方法では、太陽電池パネルの設置スペースが有効に利用されないのみならず、個々の太陽電池ストリングに昇圧チョッパ回路を接続する意味がなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４０９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複数の太陽電池ストリングの各々に接続された電圧変換回路（昇圧チョッパ回路）の電力の変換効率の低下を防ぐことが可能であると共に、温度制御による出力電力の減少を抑制することが可能な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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る太陽光発電用パワーコンディショナは、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接続され、前記太陽電池ストリングの出力電圧を所定の電圧に昇圧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、前記電圧変換回路内の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部による検出結果に基づいて、前記電圧変換回路をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数を決定する周波数決定部と、前記電圧変換回路毎に、前記周波数決定部によって決定された前記スイッチング周波数に応じたパルス信号を出力して個別に駆動制御する個別制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明において、前記電圧変換回路は、磁性部品を有し、前記温度検出部は、前記磁性部品の温度を検出し、前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記磁性部品の温度が第１閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を増加させることが好ましい。
【００１３】
この発明において、前記電圧変換回路は、半導体素子をさらに有し、前記温度検出部は、前記半導体素子の温度をさらに検出し、前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記半導体素子の温度が第２閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を減少させることが好ましい。
【００１４】
この発明において、前記個別制御部は、前記磁性部品の温度が第３閾値以上であり、かつ、前記半導体素子の温度が第４閾値以上のとき、前記太陽電池ストリングからの出力電力を減少させるように、前記電圧変換回路に前記パルス信号を出力することが好ましい。
【００１５】
この発明において、前記個別制御部は、前記スイッチング周波数の変更前後の前記パルス信号の時比率が同一となるように、前記電圧変換回路に該パルス信号を出力することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電圧変換回路内の温度に基づいて、各電圧変換回路をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数が決定される。すなわち、電圧変換回路内の温度を低減させるように、スイッチング周波数を増減することができるため、電圧変換回路の電力の変換効率の低下を防ぐことができる。また、電圧変換回路内の温度制御による太陽電池ストリングの出力電力の減少を抑制できるため、太陽電池ストリングの出力電力をより効率的に引き出すことができる。
【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の昇圧チョッパ回路の電気的ブロック図。
【図４】上記太陽光発電用パワーコンディショナの太陽電池ストリングの出力特性の一例を示す図。
【図５】上記太陽光発電用パワーコンディショナについて、温度抑制制御を行うときの太陽電池ストリングの動作点制御内容を示す図。
【図６】上記太陽光発電用パワーコンディショナにおける周波数変更処理を行うときの周波数とデューティ比の変化を示す図。
【図７】従来の一般的な太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示すブロック図。
【図８】一般的な太陽電池パネルの出力特性図。
【図９】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のそれぞれの出力特性図。
【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３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、２１Ｂ、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分電盤６を備える。
【００２０】
なお、各太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは太陽電池パネルの直列接続枚数が異なり、それに伴って、各太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの開放電圧及び供給可能な最大電力も異なるものとして説明する。
【００２１】
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、分電盤６を介して、電力系統４及び負荷５に供給し、その供給に際して、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。
【００２２】
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る。負荷５は、家電機器等の電気機器である。分電盤６には、電力系統４と負荷５とが並列に接続されている。
【００２３】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ個別に対応する昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）３０Ａ〜３０Ｃと、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを制御する各制御回路３３Ａ〜３３Ｃとを有する。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（直流／交流変換回路）３１と、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電圧等を検出する出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃとをさらに有する。
【００２４】
昇圧チョッパ回路３０Ａは、図３に示すように、インダクタ（磁性部品）４１と、スイッチング素子（半導体素子）４２と、ダイオード（半導体素子）４３と、キャパシタ４４とを有する一般的な構成である。昇圧チョッパ回路３０Ａの入出力間にインダクタ４１とダイオード４３とが直列に接続される。スイッチング素子４２は、インダクタ４１とダイオード４３との間で、回路に並列接続される。キャパシタ４４は、昇圧チョッパ回路３０Ａの出力側で、回路に並列接続される。昇圧チョッパ回路３０Ａは、個別制御部３５Ａから出力されるパルス信号に応じて、スイッチング素子４２をオン／オフ駆動させ、太陽電池ストリング２１Ａから出力される出力電圧を昇圧する。なお、図３では昇圧チョッパ回路３０Ａの構成について示したが、昇圧チョッパ回路３０Ｂ、３０Ｃについても同様の構成であり、その説明は省略する。また、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、予め決められた定格電力や定格電流に合うように、自回路３０Ａ〜３０Ｃを動作させるための最適なスイッチング周波数が予め決められている。しかし、この定格電力や定格電流と、実際の出力電力や出力電流とが異なる状態において、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを上記予め決められたスイッチング周波数で動作させると、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度が上昇し、電力の変換効率が低下する。すなわち、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力や出力電流は変動するので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを上記スイッチング周波数で動作させると、電力の変換効率が低下することが多い。そのため、後述する温度低減動作によって、スイッチング周波数を増減させることにより、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
前記図２に示すように、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いる。各出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに出力される出力電圧、出力電流、及び出力電流を検出する。各出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、検出結果を、各制御回路３３Ａ〜３３Ｃ内の周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃと個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに出力する。
【００２６】
各制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを個別に最大出力点追従制御することにより、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから供給可能な最大電力を引き出すことができる回路である。
【００２７】
各制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをスイッチング駆動させるためのパルス信号を出力して、これらを個別に駆動制御する個別制御部３５Ａ〜３５Ｃを有する。また、各制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの内部の温度を検出する温度検出部３６Ａ〜３６Ｃと、パルス信号のスイッチング周波数を決定する周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃをさらに有する。
【００２８】
各温度検出部３６Ａ〜３６Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内のインダクタ４１、スイッチング素子３２、及びダイオード４３の温度を検出し、検出した結果を各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃと個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに出力する。
【００２９】
各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、各出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃ及び各温度検出部３６Ａ〜３６Ｃから出力された検出結果に基づいて、スイッチング周波数を決定し、決定したスイッチング周波数の値を各個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに出力する。例えば、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって検出された温度に基づいて、スイッチング周波数を決定する。すなわち、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度の上昇を防ぐように、スイッチング周波数を増減させて、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧や出力電流に適合したスイッチング周波数を決定する。そして、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃが、決定された（太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧や出力電流に適合した）スイッチング周波数で動作する。
【００３０】
個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃから与えられるスイッチング周波数と時比率（デューティ比という）に従って、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング素子４２をオン／オフ駆動するためのパルス信号を出力する。つまり、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにパルス信号を出力してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。これにより、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の出力電圧を制御でき、結果として、それらの出力電力を制御できる。
【００３１】
次に、パワーコンディショナ３の最大点追従制御動作について説明する。図４は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれの出力特性を示す。太陽電池パネル２の直列接続枚数が２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ａの順に多く、図４に示すように、この直列接続枚数の多い順に応じて開放電圧が高いものとする。パワーコンディショナ３を動作させて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出力させる場合を考える。
【００３２】
この場合、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各出力検出回路３２Ａ〜３２ｃから検出される各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧が、最大電力Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ３が得られる最適動作電圧Ｖ１〜Ｖ３と一致するようにデューティ比を変化させる。すなわち、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃによって増減されたスイッチング周波数と、変化させたデューティ比とに応じたパルス信号を各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに出力する。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧を確認しながら、最大電力が引き出せるまで、デューティ比を変化させてパルス信号を各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに出力する。このようにして、デューティ比を変化することにより、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を独立して行うことができ、それらの各々から、供給可能な最大電力を引き出すことができる。
【００３３】
次に、パワーコンディショナ３の各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの内部の温度低減動作について説明する。
【００３４】
（インダクタ４１の温度が上昇した場合）
温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのインダクタ４１の温度が、予め決められた一定値（第１閾値）以上であると検出された場合を考える。その場合に、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、このような温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対応するスイッチング周波数を増加させる。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、温度が第１閾値以上であるインダクタ４１を有する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対して、スイッチング周波数が増加されたパルス信号を出力する。これにより、インダクタ４１のコア損失を低減でき、インダクタ４１の温度を低減させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃによる電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
（スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が上昇した場合）
また、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が予め決められた一定値（第２閾値）以上であると検出された場合を考える。その場合に、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、この温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング周波数を減少させる。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、温度が第２閾値以上であるスイッチング素子４２又はダイオード４３を有する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対して、スイッチング周波数を減少させたパルス信号を出力する。これにより、スイッチング素子４２又はダイオード４３のスイッチング損失を低減でき、これらの温度を低減させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃによる電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３６】
（インダクタ４１と、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度とが上昇した場合）
あるいは、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのインダクタ４１と、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が以下の様に上昇した場合を考える。詳しくは、インダクタ４１の温度が一定値（第３閾値）以上であり、かつ、このインダクタ４１を有する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が一定値（第４閾値）以上であるものとする。その場合に、上記温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対応する太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電力を減少させるように、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃが動作してもよい。
【００３７】
詳しくは、例えば、図５に示すように、太陽光ストリング２１Ｂが最大電力Ｐｍａｘ2を供給しているとする。このときに、昇圧チョッパ回路３０Ｂのインダクタ４１の温度が第３閾値以上であり、かつ、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が第４閾値以上であると温度検出部３６Ｂによって検出されたと仮定する。この場合、個別制御部３５Ｂは、太陽電池ストリング２１Ｂからの出力電力Ｐｍａｘ2を減少させて、例えば出力電力Ｐ21になるように、パルス信号のデューティ比を変化させる。すなわち、個別制御部３５Ｂは、パルス信号のデューティ比を変化させて、太陽電池ストリング２１Ｂの出力電圧を、最大電力を供給可能な電圧Ｖ2から電圧Ｖ21になるようにデューティ比を変化させる。
【００３８】
このように、インダクタ４１の温度が第３閾値以上であり、かつ、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が第４閾値以上である場合に、その昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対応する太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電力を減少させる。そのため、上記温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに入力される電力を減少させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度を低減させることができる。従って、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃによる電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３９】
次に、パワーコンディショナ３の個別制御部３５Ａ〜３５Ｃから出力されるパルス信号のデューティ比について説明する。
【００４０】
各個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、スイッチング周波数の変更前後において、パルス信号のデューティ比が同一となるように、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにパルス信号を出力するものである。
【００４１】
図６（ａ）（ｂ）は、スイッチング周波数の変更前後における各個別制御部３５Ａ〜３５Ｃから出力されるパルス信号の変化の一例を示す。図６（ａ）に示すように、パルス信号が周期Ｔ１のスイッチング周波数であるとき、このパルス信号のデューティ比は５０％である。そして、図６（ｂ）に示すように、パルス信号を周期Ｔ２のスイッチング周波数に変更した場合であっても、パルス信号のデューティ比は５０％のままであり、デューティ比は同一である。
【００４２】
このように、スイッチング周波数の変更前後において、デューティ比を同一とすると、スイッチング周波数の変更によって各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点が変化しない。従って、最大電力点追従制御に影響を与えることなく、スイッチング周波数を変更することができる。
【００４３】
上述したように、本実施形態に係るパワーコンディショナ３では、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度に基づいて、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数が決定される。すなわち、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのインダクタ４１と、スイッチング素子４２、及びダイオード４３の温度に基づいて、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数が決定される。そして、決定されたスイッチング周波数に基いて、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃが動作する。そのため、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度に基づいて、スイッチング周波数を増減することができるため、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの温度を低減させるように、スイッチング周波数を決定することができる。従って、スイッチング周波数を増減させることにより、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度を低減させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおける電力の変換効率の低下を防ぐことができる。また、パワーコンディショナ３では、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度を低減させる際に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力を必ず減少させるものではない。そのため、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度制御による太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力の減少を抑制できるため、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力をより効率的に引き出すことができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態の記載に限定されるものではなく、使用目的に応じて、様々な変形が可能である。例えば、図２において、全ての昇圧チョッパ回路のそれぞれに、周波数決定部と個別制御部を設けているが、１つの周波数決定部と制御部によって時分割的に制御してもよい。
【００４５】
また、各昇圧チョッパ回路の内部の温度低減動作は、以下であってもよい。すなわち、インダクタの温度が一定値（第５閾値）以上であるときに、スイッチング素子又はダイオードの温度が一定値（第６閾値）以上になるまで、スイッチング周波数を増加させ続ける。そして、スイッチング素子又はダイオードの温度が第６閾値以上になると、インダクタの温度が第６閾値以上になるまで、スイッチング周波数を減少させ続けるという一連の処理を繰り返し行うものであってもよい。
【００４６】
また、各昇圧チョッパ回路の内部の温度低減動作は、以下であってもよい。すなわち、一般的に、コア損失よりも、スイッチング損失の方が大きいため、インダクタの温度に応じてスイッチング周波数を増減し、スイッチング素子又はダイオードの温度が一定値以上になったときに、スイッチング周波数を減少させるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
２ 太陽電池パネル
３１ インバータ（直流／交流変換回路）
４１ インダクタ（磁性部品）
４２ スイッチング素子（半導体素子）
４３ ダイオード（半導体素子）
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 太陽電池ストリング
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ 温度検出部
３７Ａ〜３７Ｃ 周波数決定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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７に示す。図７に示すように、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）が並列に接続されている。太陽電池ストリング５１Ａ等の各々は、昇圧チョッパ回路５２に接続され、所定の電圧に昇圧され、昇圧された直流電力はインバータ５３により交流電力に変換される。インバータ５３の出力は、さらに分電盤５４に入力され、家庭用の電気機器等の負荷５５ａ、５５ｂ・・・に供給されると共に、売電用メータ（図示せず）を介して電力系統５６に逆潮流される。
【０００３】
個々の太陽電池パネルは、図８に示すように、出力電圧の増減に応じて出力電力が変化する電力／電圧特性（以下、単に出力特性という）を有する。この出力電力には供給可能な最大電力Ｐｍａｘがあり、出力電圧が、その最大電力Ｐｍａｘが得られる電圧（最適動作電圧という）Ｖよりも低ければ、出力電圧の増加に伴って出力電力が増加する。一方、出力電圧が最適動作電圧Ｖ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。
【０００４】
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、上記の設置方式を導入した場合、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出力特性が異なる場合がある。また、各面毎の太陽電池ストリングの日照量が異なることにより、各太陽電池ストリングの出力特性が異なる場合もある。
【０００５】
例えば図９は、３つの太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃのそれぞれの出力特性を示す。３つの太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃは、それぞれ太陽電池パネルの直列枚数が異なり、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの出力特性がそれぞれ異なる。このような場合に、前記図７に示したパワーコンディショナ５０のように、１つの昇圧チョッパ回路５２によって各太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの制御を行うと、最も開放電圧の高い太陽電池ストリング５１Ｂの出力特性に支配される。詳しくは、図９に示す太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃの場合、開放電圧から最適動作電圧までの電圧範囲について、太陽電池ストリング５１Ａが最も狭い場合であっても、太陽電池ストリング５１Ｂの開放電圧に支配される。つまり、最も開放電圧の高い太陽電池ストリング５１Ｂの出力特性に適した動作条件で、昇圧チョッパ回路５２が駆動する。その結果、太陽電池ストリング５１Ｂは最大電力を供給するが、太陽電池ストリング５１Ａ、５１Ｃは最大電力を供給しないことがある。従って、太陽電池ストリング５１Ａ〜５１Ｃから供給される出力電力は、供給可能な最大電力を大きく下回ることがあり、電力供給の効率が低下することがある。
【０００６】
これに対して、特許文献１には、複数の太陽電池ストリングに複数の昇圧チョッパ回路を接続し、制御回路が複数の昇圧チョッパ回路を駆動させる太陽光発電装置が示されている。この太陽光発電装置では、太陽電池ストリング毎に各昇圧チョッパ回路を動作させることにより、太陽電池ストリングのそれぞれから最大電力を引き出すことができるので、上記問題を解決できる。
【０００７】
ところで、複数の太陽電池ストリングのそれぞれには、一般的に、同じ種類の昇圧チョッパ回路を接続することが多い。従って、１種類の昇圧チョッパ回路が、いろいろな出力特性を有する太陽電池ストリングと接続されることになる。一般的に、昇圧チョッパ回路は、定格電力や定格電流に合うように、自回路を動作させる際の最適なスイッチング周波数が予め決められている。しかしながら、太陽電池ストリングの出力電力や出力電流は、定格電力や定格電流とは異なることが多い。従って、予め決められたスイッチング周波数で昇圧チョッパ回路を動作させると、昇圧チョッパ回路内の部品の温度が上昇してしまう。すなわち、スイッチング損失等が大きくなるため、昇圧チョッパ回路の電力の変換効率が低下する問題がある。
【０００８】
これに対して、昇圧チョッパ回路内の部品の温度が上昇したときに、温度制御により出力電力を減少させて温度の上昇を抑制する方法が考えられるが、この方法では供給電力が減少してしまうという問題がある。また、太陽電池ストリング毎の太陽電池パネルの構成枚数を減らすことにより、出力電力を標準出力電力とする方法も考えられる。しかし、この方法では、太陽電池パネルの設置スペースが有効に利用されないのみならず、個々の太陽電池ストリングに昇圧チョッパ回路を接続する意味がなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−４０９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複数の太陽電池ストリングの各々に接続された電圧変換回路（昇圧チョッパ回路）の電力の変換効率の低下を防ぐことが可能であると共に、温度制御による出力電力の減少を抑制することが可能な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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る太陽光発電用パワーコンディショナは、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接続され、前記太陽電池ストリングの出力電圧を所定の電圧に昇圧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、前記電圧変換回路内の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部による検出結果に基づいて、前記電圧変換回路をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数を決定する周波数決定部と、前記電圧変換回路毎に、前記周波数決定部によって決定された前記スイッチング周波数に応じたパルス信号を出力して個別に駆動制御する個別制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明において、前記電圧変換回路は、磁性部品を有し、前記温度検出部は、前記磁性部品の温度を検出し、前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記磁性部品の温度が第１閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を増加させることが好ましい。
【００１３】
この発明において、前記電圧変換回路は、半導体素子をさらに有し、前記温度検出部は、前記半導体素子の温度をさらに検出し、前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記半導体素子の温度が第２閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を減少させることが好ましい。
【００１４】
この発明において、前記個別制御部は、前記磁性部品の温度が第３閾値以上であり、かつ、前記半導体素子の温度が第４閾値以上のとき、前記太陽電池ストリングからの出力電力を減少させるように、前記電圧変換回路に前記パルス信号を出力することが好ましい。
【００１５】
この発明において、前記個別制御部は、前記スイッチング周波数の変更前後の前記パルス信号の時比率が同一となるように、前記電圧変換回路に該パルス信号を出力することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電圧変換回路内の温度に基づいて、各電圧変換回路をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数が決定される。すなわち、電圧変換回路内の温度を低減させるように、スイッチング周波数を増減することができるため、電圧変換回路の電力の変換効率の低下を防ぐことができる。また、電圧変換回路内の温度制御による太陽電池ストリングの出力電力の減少を抑制できるため、太陽電池ストリングの出力電力をより効率的に引き出すことができる。
【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の昇圧チョッパ回路の電気的ブロック図。
【図４】上記太陽光発電用パワーコンディショナの太陽電池ストリングの出力特性の一例を示す図。
【図５】上記太陽光発電用パワーコンディショナについて、温度抑制制御を行うときの太陽電池ストリングの動作点制御内容を示す図。
【図６】上記太陽光発電用パワーコンディショナにおける周波数変更処理を行うときの周波数とデューティ比の変化を示す図。
【図７】従来の一般的な太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示すブロック図。
【図８】一般的な太陽電池パネルの出力特性図。
【図９】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のそれぞれの出力特性図。
【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３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、２１Ｂ、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分電盤６を備える。
【００２０】
なお、各太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは太陽電池パネルの直列接続枚数が異なり、それに伴って、各太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの開放電圧及び供給可能な最大電力も異なるものとして説明する。
【００２１】
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、分電盤６を介して、電力系統４及び負荷５に供給し、その供給に際して、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。
【００２２】
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る。負荷５は、家電機器等の電気機器である。分電盤６には、電力系統４と負荷５とが並列に接続されている。
【００２３】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ個別に対応する昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）３０Ａ〜３０Ｃと、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを制御する各制御回路３３Ａ〜３３Ｃとを有する。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（直流／交流変換回路）３１と、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電圧等を検出する出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃとをさらに有する。
【００２４】
昇圧チョッパ回路３０Ａは、図３に示すように、インダクタ（磁性部品）４１と、スイッチング素子（半導体素子）４２と、ダイオード（半導体素子）４３と、キャパシタ４４とを有する一般的な構成である。昇圧チョッパ回路３０Ａの入出力間にインダクタ４１とダイオード４３とが直列に接続される。スイッチング素子４２は、インダクタ４１とダイオード４３との間で、回路に並列接続される。キャパシタ４４は、昇圧チョッパ回路３０Ａの出力側で、回路に並列接続される。昇圧チョッパ回路３０Ａは、個別制御部３５Ａから出力されるパルス信号に応じて、スイッチング素子４２をオン／オフ駆動させ、太陽電池ストリング２１Ａから出力される出力電圧を昇圧する。なお、図３では昇圧チョッパ回路３０Ａの構成について示したが、昇圧チョッパ回路３０Ｂ、３０Ｃについても同様の構成であり、その説明は省略する。また、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、予め決められた定格電力や定格電流に合うように、自回路３０Ａ〜３０Ｃを動作させるための最適なスイッチング周波数が予め決められている。しかし、この定格電力や定格電流と、実際の出力電力や出力電流とが異なる状態において、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを上記予め決められたスイッチング周波数で動作させると、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度が上昇し、電力の変換効率が低下する。すなわち、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力や出力電流は変動するので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを上記スイッチング周波数で動作させると、電力の変換効率が低下することが多い。そのため、後述する温度低減動作によって、スイッチング周波数を増減させることにより、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００２５】
前記図２に示すように、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いる。各出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに出力される出力電圧、出力電流、及び出力電流を検出する。各出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、検出結果を、各制御回路３３Ａ〜３３Ｃ内の周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃと個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに出力する。
【００２６】
各制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃを個別に最大出力点追従制御することにより、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから供給可能な最大電力を引き出すことができる回路である。
【００２７】
各制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをスイッチング駆動させるためのパルス信号を出力して、これらを個別に駆動制御する個別制御部３５Ａ〜３５Ｃを有する。また、各制御回路３３Ａ〜３３Ｃは、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの内部の温度を検出する温度検出部３６Ａ〜３６Ｃと、パルス信号のスイッチング周波数を決定する周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃをさらに有する。
【００２８】
各温度検出部３６Ａ〜３６Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内のインダクタ４１、スイッチング素子３２、及びダイオード４３の温度を検出し、検出した結果を各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃと個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに出力する。
【００２９】
各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、各出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃ及び各温度検出部３６Ａ〜３６Ｃから出力された検出結果に基づいて、スイッチング周波数を決定し、決定したスイッチング周波数の値を各個別制御部３５Ａ〜３５Ｃに出力する。例えば、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって検出された温度に基づいて、スイッチング周波数を決定する。すなわち、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度の上昇を防ぐように、スイッチング周波数を増減させて、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧や出力電流に適合したスイッチング周波数を決定する。そして、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃが、決定された（太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧や出力電流に適合した）スイッチング周波数で動作する。
【００３０】
個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃから与えられるスイッチング周波数と時比率（デューティ比という）に従って、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング素子４２をオン／オフ駆動するためのパルス信号を出力する。つまり、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにパルス信号を出力してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。これにより、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の出力電圧を制御でき、結果として、それらの出力電力を制御できる。
【００３１】
次に、パワーコンディショナ３の最大点追従制御動作について説明する。図４は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれの出力特性を示す。太陽電池パネル２の直列接続枚数が２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ａの順に多く、図４に示すように、この直列接続枚数の多い順に応じて開放電圧が高いものとする。パワーコンディショナ３を動作させて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出力させる場合を考える。
【００３２】
この場合、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各出力検出回路３２Ａ〜３２ｃから検出される各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧が、最大電力Ｐｍａｘ１〜Ｐｍａｘ３が得られる最適動作電圧Ｖ１〜Ｖ３と一致するようにデューティ比を変化させる。すなわち、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃによって増減されたスイッチング周波数と、変化させたデューティ比とに応じたパルス信号を各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに出力する。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧を確認しながら、最大電力が引き出せるまで、デューティ比を変化させてパルス信号を各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに出力する。このようにして、デューティ比を変化することにより、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を独立して行うことができ、それらの各々から、供給可能な最大電力を引き出すことができる。
【００３３】
次に、パワーコンディショナ３の各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの内部の温度低減動作について説明する。
【００３４】
（インダクタ４１の温度が上昇した場合）
温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのインダクタ４１の温度が、予め決められた一定値（第１閾値）以上であると検出された場合を考える。その場合に、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、このような温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対応するスイッチング周波数を増加させる。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、温度が第１閾値以上であるインダクタ４１を有する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対して、スイッチング周波数が増加されたパルス信号を出力する。これにより、インダクタ４１のコア損失を低減でき、インダクタ４１の温度を低減させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃによる電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
（スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が上昇した場合）
また、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が予め決められた一定値（第２閾値）以上であると検出された場合を考える。その場合に、各周波数決定部３７Ａ〜３７Ｃは、この温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング周波数を減少させる。そして、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、温度が第２閾値以上であるスイッチング素子４２又はダイオード４３を有する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対して、スイッチング周波数を減少させたパルス信号を出力する。これにより、スイッチング素子４２又はダイオード４３のスイッチング損失を低減でき、これらの温度を低減させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃによる電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３６】
（インダクタ４１と、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度とが上昇した場合）
あるいは、温度検出部３６Ａ〜３６Ｃによって、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのインダクタ４１と、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が以下の様に上昇した場合を考える。詳しくは、インダクタ４１の温度が一定値（第３閾値）以上であり、かつ、このインダクタ４１を有する昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのスイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が一定値（第４閾値）以上であるものとする。その場合に、上記温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対応する太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電力を減少させるように、個別制御部３５Ａ〜３５Ｃが動作してもよい。
【００３７】
詳しくは、例えば、図５に示すように、太陽光ストリング２１Ｂが最大電力Ｐｍａｘ2を供給しているとする。このときに、昇圧チョッパ回路３０Ｂのインダクタ４１の温度が第３閾値以上であり、かつ、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が第４閾値以上であると温度検出部３６Ｂによって検出されたと仮定する。この場合、個別制御部３５Ｂは、太陽電池ストリング２１Ｂからの出力電力Ｐｍａｘ2を減少させて、例えば出力電力Ｐ21になるように、パルス信号のデューティ比を変化させる。すなわち、個別制御部３５Ｂは、パルス信号のデューティ比を変化させて、太陽電池ストリング２１Ｂの出力電圧を、最大電力を供給可能な電圧Ｖ2から電圧Ｖ21になるようにデューティ比を変化させる。
【００３８】
このように、インダクタ４１の温度が第３閾値以上であり、かつ、スイッチング素子４２又はダイオード４３の温度が第４閾値以上である場合に、その昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに対応する太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電力を減少させる。そのため、上記温度上昇が検出された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃに入力される電力を減少させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度を低減させることができる。従って、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃによる電力の変換効率の低下を防ぐことができる。
【００３９】
次に、パワーコンディショナ３の個別制御部３５Ａ〜３５Ｃから出力されるパルス信号のデューティ比について説明する。
【００４０】
各個別制御部３５Ａ〜３５Ｃは、スイッチング周波数の変更前後において、パルス信号のデューティ比が同一となるように、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにパルス信号を出力するものである。
【００４１】
図６（ａ）（ｂ）は、スイッチング周波数の変更前後における各個別制御部３５Ａ〜３５Ｃから出力されるパルス信号の変化の一例を示す。図６（ａ）に示すように、パルス信号が周期Ｔ１のスイッチング周波数であるとき、このパルス信号のデューティ比は５０％である。そして、図６（ｂ）に示すように、パルス信号を周期Ｔ２のスイッチング周波数に変更した場合であっても、パルス信号のデューティ比は５０％のままであり、デューティ比は同一である。
【００４２】
このように、スイッチング周波数の変更前後において、デューティ比を同一とすると、スイッチング周波数の変更によって各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点が変化しない。従って、最大電力点追従制御に影響を与えることなく、スイッチング周波数を変更することができる。
【００４３】
上述したように、本実施形態に係るパワーコンディショナ３では、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度に基づいて、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数が決定される。すなわち、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのインダクタ４１と、スイッチング素子４２、及びダイオード４３の温度に基づいて、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数が決定される。そして、決定されたスイッチング周波数に基いて、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃが動作する。そのため、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度に基づいて、スイッチング周波数を増減することができるため、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの温度を低減させるように、スイッチング周波数を決定することができる。従って、スイッチング周波数を増減させることにより、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度を低減させることができるので、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおける電力の変換効率の低下を防ぐことができる。また、パワーコンディショナ３では、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度を低減させる際に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力を必ず減少させるものではない。そのため、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ内の温度制御による太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力の減少を抑制できるため、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力をより効率的に引き出すことができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態の記載に限定されるものではなく、使用目的に応じて、様々な変形が可能である。例えば、図２において、全ての昇圧チョッパ回路のそれぞれに、周波数決定部と個別制御部を設けているが、１つの周波数決定部と制御部によって時分割的に制御してもよい。
【００４５】
また、各昇圧チョッパ回路の内部の温度低減動作は、以下であってもよい。すなわち、インダクタの温度が一定値（第５閾値）以上であるときに、スイッチング素子又はダイオードの温度が一定値（第６閾値）以上になるまで、スイッチング周波数を増加させ続ける。そして、スイッチング素子又はダイオードの温度が第６閾値以上になると、インダクタの温度が第６閾値以上になるまで、スイッチング周波数を減少させ続けるという一連の処理を繰り返し行うものであってもよい。
【００４６】
また、各昇圧チョッパ回路の内部の温度低減動作は、以下であってもよい。すなわち、一般的に、コア損失よりも、スイッチング損失の方が大きいため、インダクタの温度に応じてスイッチング周波数を増減し、スイッチング素子又はダイオードの温度が一定値以上になったときに、スイッチング周波数を減少させるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
２ 太陽電池パネル
３１ インバータ（直流／交流変換回路）
４１ インダクタ（磁性部品）
４２ スイッチング素子（半導体素子）
４３ ダイオード（半導体素子）
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 太陽電池ストリング
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）
３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ 温度検出部
３７Ａ〜３７Ｃ 周波数決定部
【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接続され、前記太陽電池ストリングの出力電圧を所定の電圧に昇圧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、
前記電圧変換回路内の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出結果に基づいて、前記電圧変換回路をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数を決定する周波数決定部と、
前記電圧変換回路毎に、前記周波数決定部によって決定された前記スイッチング周波数に応じたパルス信号を出力して個別に駆動制御する個別制御部をさらに備え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】
前記電圧変換回路は、磁性部品を有し、
前記温度検出部は、前記磁性部品の温度を検出し、
前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記磁性部品の温度が第１閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を増加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】
前記電圧変換回路は、半導体素子をさらに有し、
前記温度検出部は、前記半導体素子の温度をさらに検出し、
前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記半導体素子の温度が第２閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を減少させ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４】
前記個別制御部は、
前記磁性部品の温度が第３閾値以上であり、かつ、前記半導体素子の温度が第４閾値以上のとき、前記太陽電池ストリングからの出力電力を減少させるように、前記電圧変換回路に前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項５】
前記個別制御部は、前記スイッチング周波数の変更前後の前記パルス信号の時比率が同一となるように、前記電圧変換回路に該パルス信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項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接続され、前記太陽電池ストリングの出力電圧を所定の電圧に昇圧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、
前記電圧変換回路内の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部による検出結果に基づいて、前記電圧変換回路をスイッチング駆動するためのパルス信号のスイッチング周波数を決定する周波数決定部と、
前記電圧変換回路毎に、前記周波数決定部によって決定された前記スイッチング周波数に応じたパルス信号を出力して個別に駆動制御する個別制御部をさらに備え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】
前記電圧変換回路は、磁性部品を有し、
前記温度検出部は、前記磁性部品の温度を検出し、
前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記磁性部品の温度が第１閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を増加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】
前記電圧変換回路は、半導体素子をさらに有し、
前記温度検出部は、前記半導体素子の温度をさらに検出し、
前記周波数決定部は、前記温度検出部によって前記半導体素子の温度が第２閾値以上であると検出されると、前記スイッチング周波数を減少させ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４】
前記個別制御部は、
前記磁性部品の温度が第３閾値以上であり、かつ、前記半導体素子の温度が第４閾値以上のとき、前記太陽電池ストリングからの出力電力を減少させるように、前記電圧変換回路に前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項５】
前記個別制御部は、前記スイッチング周波数の変更前後の前記パルス信号の時比率が同一となるように、前記電圧変換回路に該パルス信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項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８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０６４３３（Ｐ２０１３−１０６４３３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８６９３（Ｐ２０１１−２４８６９３）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【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３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【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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