JP2004146791A - Solar power generation device - Google Patents

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Taneo Higuchi
樋口　種男
Takashi Suenaga
末永　高史
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Kyocera Corp
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar power generation device in which maximum output power is efficiently used by simply connecting a plurality of solar cell strings of different output voltages to a commercial power system. <P>SOLUTION: This device comprises: a first solar cell string formed by connecting a plurality of solar cell elements or solar cell element groups in series; a second solar cell string, having the same constitution as the first solar cell string, which is connected in parallel to it; a power conversion means which controls the output so that dc power is outputted at a maximum output operating point of these solar cell string and further converts the dc power to ac power; and a voltage regulating means, provided between the second solar cell string and the power conversion means, which adjust the dc voltage outputted from the second solar cell string to match the output voltage from the first solar cell string. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根などの構造物上などに設置する太陽電池ストリングを構成する太陽電池素子、または太陽電池素子群（太陽電池モジュール）の直列数の自由度を増し、太陽電池ストリングの最大出力動作点を正確に追尾可能とする制御機能を備えた太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は従来技術の太陽光発電装置を示すブロック図である。従来は、図１４に示すように、複数の太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂ（ストリング：太陽電池素子が直列接続された一列の装置）を並列接続してなる太陽光発電装置１７において、前記太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂから最大出力電力が得られるように構成したものが提案されている。
【０００３】
この太陽光発電装置１７は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子を複数個接続してなる太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂと、一方の太陽電池ストリングからの出力が他の太陽電池ストリングに逆流しないようにする逆流防止ダイオード１９とを接続するとともに、複数の太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂからの出力電圧を束ねる接続手段となる接続箱１３、各太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂから出力される直流電力を商用電力系統１６に対して電圧・電流位相を同期させた交流電力に変換する電力変換装置と商用電力系統の異常を検出する保護装置とからなるパワーコンディショナ１４とで構成されている。パワーコンディショナ１４から出力される交流電力は、照明やモーターなどの交流負荷１５に与えられる。
【０００４】
一般に太陽電池ストリングを用いて必要な電力を得る場合、太陽電池素子、または太陽電池モジュール１８を直列や並列、または直並列するなどして各太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂを構成し、電力変換を行うパワーコンディショナ１４が効率よく変換できる電圧・電流になるよう構成する。
【０００５】
しかし、太陽電池ストリングの発電電力量は日照条件や状況により変化するため、太陽電池の電流と電圧を最も効率的に取り出せる最大出力動作点と呼ばれるポイントは常に変化している。そこで、太陽電池ストリングの最大出力電力を得るために、変動する太陽電池の最大出力動作点にパワーコンディショナ１４の動作点が追従するようにパワーコンディショナ１４を制御するようにしている。
【０００６】
しかしながら、パワーコンディショナ１４では接続箱１３で集電した結果としての太陽電池ストリングの出力電力を制御するため、太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂごとの出力電力を制御することはできない。したがって、太陽電池ストリング間の出力電圧を合わせるために太陽電池ストリング間の太陽電池素子の数を揃える必要がある。
【０００７】
例えば、太陽電池素子の数が異なる複数の太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂを並列接続して構成した場合は、最大出力動作点が各太陽電池ストリングごとに異なった点に位置するために、ある出力電圧でパワーコンディショナ１４を動作させようとすると、全体として発電効率を下げてしまう結果となる。このことは、太陽電池モジュール１８の構成枚数を任意に設定すれば変換効率を下げてしまう結果になり、例えば家屋の屋根全体に太陽電池モジュール１８を敷きつめ、かつ変換効率を高い状態で維持するなどの要求に応えられないことになる。
【０００８】
近年、景観や個性を重視した太陽電池を搭載した住宅などにおいては、太陽電池モジュール１８と一緒に、発電を行わないダミーモジュールを配設してスペースを埋めるようにしたり、歯抜け部分に発電を行わせない太陽電池モジュールを配設したりして屋根外観が同じになるようにしており、発電に寄与できない部品が必要とされている。
【０００９】
また、太陽電池モジュール１８の増設単位がストリング単位であるために、必要な発電容量と実際の設置可能容量とに差が生じる場合などが発生し、１つの太陽電池ストリングの設置領域よりも小さい設置可能面積が残っていても発電に貢献させられず、その結果、要求される発電容量を満たすことができないなどの問題が生じている。
【００１０】
このようなことから、例えば、特許文献１には、太陽電池素子の数が異なるストリングを並列接続して構成した場合、太陽電池素子の少ないストリングに電圧調整手段を接続し、複数の太陽電池ストリングからの出力電圧をあらかじめ定められた電圧に変換して合わせるような太陽光発電装置が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３１２３１９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された方法では、太陽光発電装置の設置時に、昇圧電圧比率を電圧調整手段に設けられた接点切替スイッチによって、手動的に選択しなければならず、設置時の工数が増えるとともに、万一、前記選択の設定を誤った場合には、太陽電池モジュール１８の設置枚数に応じた出力が得られず、太陽光発電装置が正常に稼働しないという問題が生じる。
【００１３】
また、太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂの設置方位が異なると、それぞれの太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂへの日射条件およびモジュール温度条件の違いから、太陽電池ストリング１１ａ、１１ｂとしての最大出力を得るための動作点には差が生じている。しかし、昇圧電圧比率を手動的に設定する場合は、昇圧比が設定値で固定となるため、真の最大出力電力を得ることができないという問題が生じる。
【００１４】
また、施工時に設定が誤って行われていないかを検査・管理する必要があり、その結果の収集・記録・管理や、それを施工業者に徹底させるための労力が必要となる。
【００１５】
上述のような太陽光発電装置における課題に鑑み、本発明は、最適な運転制御が可能な優れた太陽光発電装置を提供することができるよう、異なる出力電圧を有する複数の太陽電池ストリングを簡略に商用電力系統に系統連系させることができ、かつそれらの太陽電池ストリングの最大出力電力での効率的利用を可能とするとともに、前記昇圧比の誤設定の問題を発生させない太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかる太陽光発電装置は、複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成される第１の太陽電池ストリングと、複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成され、前記第１の太陽電池ストリングに対して並列に接続され直列数が異なる第２の太陽電池ストリングと、これら太陽電池ストリングの最大出力動作点で直流電力が出力されるように制御するとともに、この直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、前記第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を、前記第１の太陽電池ストリングと前記電力変換手段との間に供給するとともに、前記第２の太陽電池ストリングの出力電圧を前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧側に調整する電圧調整手段と、を含む。
【００１７】
また、本発明の請求項２にかかる太陽光発電装置は、請求項１にかかる太陽光発電装置について、前記電圧調整手段は、前記第２の太陽電池ストリングの最大電力となる電圧に基づいて電圧調整するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
例えば、複数枚の太陽電池モジュールが直列接続された太陽電池ストリングの複数を、接続箱を通じパワーコンディショナを介して商用電力系統に系統連系させるための太陽光発電装置であって、あらかじめ定められた標準直列枚数の太陽電池モジュール、またはあらかじめ定められた標準数の太陽電池素子を含む第１の太陽電池ストリングと、その標準直列枚数未満の太陽電池モジュール、または標準数未満の太陽電池素子を含む第２の太陽電池ストリングとが接続箱に並列に接続され、第２の太陽電池ストリングの出力電圧を第１の太陽電池ストリングの出力電圧まで高める電圧調整手段が接続箱の前段、すなわち入力側に設けられてなるものである。
【００１９】
ここで、第１の太陽電池ストリングとは、パワーコンディショナが制御可能である範囲の数の太陽電池モジュールまたは太陽電池素子が直列に接続されて構成される。また、例えば、複数の太陽電池ストリングが存在する場合、第１の太陽電池ストリングは、直列接続可能な最大枚数の太陽電池モジュールまたは太陽電池素子が直列に接続されて構成される。
【００２０】
また、電圧調整手段は、接続される太陽電池ストリングについて、ＭＰＰＴ制御（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ最大出力点追従制御）を行ない、第２の太陽電池ストリングの最大出力電圧を得ることができる。また、出力側の自動的に定まる出力電圧であって、パワーコンディショナの制御電圧である第１の太陽電池ストリングの電圧と同一となる出力電圧と、入力側のＭＰＰＴ制御による第２の太陽電池ストリングから与えられる入力電圧とにより昇圧電圧比率は、自動的に調整される。また、電圧調整手段は、第１または第２の太陽電池ストリングの出力電力によって駆動可能としてもよい。
【００２１】
このように、第１の太陽電池ストリングと電力変換手段との間に、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を調整する電圧調整手段を設けるとともに、この電圧調整手段でもって、第２の太陽電池ストリングの出力電圧を第１の太陽電池ストリングの出力電圧側、すなわち第２の太陽電池ストリングの出力電圧を第２の太陽電池ストリングの出力電圧に合うように調整し、さらに、電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングの最大電力となる電圧に基づいて与えられる電圧を調整する。これによって、複数枚の太陽電池モジュールが直列接続された太陽電池ストリングの複数枚を、接続箱を介して商用電力系統に系統連系させる太陽光発電装置において、発電能力が異なる第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングとを含む場合であっても、各太陽電池ストリングからの最大出力電力の和を最大出力電力として利用することが可能となり、太陽光発電装置を商用電力系統に系統連系させることができる。
【００２２】
また、電圧調整手段は第２の太陽電池ストリングのみの接続で済み、第１の太陽電池ストリングには電圧調整手段を接続する必要はない。
【００２３】
そして、入力電圧と出力電圧とに基づいて昇圧比が自動的に調整されることにより、設置時の昇圧比の設定が不要となり、施工工数が削減される。また、誤設定による動作不良がないので、施工時に設定が誤って行われていないかを検査・管理する必要がなく、検査結果の収集・記録・管理や、それを施工業者に徹底させるための労力が不要となる。
【００２４】
さらに、電圧調整手段のＭＰＰＴ制御機能により、太陽電池ストリングの設置条件の違い、例えば太陽電池ストリングごとに日照量が異なる場合などに各太陽電池ストリングの最大出力動作点に差が生じている場合であっても、真の最大出力電力を得ることができる優れた太陽光発電装置を提供できる。
【００２５】
また、電力調整手段が、昇圧と降圧の両方の電圧調整機能を有するようにしてもよい。例えば、一部の時間帯に出力低下が生じる第２の太陽電池ストリングを有する場合において、通常は降圧による電圧調整が行なわれるが、対象時間帯のみ昇圧による電圧調整を行ない、降圧型電圧調整のみでは発電に寄与できない太陽電池ストリングの電力を取り出せるようにすることも可能であり、発電電力量の向上だけでなく、従来は太陽電池ストリングの設置条件を満足できなかった場所も含めた設置ができるようになる。
【００２６】
また、本発明の請求項３にかかる太陽光発電装置は、複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成される第１の太陽電池ストリングと、複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成され、前記第１の太陽電池ストリングに対して並列に接続され、第１の太陽電池ストリングよりも直列数が少ない第２の太陽電池ストリングと、これら太陽電池ストリングの最大出力動作点で直流電力が出力されるように制御するとともに、この直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、前記第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を昇圧し、前記第１の太陽電池ストリングと前記電力変換手段との間に、最大出力動作点で直流電力が出力されるように制御するとともに、前記第２の太陽電池ストリングの出力電圧を前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧になるように調整する機能を備え、調整した出力電圧が、前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧よりも高くならないように制御する昇圧手段と、を含む。
【００２７】
また本発明の請求項４にかかる太陽光発電装置は、請求項３にかかる太陽光発電装置について、第２の太陽電池ストリングが第１の太陽電池ストリングよりも先に発電を開始した際に、前記昇圧手段は、昇圧動作を停止し、前記第１の太陽電池ストリングによって前記電力変換手段が起動するように制御する。
【００２８】
このように、複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成される第１の太陽電池ストリングと、この第１の太陽電池ストリングに対して並列に接続され、第１の太陽電池ストリングよりも発電能力が低い第２の太陽電池ストリングとを備え、これら太陽電池ストリングから出力される直流電力を交流電力に変換し且つ最大出力動作点が入力されるように制御する電力変換手段と、前記第１の太陽電池ストリングと前記電力変換手段の間に、前記第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を昇圧し且つ最大出力動作点が入力されるように制御する電圧調整手段を設ける。この電圧調整手段でもって、前記第２の太陽電池ストリングの出力電圧を前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧に調整する機能を備え、さらに、前記電圧調整手段から与えられる出力電圧が、第１の太陽電池ストリングの出力電圧よりも高い電圧で電力変換手段が連続動作しないように制御することとしたので、自動昇圧機能を有する電圧調整手段によって、電力変換手段が第１の太陽電池ストリングの動作電圧よりも高い電圧を動作電圧と誤認する問題を解消することができ、電力変換手段が最適な制御電圧で、発電損失を発生させない最適な制御を行うことができる。
【００２９】
また、第２の太陽電池ストリングが、第１の太陽電池ストリングよりも先に発電を開始した際に電圧調整手段の昇圧動作を停止させ、第１の太陽電池ストリングによって電力変換手段が起動するように制御することとしたので、第１の太陽電池ストリングの出力電圧、または電力変換手段が電力変換する場合の変換電圧である制御電圧を電圧調整手段が検知できない場合においても、第１の太陽電池ストリングが発電していない状態では第２の太陽電池ストリングが単独で動作し、電圧調整手段によって電力変換手段が第１の太陽電池ストリングの動作電圧よりも高い電圧を動作電圧と誤認しないように制御することができ、電力変換手段が最適な制御電圧で制御を行なうことが可能な優れた太陽光発電装置を提供できる。
【００３０】
また、本発明の請求項５にかかる太陽光発電装置は、複数個の太陽電池素子が接続されて構成される第１の太陽電池ストリングと、複数個の太陽電池素子が接続されて構成され、第１の太陽電池ストリングに並列に接続される第２の太陽電池ストリングと、第１および第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が与えられ、与えられる直流電力が最大となる変換電圧値Ｖｍで、それらの直流電力を交流電力に変換する機能を有する電力変換手段と、第２の太陽電池ストリングと電力変換手段とを電気的に接続する経路に介在され、前記変換電圧値Ｖｍに近づくように、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を調整する電圧調整手段とを含む。
【００３１】
本発明によれば、電力変換手段が、与えられる直流電圧を調整することによって、与えられる直流電力が最大となる変換電圧値Ｖｍで、直流電力を交流電力に変換することができる。具体的には、電力変換手段によって、第１の太陽電池ストリングから与えられる電力が最大となる最適電圧値ＶＬとなるように、与えられる電圧が調整される。すなわち変換電圧値Ｖｍが第１の太陽電池ストリングの最適電圧値ＶＬに等しくなる。
【００３２】
また電圧調整手段が、前記変換電圧値Ｖｍに近づくように、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を調整して、電力変換手段に与える。これによって第１および第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力を電力変換手段に直接与える場合に比べて、電力変換手段に与えられる最大直流電力を大きくすることができる。
【００３３】
このような構成としたので、第１の太陽電池ストリングおよび第２の太陽電池ストリングの発電状態が異なる場合、例えば各ストリングに含まれる太陽電池モジュールの数が異なる場合であっても、太陽光発電装置の発電能力を高めることができる。
【００３４】
なお、本発明の電圧調整手段は、前記変換電圧値Ｖｍに関する情報に基づいて、第２の太陽電池ストリングから電力変換手段に与える直流電圧を調整する。これによって、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧の調整量を自動調整することができ、作業者があらかじめ調整量を決定する必要がない。
【００３５】
したがって、太陽光発電装置の設置時に電圧調整手段の出力電圧を設定する作業が不要となり、施工工数が削減される。また、誤設定による動作不良がないので、施工時に設定が誤って行われていないか否かを検査および管理する必要がない。
【００３６】
また、電圧調整手段による第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧の調整は随時行われることが好ましい。これによって、第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングとに照射される太陽光の日射量および温度などが時間経過とともに変化する場合であっても、随時最大電力となる変換電圧値Ｖｍで電力変換手段を動作させることができ、優れた太陽光発電装置を提供することができる。
【００３７】
そして、本発明の請求項６にかかる太陽光発電装置は、複数個の太陽電池素子が接続されて構成される第１の太陽電池ストリングと、複数個の太陽電池素子が接続されて構成され、第１の太陽電池ストリングに並列に接続される第２の太陽電池ストリングと、第１および第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が与えられ、与えられる直流電力が最大となる変換電圧値Ｖｍで、それらの直流電力を交流電力に変換する機能を有する電力変換手段と、第２の太陽電池ストリングと電力変換手段とを電気的に接続する経路に介在され、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が最大となるように、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を調整して、第２の太陽電池ストリング直流電力を前記電力変換手段に与える電圧調整手段とを含む。
【００３８】
このような構成としたので、電圧調整手段は、ＭＰＰＴ制御機能を有することによって、第２の太陽電池ストリングの最適電圧が電圧調整手段に与えられるように調整することができる。これによって、第１および第２の太陽電池ストリングから与えられる電力がともに最大となる電圧で、電力変換手段が電力変換を行うことができる。
【００３９】
また、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、第１の太陽電池ストリングから電力変換手段に直接、直流電流を与えるようにすれば、第１の太陽電池ストリングには電圧調整手段を設ける必要がなくなる。これによって、各太陽電池ストリングに電圧調整手段がそれぞれ接続される場合に比べて、部品点数および接続機器を減らすことが可能となる。
【００４０】
そして、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、電圧調整手段を第２の太陽電池ストリングに対して、着脱可能に設けるようにすれば、太陽電池ストリングの増設など、太陽電池ストリングの状態が変更された場合に応じて、容易に電圧調整手段を太陽電池ストリングに着脱することができる。これによって、太陽光発電装置の設置後であっても、容易に発電能力を向上することができる。
【００４１】
また、本発明の請求項７にかかる太陽光発電装置は、請求項５または６の太陽電池において、電圧調整手段は、この電圧調整手段から電力変換手段に与える直流電圧が、第１の太陽電池ストリングから電力変換手段に与えられる直流電圧よりも高くならないように調整するようにしたので、電力変換手段が、第１の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧よりも、高い電圧を変換電圧Ｖｍとして誤設定する問題を解消することができる。これによって、電力変換手段が最適な制御電圧で、発電損失の発生を抑えた最適な制御を行うことができる。
【００４２】
さらに、本発明の請求項８にかかる太陽光発電装置は、請求項５または６の太陽電池において、電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングが第１の太陽電池ストリングよりも先に発電を開始した場合、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧の調整を停止し、電力変換手段は、第１の太陽電池ストリングから与えられる直流電力を交流電力に変換するようにした。これによれば、第１の太陽電池ストリングが発電していない状態で、電圧調整手段から与えられた直流電圧によって、電力変換手段が動作しないようにすることができる。その結果、電力変換手段が第１の太陽電池ストリングから出力される直流電圧よりも高い電圧を、変換電圧値Ｖｍとして誤設定しないように制御することができ、電力変換手段に過大な電流が流れることを防止できる。
【００４３】
また、本発明の請求項９にかかる太陽光発電装置は、請求項５または６の太陽光発電装置について、前記電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を昇圧または降圧の少なくともいずれか一方を行って調整した直流電圧を前記電力変換手段に与える調整部と、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電力を用いて、前記調整部を駆動する電源部と、調整部を制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００４４】
このような構成としたので、電源部が第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電力を用いて調整部を駆動することによって、電圧調整手段が、第２の太陽電池ストリングとともに動作する。これによって、夜間においては自動的に第２の太陽電池ストリングの調整が停止され、余計な電力消費が生じないようにすることができる。
【００４５】
ここで調整部はインダクタとダイオードとスイッチング素子とを含むチョッパ回路を含んで実現され、制御手段は、スイッチング素子をスイッチング制御して、与えられる直流電圧を昇圧または降圧制御の少なくともいずれか一方を行うようにすれば、交流電圧に変換することなく直流電圧を調整することができ、トランスを用いることなく昇圧又は降圧することができる。これによって、小型および軽量化が容易となるとともに、回路構成を単純化することができ製造コストを低減することができる。
【００４６】
また、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、第１の太陽電池ストリングから第２の太陽電池ストリングに電流が流れることを防止する逆流防止ダイオードを設け、前記電圧調整手段は、この電圧調整手段から電力変換手段に流れる電流の有無に基づいて、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を調整するようにすると良い。これによって、この電圧調整手段から電力変換手段に電流が流れるまで、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を調整、例えば昇圧する。電圧調整手段から電力変換手段に電流が流れると、調整された直流電圧は、前記変換電圧値Ｖｍと等しい電圧となる。このとき前記変換電圧値Ｖｍは、電力変換手段によって第１の太陽電池ストリングの最適電圧値ＶＬとなる。したがって前記変換電圧値Ｖｍは、各太陽電池ストリングの最適電圧値ＶＬ、Ｖｓと等しくなる。このようにして発電量を大きくすることができる。
【００４７】
さらに、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、前記電圧調整手段は、第１の太陽電池ストリングから与えられる出力電力が最大となる最適電圧値ＶＬと、第２の太陽電池ストリングから与えられる出力電力が最大となる最適電圧値Ｖｓとの電圧比を求め、この電圧比に基づいて、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を調整するようにすると良い。こうすることによって、この制御部は、第１の太陽電池ストリングの最適電圧値ＶＬと、第２の太陽電池ストリングの最適電圧値Ｖｓとの電圧比を求め、この電圧比に基づいて昇圧部に与えられる第２の太陽電池ストリングの最適電圧値Ｖｓを調整し、電力変換手段に与える直流電圧を、第１の太陽電池ストリングの最適電圧値ＶＬと等しくするので、発電量を大きくすることができる。
【００４８】
また、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、前記電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を昇圧して電力変換手段に与えるようにすれば、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が電圧不足のために出力として加算されないことを防止することができる。
【００４９】
そして、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、前記電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を降圧して電力変換手段に与えるようにすれば、第１の太陽電池ストリングに比べて、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が大きい場合であっても、電力変換手段に与えられる直流電力を大きくすることができる。例えば、第２の太陽電池ストリングの発電能力を大きくすることによって、太陽光発電装置に含まれる太陽電池ストリングの総数を少なくすることができ、配線数を少なくすることができる。
【００５０】
さらに、本発明の請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、前記電圧調整手段は、前記電力変換手段が、第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングとのいずれかの直流電圧を調整したか判定し、この判定結果に基づいて、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を調整を行うようにすると良い。こうすることによって、第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングのいずれかの直流電力に基づいて、変換電圧値Ｖｍを設定したか判定し、もし第２の太陽電池ストリングの直流電力に基づいて、変換電圧値Ｖｍを決定した場合には、電圧調整手段が調整動作を停止することによって、電力変換手段が第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を、変換電圧値Ｖｍとして誤設定してしまうことがないようにすることができる。
【００５１】
そして、本発明の請求項１０にかかる太陽光発電装置は、請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、前記電圧調整手段が、あらかじめ定められた規則にしたがって、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を、昇圧もしくは降圧のいずれかを実行し、電力変換手段に供給するようにすることを特徴とする。これによれば、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧が、第１の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧よりも低い場合には昇圧動作を行うなどして、降圧および昇圧動作を切り替えることができる。例えば、朝夕などの一部の時間帯に太陽からの照射量が低い場合など、出力低下が生じる場所に設置された太陽光発電装置において、通常は降圧動作による電圧調整が行われるような場合であっても、あらかじめ定める所定の時間帯のみ昇圧動作による電圧調整を行うようにすれば、降圧動作による電圧調整のみでは取り出すことができない太陽電池ストリングの電力を取り出すことが可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる太陽光発電装置の実施形態について、模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。なお、既に説明した同様な構成部材には、同一符号を付すものとし重複した説明を省略する。
【００５３】
図１に、本発明の一実施形態にかかる太陽光発電装置７のブロック図を示す。あらかじめ定めた標準枚数の太陽電池素子、いわゆる太陽電池セルが接続された太陽電池素子群である太陽電池モジュール８を直列接続させてなる第１の太陽電池ストリング１ａと、前記標準枚数未満の太陽電池素子を直列接続させてなる第２の太陽電池ストリング１ｂを電圧調整手段２を介して、それぞれ接続箱３に含まれる逆流防止ダイオード３１に接続した後に並列接続し、各太陽電池ストリング１ａ、１ｂの発電電力をパワーコンディショナ４を介して負荷である交流負荷５や商用電力系統６に供給するようにしたものである。
【００５４】
言い換えると、太陽光発電装置７は、第１の太陽電池ストリング１ａと、第２の太陽電池ストリング１ｂと、電圧調整手段２と、接続手段である接続箱３と、電力変換手段となるパワーコンディショナ４とを含む。各太陽電池ストリング１ａ、１ｂは、複数の太陽電池モジュール８が接続されて構成されてなる。例えば、第１の太陽電池ストリング１ａは、あらかじめ定められる標準数の太陽電池モジュール８が直列に接続される。また、第２の太陽電池ストリング１ａは、前記標準数未満の太陽電池モジュールが直列に接続される。
【００５５】
パワーコンディショナ４は、各太陽電池ストリング１ａ、１ｂから出力される直流電力が与えられ、それらの直流電力を交流電力に変換するとともに、与えられる直流電力が最大となるように、与えられる電圧を調整する。例えば、パワーコンディショナ４は、標準太陽電池ストリング１ａから与えられる電力が最大となる直流電圧が与えられるように調整する。
【００５６】
接続箱３は、各太陽電池ストリング１ａ、１ｂを並列に接続し、各太陽電池ストリング１ａ、１ｂから出力される出力電力を束ねて、パワーコンディショナ４に与える。また接続箱３は、一方の太陽電池ストリングからの電流が他方の太陽電池ストリングに逆流することを防止するために、ストリングごとに逆流防止ダイオード３１がそれぞれ設けられる。逆流防止ダイオード３１は、ストリングを並列に接続する経路のうち、その接続接点よりもストリング側にそれぞれ介在される。
【００５７】
電圧調整手段２は、第２の太陽電池ストリング１ｂと接続箱３とを電気的に接続する経路に介在され、逆流防止ダイオード３１よりも第２の太陽電池ストリング１ｂ側に設けられる。電圧調整手段２は、第２の太陽電池ストリング１ｂから与えられる直流電力が最大となるように与えられる直流電圧を調整し、調整した直流電圧を昇圧して、昇圧した電圧を、接続箱３を介してパワーコンディショナ４に与える。
【００５８】
一般に太陽電池素子にはシリコンを融かして再結晶させて、単結晶太陽電池素子や多結晶太陽電池素子とするものや、シリコンを非結晶状態で基板上に蒸着させるアモルファス太陽電池素子などがあり、本発明の太陽光発電装置７にはいずれの太陽電池素子を用いてもよい。前述の太陽電池素子は１つでは０．５Ｖ程度の出力電圧しかないため、電力供給する負荷に適する出力電圧を得るために、複数の太陽電池素子を、例えば直列に接続して高い電圧が得られるようにする。この直列に接続された太陽電池素子群としたもの、または、太陽電池素子を複数枚集めて太陽電池モジュール８としたものを複数接続したものを太陽電池ストリングとする。
【００５９】
電流を増加させるためには前記太陽電池ストリングを並列に接続すればよいが、各ストリングの出力電圧が異なるものを並列接続すると、後述するように最大出力電力点が各ストリングごとに異なった点に位置するので、システムとしての最大出力電力が得られない。そこで、並列接続される各太陽電池ストリングの出力電圧を揃えるようにすることが望ましい。
【００６０】
また太陽電池ストリングは、パワーコンディショナ４が効率良く電力変換できる電圧および電流となるように、あらかじめ定められる標準数の太陽電池モジュール８が接続されることが望ましい。なお、本発明の実施の形態では、太陽電池素子が直列に接続されて、太陽電池ストリングを構成するが、太陽電池素子が直列および並列に接続されて、太陽電池ストリングが構成されてもよい。このように出力電圧を目的の電圧に合わせて、あらかじめ定められる標準数の素子が接続された第１の太陽電池ストリングを標準太陽電池ストリング１ａと称する場合がある。
【００６１】
このように出力電圧を目的の電圧に合わせた太陽電池ストリングを標準太陽電池ストリングと称する。この時、太陽電池素子の設置面積などの制限から複数の太陽電池ストリングの中に直列数の異なる太陽電池ストリング１ｂを配することもあり、これを非標準太陽電池ストリング１ｂと称する場合がある。非標準太陽電池ストリング１ｂは、含まれる太陽電池素子の数が、標準太陽電池ストリング１ａよりも多い場合と、少ない場合とがあり、発電能力が標準太陽電池ストリング１ａに比べて大きい場合と、小さい場合とがある。
【００６２】
通常、１つの太陽電池ストリングの出力電圧が低下すると、電圧の低いストリングに他の高い電圧のストリングからの電流が回り込むのを阻止するため、各太陽電池ストリングの出力は逆流防止ダイオード３１を介して並列接続される。非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧が標準太陽電池ストリング１ａよりも低い場合、非標準太陽電池ストリング１ｂをそのまま標準太陽電池ストリング１ａと並列に接続すると、非標準太陽電池ストリング１ｂからの出力電力は電圧不足のため、出力として加算されなくなる。そこで電圧調整手段２により非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧を標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧に合わせるようにする。
【００６３】
また、非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧が標準太陽電池ストリング１ａよりも高い場合は標準太陽電池ストリング１ａの出力が加算されなくなるのを防止するため同様に電圧を合わせる。電圧調整手段２には昇圧型と降圧型、極性逆転型があり、主にインダクタンスとコンデンサを使用してスイッチング制御をするスイッチングレギュレータが好適である。
【００６４】
以上のようにして集められた電力はパワーコンディショナ４に与えられ、パワーコンディショナ４によって、直流電力を交流電力に変換して、電灯やモーター機器などの交流負荷５で利用可能となるように交流負荷５に同期した電圧および電流位相に変換する。例えば、電力変換の際に、交流負荷５で利用できるだけの独立電源としての電力供給の他に、保安機器などと電力変換機構を組み合わせて電力会社から送電される商用電力系統６と電力系統接続し、電力売買できるようにしてもよい。
【００６５】
なお、図１において、１つの第１の太陽電池ストリング１ａと１つの第２の太陽電池ストリング１ｂのみが示されているが、さらに多くの太陽電池ストリングが含まれ得ることは言うまでもない。ただし、太陽光発電装置７は、標準太陽電池ストリング１ａが複数含まれる場合は、ストリングごとの太陽電池素子の直列に接続される枚数は同数もしくは近似値、例えば±１０％程度の許容度を満足することが望ましい。なお、非標準太陽電池ストリング１ｂが複数接続される場合は、非標準太陽電池ストリングごとの太陽電池素子の直列に接続される枚数は同数でなくてもよい。
【００６６】
図２は、太陽電池モジュール８を家屋に配置した状態を示す平面図である。図２に示すように、寄棟形状の家屋の屋根に太陽電池モジュール８を複数設置した場合、屋根面７２および屋根面７３の最大設置可能枚数である８枚の太陽電池モジュール８を直列に接続した太陽電池ストリングが標準太陽電池ストリング１ａとなる。また、図２に示すように、屋根面７１の標準太陽電池ストリング１ａが配置された領域に対する残余の領域に配置される５枚の太陽電池モジュール８を直列に接続した太陽電池ストリングが非標準太陽電池ストリング１ｂとなる。
【００６７】
従来の太陽光発電装置では、最適な出力を得るべく同一直列数の太陽電池ストリングを並列していたので、屋根面７１についても１３枚分の太陽電池モジュール８の設置スペースがあるが、実際は８枚の太陽電池モジュール８を設置するにとどまっており、設置スペースを有効利用できなかった。本発明では、非標準太陽電池ストリング１ｂと電圧調整手段２とを有することによって、以下に詳述するように太陽電池モジュール８の設置スペースを有効に利用することができるだけでなく、太陽電池ストリングの動作出力を常に最大に維持することが可能となるので、屋根面７１上には１３枚の太陽電池を設置可能とでき、各太陽電池ストリングから最適な出力を得ることができる。
【００６８】
図３は、標準および非標準太陽電池ストリングの出力特性を示すグラフである。図３（ａ）において発電能力が異なる２つの太陽電池ストリング１ａ、１ｂを並列接続した場合の出力電力の状態を説明する。図２の場合で説明すると、屋根面７２、７３は、８枚の標準太陽電池ストリング１ａがそれぞれ配置される。また、屋根面７１は１３枚の太陽電池モジュール８が配置可能であって、８枚の太陽電池モジュール８を有する標準太陽電池ストリング１ａと、５枚の太陽電池モジュール８を有する非標準太陽電池ストリング１ｂとが配置される。これを図１における標準太陽電池ストリング１ａ、非標準太陽電池ストリング１ｂとすると、出力電力曲線Ｌは標準太陽電池ストリング１ａからの出力電力、出力電力曲線Ｓは非標準太陽電池ストリング１ｂからの出力電力を表わしている。出力電力曲線Ｌと出力電力曲線Ｓを並列接続によって加算すると、出力電力曲線（Ｌ＋Ｓ）となる。各太陽電池ストリング１ａ、１ｂが発電しているその時々において最も出力が高い発電電力点である最大出力動作点は図３（ａ）に（α２＋β１）で表される。
【００６９】
ところが、このような電圧の異なる標準太陽電池ストリング１ａと、非標準太陽電池ストリング１ｂとを並列接続した場合の最大出力動作点（α２＋β１）における電力値Ｐ（１）は、非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力動作点β１における電力値Ｐ（Ｓ）の２倍程度にしかならない。したがって、標準太陽電池ストリング１ａの最大出力動作点α１の電力値Ｐ（Ｌ）との加算にはならず、電力損失が生じることになる。
【００７０】
また、出力電力曲線（Ｌ＋Ｓ）には最大出力動作点（α２＋β１）の裾野に２番目の出力動作点α１が生じることになり、最大出力動作点（α２＋β１）と前記出力動作点α１との間に電力の谷間Ｄが生じるため、パワーコンディショナ４が、後述するＭＰＰＴ制御（最大出力点追従制御）において、谷間Ｄを最大出力動作点の反対側の斜面と誤判断し、出力動作点α１を最大出力動作点として追従動作を行なう問題が生じる。このように従来の太陽光発電装置では、最大出力を得られないばかりか、図３（ａ）に示すように動作電圧が出力電力曲線Ｌの最大出力動作点α１から求められる場合は、標準太陽電池ストリング１ａのみの電力Ｐ（Ｌ）しか利用できないという問題がある。
【００７１】
一方、本発明の太陽光発電装置７における出力電力曲線を図３（ｂ）を用いて説明する。出力電力曲線Ｌは標準太陽電池ストリング１ａからの出力電力を表し、出力電力曲線Ｓｃは非標準太陽電池ストリング１ｂからの出力電圧を電圧調整手段２で昇圧した後の出力電力を表わしている。グラフからわかるように電圧調整手段２によって昇圧された非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力動作点βｃ１の電圧値Ｖｍは、標準太陽電池ストリング１ａの最大出力動作点α１の最適電圧値ＶＬと一致している。したがって各太陽電池ストリング１ａ、１ｂが並列接続された場合、出力電力曲線Ｌによって表される標準太陽電池ストリング１ａからの出力電力と出力電力曲線Ｓｃによって表される非標準太陽電池ストリング１ｂからの出力電力をと合算すれば、出力電力曲線Ｌと出力電力曲線Ｓｃの最大値が足し合わされた最大出力電力曲線（Ｌ＋Ｓｃ）を得ることができる。これによって最大出力動作点（α１＋βｃ１）の裾野には２番目の出力動作点が生じることがなく、また、各太陽電池ストリング１ａ、１ｂを並列接続した場合の最大出力動作点（α１＋βｃ１）の電力値Ｐ（２）は、非標準太陽電池ストリング１ｂの電力値Ｐ（Ｓｃ）と標準太陽電池ストリング１ａの出力動作点α１の電力値Ｐ（Ｌ）との加算とすることができるので電力損失が少ない。また、パワーコンディショナ４が、最大出力電力点（α１＋βｃ１）を容易に検知することが可能となる。
【００７２】
このように、本発明による太陽光発電装置７においては、電圧調整手段２を標準太陽電池ストリング１ａと逆流防止ダイオード３１との間に設けることによって、出力電圧の異なる太陽電池ストリングを、単に並列接続した場合に比べて、より高い最大出力電力値Ｐ（２）を得ることができ、その最大出力電力をパワーコンディショナ４に与えることができる。また、このような電圧調整手段２は非標準太陽電池ストリング１ｂと接続箱３とを電気的に接続する経路に対して、容易に着脱可能である。例えば、太陽電池モジュール８などの増設により、非標準太陽電池ストリング１ｂを標準太陽電池ストリング１ａに変更することができる場合には、電圧調整手段２を取り外すことができる。
【００７３】
次に、電圧調整手段２について説明する。図４は、電圧調整手段２の詳細を示すブロック図である。図４に示すように、電圧調整手段２は、外部からのサージ電圧や静電気から回路を保護する入力ＥＭＩ（電波雑音干渉）フィルタ２１、および出力ＥＭＩフィルタ２５、非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電力から電圧調整手段全体を駆動させる電源を得るための電源部２２、入力側および出力側の電圧状態を検出するとともに、非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力動作点β１を検出する制御部２３、制御部２３によって制御され非標準太陽電池ストリング１ｂから出力される直流電圧を昇圧する昇圧部２４とを含んで構成されている。
【００７４】
次に図４に示した電圧調整手段２の昇圧制御動作について説明する。図５は、図４の制御部２３の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【００７５】
まず、制御部２３は、ステップａ０で、電源部２２から駆動用電圧が与えられて、昇圧部２４を制御可能な状態となると、ステップａ１に進み、昇圧制御動作を開始する。ステップａ１では、制御部２３は、最大電力追従制御する。すなわち、制御部２３は、昇圧比を変更して非標準太陽電池ストリング１ｂから出力される直流電流を増減して、その直流電圧を変化させる。そして、ステップａ２に進む。ステップａ２では、変化時の非標準太陽電池ストリング１ｂから出力される直流電力を順次計測する。そして、直流電流が最大となる動作点を検出する。すなわち、図３（ａ）に示すような、非標準太陽電池ストリング１ｂから出力される電力が最大となる最適電圧値Ｖｓを検出し、ステップａ３に進む。ステップａ３では、動作を終了する。
【００７６】
太陽電池ストリングは、日射量の変化とともに短絡電流が変化し、温度の変化とともに開放電圧が変化する。したがって太陽電池ストリングから出力される直流電力が時々刻々変動するので、常に最大電力となる動作点を検出する必要がある。その動作は例えば、次のように行われる。
【００７７】
例えば、制御部２３は、集積回路などによって実現される演算回路（不図示）を有する。演算回路は、非標準太陽電池ストリング１ｂから出力されて与えられる直流電圧と直流電流とを検出し、その直流電力を演算する。次に、演算回路は、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる直流電圧を、１ステップ分となるあらかじめ定める電圧値を変化させるようにし、その時の直流電力を再び演算する。例えば、演算回路は、検出開始時に微小な出力電流が非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられるように設定する。演算回路は、現在の直流電力と前回の直流電力とを比較し、現在の直流電力が前回の直流電力に対して増加傾向にあるときは、現在の直流電圧をさらに１ステップ分低くなるように、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる直流電圧を低下させる。また現在の直流電力が、前回の直流電力に対して減少傾向にあるときは、現在の直流電圧をさらに１ステップ分高くなるように、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる直流電圧を上昇させる。
【００７８】
このような動作を繰り返し行い、与えられる直流電力が最大となる電圧と電流を自動的に検出する。この動作が常時行われているために、太陽光が雲などで遮られたり、天候が変化したりする場合であっても、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる電力を最大点で動作させるべく、自動的に追従させることができる。このようにして非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる電力が最大となる最適電圧値Ｖｓを求める。
【００７９】
パワーコンディショナ４によって、電圧調整手段２の負荷は、標準太陽電池ストリング１ａから出力される電力が最大となる電圧に調整されている。例えば、パワーコンディショナ４に標準太陽電池ストリング１ａから与えられる電圧が３００Ｖに設定されている場合、電圧調整手段２から出力される電圧が３００Ｖ以上であっても、３００Ｖに引き下げられた電圧が電圧調整手段２からパワーコンディショナ４に与えられる。
【００８０】
このように電圧調整手段２から出力される電圧が引き下げられることによって、非標準太陽電池ストリング１ｂから電圧調整手段２に与えられる直流電圧もまた変化する。電圧調整手段２はＭＰＰＴ制御によって、この変化した直流電圧に基づいて最大電力が与えられるように、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる直流電圧を変更して設定し直す。これによって、電圧調整手段２は、パワーコンディショナ４の変換電圧値Ｖｍで出力した上で、最大となる電力が非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられるように、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる入力電圧を設定することができる。
【００８１】
パワーコンディショナ４は、例えばトランスレス方式が用いられ、昇圧チョッパ回路とＰＭＷインバータ回路と、制御回路とを含んで実現される。標準太陽電池ストリング１ａから与えられる直流電力および電圧調整手段２から与えられる直流電力は、接続箱３で合計される。その合計電力がパワーコンディショナ４に与えられる。昇圧チョッパ回路は、接続箱３から直流電圧が与えられ、与えられた直流電圧を昇圧して、インバータ回路に与える。インバータ回路は、与えられた直流電圧を交流電圧に変換し、変換した交流電圧を出力する。また、制御回路は、最大電力追従制御を行い、接続箱３から与えられる電力が最大となる変換電圧値Ｖｍとなるように、パワーコンディショナ４から出力される出力電流を調整する。またパワーコンディショナ４は、変換電圧値Ｖｍの増減に応じて、与えられる直流電力を交流電力に変換するようにインバータ回路をＰＷＭ制御する。その結果、パワーコンディショナから出力される出力電流を変化させて、接続箱３から与えられる電力が最大となる動作点を検出する。
【００８２】
このようなパワーコンディショナは、本発明の一例示であって、最大電力追従制御を行うとともに、直流を交流に変換可能な機能を有すれば、他の構成であってもよい。
【００８３】
ところで、非標準太陽電池ストリング１ｂよりも、標準太陽電池ストリング１ａから先に、接続箱３を介して電圧が与えられると、パワーコンディショナ４は、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬが、パワーコンディショナ４に与えられるように調整する。すなわち変換電圧値Ｖｍが標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬと一致する。
【００８４】
この状態で、非標準太陽電池ストリング１ｂから接続箱３を介して電圧が与えられる場合、電圧調整手段２によって、非標準太陽電池ストリング１ｂの最適電圧値Ｖｓが変換電圧値Ｖｍと等しくなるように昇圧された直流電圧が、パワーコンディショナ４に与えられる。変換電圧値Ｖｍは、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬと同じであるので、パワーコンディショナ４には、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬと非標準太陽電池ストリング１ｂの最適電圧値Ｖｓが標準太陽電池ストリング１ａの電圧まで昇圧された電圧とがともに与えられる。すなわちパワーコンディショナ４は、図３（ｂ）に示す最大直流電力Ｐ（２）で、交流電力に変換することができる。
【００８５】
このように、電圧調整手段２は、制御部２３により太陽電池のその時々の最大出力となる動作点を検出・追従して発電効率を向上させるＭＰＰＴ制御を行ない、接続される非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力動作点β１で動作することが可能であり、よって接続される非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力電力を得ることができる。
【００８６】
また、電圧調整手段２の出力側の電圧はフリー、すなわち出力電圧が制御不要となり、パワーコンディショナ４の制御電圧である標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧と等しくなる。このようにして決定される非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる入力電圧と、その入力電圧を昇圧してパワーコンディショナ４に与える出力電圧との比である昇圧比は自動的に調整されることとなる。すなわち設置時の昇圧比の設定が不要であり、設置工数の削減が可能で、なおかつ誤設定による動作不良を無くすことができる。
【００８７】
なお、太陽電池ストリングごとの設置方位が異なるような場合、太陽電池ストリングによって構成される太陽電池モジュールへの日射条件およびモジュール温度条件の違いから、各太陽電池ストリングとしての最大出力を得るための動作点には差が生じることがある。しかしながら、電圧調整手段２のＭＰＰＴ制御機能により、各太陽電池ストリングの最大出力動作点を一致させ、その最大出力動作点で動作が可能となるため真の最大出力電力、すなわち太陽電池の出力特性においてズレのない最大電力を得ることができるので、出力電力の損失を少なくしてより高い出力電力を得ることができるので、出力電力の損失を少なくして、より高い出力電力を得ることができる。
【００８８】
また、電圧調整手段２自身に接続されている非標準太陽電池ストリング１ｂからのエネルギーをその駆動エネルギーとして利用することによって、電圧調整手段２は非標準太陽電池ストリング１ｂが動作する昼間の間だけそれと同時に動作し、夜間においては自動的に停止されることになり、余計な電力消費が生じないようにすることができる。
【００８９】
パワーコンディショナ４および電圧調整手段２の各制御におけるフィードバックの時間は、任意に設定することができ、例えば数秒〜数十秒となるようにプログラミングされる。これによって、日射量や温度が変化した場合であっても、各太陽電池ストリングの最大電力で交流電力に変換することができる。
【００９０】
また必要な電力が大きい場合、パワーコンディショナ４を並列に接続する場合がある。例えば、パワーコンディショナ４の最大出力が５ｋＷである場合、６ｋＷの出力電圧を得るためには、５ｋＷの電力を出力可能な第１のパワーコンディショナ４と１ｋＷの電力を出力可能な第２のパワーコンディショナ４とが並列に接続される。または３ｋＷの電力を出力可能な第１のパワーコンディショナ４と３ｋＷの電力を出力可能な第２のパワーコンディショナ４とが並列に接続されてもよい。
【００９１】
パワーコンディショナ４は、最適出力に調整した出力電圧およびその位相を商用電源に合わせて系統連系させる機能を有する。各パワーコンディショナ同士が並列に接続される場合であって、パワーコンディショナ４の入力側に、それぞれ異なる発電能力を有する太陽電池ストリングが接続される場合には、前記電圧調整手段２が設けられることによって、より発電能力を大きくすることができる。
【００９２】
次に、本発明の他の実施形態の太陽光発電装置を図６に示す。図６（ａ）はそのブロック図であり、図６（ｂ）はこの太陽光発電装置の制御部の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【００９３】
図６（ａ）に示す太陽光発電装置６０は、図１に示される太陽光発電装置７に対して、その非標準太陽電池ストリング１ｂに対応する接続箱３内の逆流防止ダイオード３１を削除し、電圧調整手段２ａ出力側に逆流防止ダイオードを設けるようにしたものである。これにより、電圧調整手段２ａにて標準太陽電池ストリング１ａの入出力電圧を監視できるので、この電圧情報を利用し、太陽光発電装置の起動前に、非標準太陽電池ストリング１ｂの開放電圧を電圧調整手段２ａの入力側にて監視し、一方、標準太陽電池ストリング１ａの開放電圧を電圧調整手段２ａの出力側にて監視することによって、入出力の電圧に基づいて昇圧比を設定することが可能となる。他の構成については、図１に示す太陽光発電装置７と同様であり、同様の構成については説明を省略する。
【００９４】
図６（ｂ）に示す、太陽光発電装置６０の制御部２３は次の通りである。
【００９５】
まず、ステップｂ０〜ステップｂ１で、前述するステップａ０と同じ動作を行い、ステップｂ１に進む。ステップｂ１では、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる電圧を検出する。言い換えると、電圧調整手段２ａよりも非標準太陽電池ストリング１ｂ側の接続経路の電圧を検出する。そしてステップｂ２に進む。
【００９６】
ステップｂ２では、電圧調整手段２ａに設けられる逆流防止ダイオード３１よりも接続箱３側の接続経路の電圧を検出する。この電圧は、変換電圧値Ｖｍであり、パワーコンディショナ４によって標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬに調整されている。このようにして制御部２３は、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬと、非標準太陽電池ストリング１ｂの最適電圧値Ｖｓとを取得し、ステップｂ３に進む。
【００９７】
ステップｂ３では、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬを非標準太陽電池ストリング１ｂの最適電圧値Ｖｓで除した値である昇圧比を決定する。次に、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる直流電圧を、ステップｂ３で求めた昇圧比にしたがって昇圧して、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬに変換して、ステップｂ４に進み、昇圧制御動作を終了する。
【００９８】
このようにＭＰＰＴ制御を行うことなく、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる電圧を、最適な昇圧比で昇圧して、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬに近づくように、電圧調整手段２ａからパワーコンディショナ４に与える電圧を調整してもよい。
【００９９】
また、接続箱３に逆流防止ダイオードが設けられる場合、制御部２３は、ＭＰＰＴ動作を行うことなく、昇圧比を変化させながら、昇圧部２４から電流が接続箱３に流れたか否かを検出してもよい。そして電流が流れるまで、昇圧比を変化させる。昇圧部２４から接続箱３に電流が流れた場合には、昇圧されて昇圧部２４から出力される電圧と、標準太陽電池ストリング１ａから出力される最適電圧値ＶＬとが等しくなる。このように非標準太陽電池ストリング１ｂの電圧を昇圧して、パワーコンディショナ４に与えてもよい。
【０１００】
図７に、本発明のさらに他の実施の形態の太陽光発電装置を示す。図７（ａ）はそのブロック図であり、図７（ｂ）は制御部の昇圧動作を示すフローチャートである。図７に示す太陽光発電装置６１は、図１に示される太陽光発電装置７に対して、その非標準太陽電池ストリング１ｂに対応する接続箱３の逆流防止ダイオード３１を削除したものである。他の構成については、図１に示す太陽光発電装置７と同様であり、同様の構成については説明を省略する。図７に示す太陽光発電装置６１の電圧調整手段２ｃの入力側は、制御部２３により昇圧部２４を駆動して非標準太陽電池ストリング１ｂのその時々の最大出力となる最大出力動作点β１を検出・追従することで発電効率を向上させるＭＰＰＴ制御を行なうようにした点が図１と異なっている。
【０１０１】
このように、太陽光発電装置６１では、電圧調整手段２ｃをＭＰＰＴ制御の機構を備えていることから、接続される非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力動作点β１で動作することが可能であり、よって接続される非標準太陽電池ストリング１ｂの最大出力電力Ｐ（Ｓ）を得ることができる。この最大出力電力Ｐ（Ｓ）となる最適電圧値Ｖｓを昇圧部２４で、昇圧するのであるが、標準太陽電池ストリング１ａと非標準太陽電池ストリング１ｂとを並列接続すると、最初、出力電圧の上限が規定されていない非標準太陽電池ストリング１ｂの電圧が２５０Ｖあったとしても、太陽電池容量の少ない、すなわち昇圧する必要がある非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧は、標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧が２００Ｖであったとすると、その電力容量に引かれて、ほぼそれに近い電圧まで下降する。よって、電圧調整手段２ｃの昇圧部２４の出力は監視する必要がなく、電圧調整手段２ｃの出力側の電圧はフリー、すなわち出力電圧が制御不要となり、パワーコンディショナ４の制御電圧である標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬと等しくなる。
【０１０２】
このようにして決定される非標準太陽電池ストリング１ｂから電圧調整手段２ｃに与えられる入力電圧と、電圧調整手段２ｃの出力側の電圧となる出力電圧とにより昇圧比は自動的に調整されることとなる。すなわち設置時に作業者が昇圧比の設定が不要であり、設置工数の削減が可能で、なおかつ誤設定による動作不良を無くすことができる。ただし、パワーコンディショナ４には、最適動作電圧範囲と呼ばれる効率のよい範囲が設定されていることが多く、この範囲を超えると機器を破損する場合もあるため、昇圧部２４の出力電圧があらかじめ定める範囲を越えないよう制御部２３で出力側の電圧監視を行なうのが一般的である。
【０１０３】
図８は、図７に示した太陽光発電装置６１の動作を説明するためのグラフである。朝などの太陽光発電装置６１の起動時に、標準太陽電池ストリング１ａよりも先に非標準太陽電池ストリング１ｂが発電を開始した場合、図８（ａ）に示すように、非標準太陽電池ストリング１ｂの方が標準太陽電池ストリング１ａに比べて最大出力電力Ｐ（Ｓ）が大きくなる。電圧調整手段２ｃは、非標準太陽電池ストリング１ｂの電圧を昇圧してパワーコンディショナ４に供給する。
【０１０４】
さらに、日照の状態が図８（ａ）の状態から図８（ｂ）に進んだとき、パワーコンディショナ４は標準太陽電池ストリング１ａからの発電電力が、まだ負荷側へ供給できる程でないため起動していないような場合には、負荷への電力を供給することができないにも関わらず、電圧調整手段２ｃの出力電圧は電圧調整手段のＭＰＰＴ動作によって、標準太陽電池ストリング１ａの開放電圧値ＶＬｍａｘを超えてもまだ上昇し続けてしまう可能性がある。この状態で図８（ｃ）に示すように標準太陽電池ストリング１ａからの発電電力が負荷側へ供給できる程に上昇した場合、パワーコンディショナ４が起動しＭＰＰＴ動作を開始すると、その時点の電圧調整手段２ｃから与えられる入力電圧値Ｖｓｃ付近を、パワーコンディショナ４は最大出力動作点βｃ１として誤設定してしまい、以後は標準太陽電池ストリング１ａの最大出力動作点α１における電力が、先に誤設定した最大出力動作点βｃ１における電力よりも高くなっても、誤設定した最大出力動作点βｃ１で安定して動作をしてしまう状態が発生する可能性があり、この時、標準太陽電池ストリング１ａの発電電力は系統連系されないので、太陽光発電装置としての発電損失が極めて大きい状態で動作することとなる。
【０１０５】
そうした状況を解消するために、本実施の形態では、電圧調整手段２ｃで昇圧動作を開始する前に標準太陽電池ストリング１ａの開放電圧値ＶＬｍａｘを電圧調整手段２ｃの出力側で検出し、その電圧を超えないように昇圧動作を制御するようにする。
【０１０６】
具体的な方法として、昇圧動作開始前に標準太陽電池ストリング１ａの電圧を検出して制御部２３などに記憶し、昇圧部２４の昇圧上限電圧を設定する。昇圧上限電圧を決める際の標準太陽電池ストリング１ａの電圧は、工場出荷時などにあらかじめ記憶させてあってもよいし、前日の出力を参考にするようにしてもよい。また、定期的にサンプリングしながら昇圧上限電圧を徐々に上昇させるようにしてもよい。昇圧部２４の出力電圧が昇圧上限電圧を超えた場合、入力側のＭＰＰＴ制御を停止し、先に定めた昇圧上限電圧以下の電圧で電圧を固定する出力電圧一定制御に切り替えることで電圧上昇を標準太陽電池ストリング１ａの電圧以下に抑えることができる。その後、標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧が昇圧上限電圧以上に上昇したところで、昇圧部２４の制御を入力側のＭＰＰＴ制御に戻すことで自動昇圧機能を有する電圧調整手段２ｃを使用した際に発電損失の少ない最適な制御を行うことができる。
【０１０７】
図７（ｂ）は、図７に示す太陽光発電装置６１の制御部２３の昇圧動作を示すフローチャートである。まず制御部２３は、ステップｃ０で、電源部２２から駆動用電圧が与えられて、昇圧部２４を制御可能な状態になると、ステップｃ１に進み、昇圧制御動作を開始する。
【０１０８】
ステップｃ１では、昇圧部２４を昇圧する前に、標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧を検出して記憶し、ステップｃ２に進む。ステップｃ２では、検出した標準太陽電池ストリング１ａの出力に基づいて昇圧部２４の昇圧上限電圧を設定し、ステップｃ３に進む。
【０１０９】
ステップｃ３では、前述したステップａ１と同様に制御部２３がＭＰＰＴ制御し、非標準太陽電池ストリング１ｂから出力される電力が最大となる最適電圧値Ｖｓを検出し、ステップｃ４に進む。ステップｃ４では、非標準太陽電池ストリング１ｂから与えられる電圧を最適電圧値Ｖｓに保った状態で、その直流電圧を昇圧して出力するように昇圧部２４を制御し、ステップｃ５に進む。
【０１１０】
ステップｃ５では、昇圧部２４によって昇圧された電圧が、ステップｃ２で設定した昇圧上限値を超えるか否かで判定し、昇圧上限値を超える場合には、ステップｃ６に進んで昇圧動作を停止し、ステップｃ１に戻る。
【０１１１】
またステップｃ５で、昇圧部２４によって昇圧された電圧が昇圧上限値を超えていない場合は、ステップｃ７に進む。ステップｃ７では、標準太陽電池ストリング１ａの電力が規定値以上であるか否かを判定し、規定値以上でない場合には、ステップｃ１に戻る。また規定値以上である場合には、ステップｃ８に進み、昇圧動作を継続し、ステップｃ９に進んで昇圧制御動作を終了する。
【０１１２】
また図６に示すような電圧調整手段２ａに逆流防止ダイオードを内蔵した構成において同様の制御を行うことによって同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
一方、図１に示すように全ての太陽電池ストリング１ａ、１ｂに逆流防止ダイオード３１が設けられた接続箱３を使用した場合、逆流防止ダイオード３１によって非標準太陽電池ストリング１ｂ側と標準太陽電池ストリング１ａ側の電圧が切り離されるため、電圧調整手段２は、昇圧開始前に標準太陽電池ストリング１ａの電圧を検出することができない。このような場合には、あらかじめ制御部２３にパワーコンディショナなどの機器を破損させない程度の昇圧電圧の上限を設定しておき、昇圧電圧の上限を超えた場合には一定時間（例えば５分程度）昇圧動作を停止することで昇圧部２４の電圧上昇を制限する。これにより、標準太陽電池ストリング１ａが発電を開始し、パワーコンディショナ４が発電を開始するまで昇圧部２４は先の動作を繰り返すようになる。
【０１１４】
図９は、図１に示す太陽光発電装置の制御部２３の他の昇圧動作を示すフローチャートである。制御部２３は、ステップａ０〜ステップａ２と同様の動作をステップｄ０〜ステップｄ２で行い、ステップｄ３に進む。ステップｄ３では、あらかじめ定められる昇圧上限値を超えるか否かを判定し、昇圧上限値を超えない場合には、ステップｄ１に戻る。またステップｄ３で、昇圧上限値を超える場合には、ステップｄ４に進む、あらかじめ定められる時間停止し、昇圧制御動作を終了する。
【０１１５】
このような自動昇圧機能を使用した太陽光発電装置では、標準太陽電池ストリング１ａが発電していない状態で、非標準太陽電池ストリング１ｂと電圧調整手段２ｃとからなる非標準太陽電池ストリング系統ＵＳが単独で動作しないように制御することができ、パワーコンディショナ４が最適な制御電圧で制御を行なうことが可能となる。
【０１１６】
なお、非標準太陽電池ストリング系統ＵＳの単独動作を防止する制御を行った場合、非標準太陽電池ストリング系統ＵＳが先に発電を開始してもパワーコンディショナ４が運転を開始しないため、その発電分が利用できないこととなるが、日常の起動時（朝など）は日射が低い状態であり、またパワーコンディショナ４の起動電力も十分に低いため、単独動作を防止することによる電力ロスは極めて低く問題にはならない。また、標準太陽電池ストリング１ａよりも非標準太陽電池ストリング１ｂが先に動くことによってパワーコンディショナ側のＭＰＰＴ機構が最大出力動作点を誤認識する問題については後述する電圧変動の検出による制御と組み合わせることで対応が可能となる。
【０１１７】
また、単独動作を防止するために電圧変動を検出する方法として以下のような方法を用いてもよい。パワーコンディショナ４が起動していない状態で発生する電圧調整手段２ｃの出力側、すなわち電力変換手段に与えられる電圧の電圧上昇率（ΔＶ／ΔＴ）を検出し、電圧上昇率があらかじめ設定した時間内（例えば１秒）にどのくらいの値となるかを検出し、上昇した電圧がパワーコンディショナ４が起動する瞬間に生ずる電圧調整手段２ｃの出力側でどれだけ電圧変動、例えば電圧低下が生じたかを検出、比較することで、その時点でパワーコンディショナが認識した最大出力動作点が標準太陽電池ストリング１ａに起因するのか、非標準太陽電池ストリング１ｂに起因するのかを判断する。
【０１１８】
具体的には非標準太陽電池ストリング１ｂではパワーコンディショナ起動前、すなわち無負荷状態では電圧上昇が短時間（例えば数秒）に起こるが、これは電圧調整手段２ｃによって電流を電圧に変換している性質上、パワーコンディショナ４が起動して負荷がかかると急速に（例えば数秒）電圧低下を起こすことに起因する。この２つの条件を組み合わせることにより、曇から太陽が出た時のように標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧が短時間で電圧上昇を起こしたときなどと誤認識することがない。そして誤認識させないための制御としては非標準太陽電池ストリング系統ＵＳが標準太陽電池ストリング１ａよりも先にパワーコンディショナの最大出力動作点の判定に使われないように、その単独動作を検出し、一定時間昇圧操作を停止する制御としてもよい。
【０１１９】
図１０は、各制御部のさらに他の昇圧制御動作を示すフローチャートである。まず制御部２３は、ステップｅ０で、前述するステップａ０と同様の動作を行い、ステップｅ１に進み、昇圧制御動作を開始する。
【０１２０】
ステップｅ１では、パワーコンディショナ４の起動停止を検出し、ステップｅ２に進む。ステップｅ２では、電圧調整手段から出力される電圧の上昇率を演算し、ステップｅ３に進む。ステップｅ３では、上昇した電圧値について、パワーコンディショナ４が起動前後で生じる電圧変動を検出し、パワーコンディショナ４が認識した動作点が、標準太陽電池ストリング１ａに起因するのか、非標準太陽電池ストリング１ｂに起因するのかを判断し、ステップｅ４に進む。
【０１２１】
ステップｅ４では、パワーコンディショナ４の動作点が標準太陽電池ストリング１ａに起因する場合は、ステップｅ５に進み、そうでない場合にはステップｅ６に進む。ステップｅ５では、図５、６、７、９に示すような昇圧制御動作を実行し、ステップｅ７に進み、動作を終了する。またステップｅ６では、昇圧動作を停止し、ステップｅ７に進み、動作を終了する。
【０１２２】
このような非標準太陽電池ストリング系統ＵＳの単独動作防止による制御は、先の実施形態の太陽光発電装置においても可能である。なお、本検出を行なうには、非標準太陽電池ストリング１ｂが、標準太陽電池ストリング１ａよりも電力容量が少ないものとする。かくして、電圧調整手段２の出力電圧が標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧よりも高い状態で動作することが無くなり、発電損失の少ない太陽光発電装置として適切な状態で動作させることができる。
【０１２３】
以上、電圧調整手段２を非標準太陽電池ストリング１ｂに設け、昇圧によって出力電圧を標準太陽電池ストリング１ａに合わせる例について詳述したが、非標準太陽電池ストリング１ｂが標準太陽電池ストリング１ａよりも高い電圧である構成において、非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧を電圧調整手段２により降圧して標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧に合わせるようにする場合においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１２４】
この場合、例えば図２に示すような２９枚の太陽電池モジュール８を配置可能な寄棟形状の屋根において、電圧調整手段２を昇圧型とするストリングの場合は図１１にブロック図を示すように８枚の太陽電池モジュール８を有する３つの標準太陽電池ストリング１ａと、５枚の太陽電池モジュール８を有する１つの非標準太陽電池ストリング１ｂとで構成される。
【０１２５】
これに対して、電圧調整手段２を降圧型とする場合は、図１２（ａ）にブロック図を示すように８枚の太陽電池モジュール８を有する２つの標準太陽電池ストリング１ａと、１３枚の太陽電池モジュール８を有する１つの非標準太陽電池ストリング１ｂとで構成される。この例の場合では降圧式の方が昇圧式に比べて配線数を少なくできる。そしてどちらの方法であっても得られる出力電力値はほぼ同じであるので、設置枚数と出力電圧の組合せによって太陽電池モジュール８の直列・並列数や配線の数、昇圧型と降圧型を選択するようにすれば、配線の効率化、引き回し本数の削減が図れる。
【０１２６】
図１２（ｂ）は、図１２（ａ）で示した降圧型の電圧調整手段２ｂの詳細を示すブロック図である。降圧型の場合は、図４に示す昇圧型の電圧調整手段２の昇圧部２４に代えて、降圧部２４ｂが設けられる。降圧部２４ｂは、例えば降圧チョッパ回路によって実現される。降圧部２４ｂは、前述したような昇圧部２４が昇圧動作するのに対応して、与えられる電圧に対して降圧動作をする。
【０１２７】
電圧調整手段２ｂに逆流防止ダイオード３１が内蔵されない場合は、まずあらかじめ定められるパワーコンディショナ４の起動電圧よりも低い電圧で、降圧出力する。次に降圧部２４ｂから接続箱３に向かって電流が流れなければ、徐々に電圧を上げて出力する。そして降圧部２４ｂから出力される電圧が、パワーコンディショナ４の起動電圧以上になったら、最大の電流が出力できるように、出力電圧を降圧制御し、ＭＰＰＴ制御する。
【０１２８】
また降圧部２４ｂに逆流防止ダイオード３１が内蔵される場合は、図６（ｂ）に示すフローチャートとほぼ同様であって、標準太陽電池ストリング１ａの最適電圧値ＶＬから、非標準太陽電池ストリング１ｂの最適電圧値Ｖｓを除算した降圧比を決定して、降圧比に基づいて、降圧動作を行う。
【０１２９】
また電圧調整手段は、昇圧部および降圧部を備えていても良い。図１３に、降圧および昇圧可能な電圧調整手段を用いた太陽光発電装置を示す。図１３（ａ）は、降圧および昇圧可能な電圧調整手段２ｄの詳細を示すブロック図であり、図１３（ｂ）はその電圧調整手段の制御部の動作を示すフローチャートである。
【０１３０】
図１３（ａ）に示すように、電圧調整手段２ｄが、昇圧部２４および降圧部２４ｂを有する場合、制御部２３は、昇降圧自動切換え回路を有する。この場合、電圧調整手段２ｄは昇圧・降圧の両方の方法で電圧調整が可能なＤＣ−ＤＣ変換装置とし、非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧を監視するとともに、逆流防止ダイオード３１の出力側から外部の標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧も監視する。電圧調整手段２ｄは非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧が標準太陽電池ストリング１ａの出力電圧よりも高ければ降圧型電圧調整回路である降圧部２４ｂ、低ければ昇圧型電圧調整回路である昇圧部２４が作動するよう制御部２３が制御方法を切り替える。
【０１３１】
図１３（ｂ）に示すように、制御部２３は、ステップｆ０〜ステップｆ１で、前述したステップａ０〜ステップａ２と同じ動作を行い、ステップｆ２に進む。
【０１３２】
ステップｆ２では、非標準太陽電池ストリング１ｂから出力される電圧が最適電圧値Ｖｓとなるように、非標準太陽電池ストリング１ｂの電圧を昇圧または降圧し、ステップｆ３に進む。ステップｆ３では、昇圧・降圧制御動作を終了する。このように前記標準太陽電池ストリング１ａと非標準太陽電池ストリング１ｂの出力電圧を比較することによって、いずれかの電圧調整方法が選択される。
【０１３３】
さらに朝夕などの一部の時間帯に影になる、日射が悪いなどの出力低下が生じる場所へ設置された太陽電池ストリングにおいて、通常は降圧による電圧調整が行なわれるが、対象時間帯のみ昇圧による電圧調整を行ない、降圧型電圧調整のみでは発電に寄与できない太陽電池ストリングの出力電力が取り出せるようにすることも可能であり、発電電力量の向上だけでなく、従来は太陽電池ストリングの設置条件を満足できなかった場所も含めた設置ができるようになる。
【０１３４】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明の請求項１にかかる太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールが直列接続された複数の太陽電池ストリングを、接続箱を介して商用電力系統に系統連系させる太陽光発電装置において、発電能力が異なる第１の太陽電池ストリングと第２の太陽電池ストリングとを含む場合であっても、太陽光発電装置を商用電力系統に系統連系させることができる。
【０１３６】
また、本発明の請求項２にかかる太陽光発電装置は、本発明の請求項１にかかる太陽光発電装置について、前記電圧調整手段は、前記第２の太陽電池ストリングの最大電力となる電圧に基づいて電圧調整するようにしたので、各太陽電池ストリングからの最大出力電力の和を最大出力電力として利用することが可能となる。
【０１３７】
そして、入力電圧と出力電圧とに基づいて昇圧比が自動的に調整されるので、設置時の昇圧比の設定が不要となり、施工工数が削減される。また、誤設定による動作不良がないので、施工時に設定が誤って行われていないかを検査・管理する必要がなく、検査結果の収集・記録・管理や、それを施工業者に徹底させるための労力が不要となる。
【０１３８】
さらに、電圧調整手段のＭＰＰＴ制御機能により、太陽電池ストリングの設置条件の違い、例えば太陽電池ストリングごとに日照量が異なる場合などに各太陽電池ストリングの最大出力動作点に差が生じている場合であっても、真の最大出力電力を得ることができる優れた太陽光発電装置を提供できる。
【０１３９】
また、本発明の請求項３にかかる太陽光発電装置によれば、自動昇圧機能を有する電圧調整手段によって、電力変換手段が第１の太陽電池ストリングの動作電圧よりも高い電圧を動作電圧と誤認する問題を解消することができ、電力変換手段が最適な制御電圧で、発電損失を発生させない最適な制御を行うことができる。
【０１４０】
また本発明の請求項４にかかる太陽光発電装置によれば、請求項３にかかる太陽光発電装置について、第２の太陽電池ストリングが第１の太陽電池ストリングよりも先に発電を開始したときに、前記昇圧手段は、昇圧動作を停止し、前記第１の太陽電池ストリングによって前記電力変換手段が起動するようにしたので、第１の太陽電池ストリングの出力電圧、または電力変換手段が電力変換する場合の変換電圧である制御電圧を電圧調整手段が検知できない場合においても、第１の太陽電池ストリングが発電していない状態では第２の太陽電池ストリングが単独で動作し、電圧調整手段によって電力変換手段が第１の太陽電池ストリングの動作電圧よりも高い電圧を動作電圧と誤認しないように制御することができ、電力変換手段が最適な制御電圧で制御を行なうことが可能な優れた太陽光発電装置を提供できる。
【０１４１】
また、本発明の請求項５にかかる太陽光発電装置によれば、電力変換手段が、与えられる直流電圧を調整し、与えられる直流電力が最大となる変換電圧値Ｖｍで、直流電力を交流電力に変換することができ、第１および第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力を電力変換手段に直接与える場合に比べて、電力変換手段に与えられる最大直流電力を大きくすることができる。したがって、第１の太陽電池ストリングおよび第２の太陽電池ストリングの発電状態が異なる場合、例えば各ストリングに含まれる太陽電池モジュールの数が異なる場合であっても、太陽光発電装置の発電能力を高めることができる。
【０１４２】
そして、本発明の請求項６にかかる太陽光発電装置によれば、電圧調整手段が、ＭＰＰＴ制御機能を有するので、第２の太陽電池ストリングの最適電圧が電圧調整手段に与えられるように調整することができる。これによって、第１および第２の太陽電池ストリングから与えられる電力がともに最大となる電圧で、電力変換手段が電力変換を行うことができる。
【０１４３】
また、本発明の請求項７にかかる太陽光発電装置によれば、電力変換手段が、第１の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧よりも、高い電圧を変換電圧Ｖｍとして誤設定する問題を解消することができる。これによって、電力変換手段が最適な制御電圧で、発電損失の発生を抑えた最適な制御を行うことができる。
【０１４４】
また、本発明の請求項８にかかる太陽光発電装置によれば、第１の太陽電池ストリングが発電していない状態で、電圧調整手段から与えられた直流電圧によって、電力変換手段が動作しないようにすることができる。その結果、電力変換手段が第１の太陽電池ストリングから出力される直流電圧よりも高い電圧を、変換電圧値Ｖｍとして誤設定しないように制御することができ、電力変換手段に過大な電流が流れることを防止できる。
【０１４５】
また、本発明の請求項９にかかる太陽光発電装置によれば、電源部が第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電力を用いて調整部を駆動することによって、電圧調整手段が、第２の太陽電池ストリングとともに動作する。これによって、夜間においては自動的に第２の太陽電池ストリングの調整が停止され、余計な電力消費が生じないようにすることができる。
【０１４６】
そして、本発明の請求項１０にかかる太陽光発電装置は、請求項５または６にかかる太陽光発電装置において、前記電圧調整手段が、あらかじめ定められた規則にしたがって、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を、昇圧もしくは降圧のいずれかを実行し、電力変換手段に供給するようにしたので、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧が、第１の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧よりも低い場合には昇圧動作を行うなどして、降圧および昇圧動作を切り替えることができる。例えば、朝夕などの一部の時間帯に太陽からの照射量が低い場合など、出力低下が生じる場所に設置された太陽光発電装置において、通常は降圧動作による電圧調整が行われるような場合であっても、あらかじめ定める所定の時間帯のみ昇圧動作による電圧調整を行うようにすれば、降圧動作による電圧調整のみでは取り出すことができない太陽電池ストリングの電力を取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる太陽光発電装置の一実施形態を模式的に説明するためのブロック図である。
【図２】太陽電池モジュールを家屋の屋根面に配置した例を示す平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、出力能力の異なる２つの太陽電池ストリングから出力される発電電力の関係と、パワーコンディショナに与えられる電力との関係を表わすグラフである。
【図４】図１の太陽光発電装置に含まれる電圧調整手段の一例を模式的に示すブロック図である。
【図５】制御部の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は本発明にかかる太陽光発電装置の他の実施形態を模式的に説明するためのブロック図であり、（ｂ）はその制御部の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）は本発明にかかる太陽光発電装置の他の実施形態を模式的に説明するためのブロック図であり、（ｂ）はその制御部の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はパワーコンディショナに与えられる電力を説明するためのグラフである。
【図９】図１に示す太陽光発電装置の制御部の他の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の太陽光発電装置の制御部の他の昇圧制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】図２に示す屋根面に設けられる昇圧型の太陽光発電装置を示すブロック図である。
【図１２】（ａ）は、図２に示す屋根面に設けられる降圧型の太陽光発電装置を示すブロック図であり、（ｂ）は（ａ）に示した降圧型の電圧調整手段の一例を示すブロック図である。
【図１３】（ａ）は昇圧および降圧動作可能な電圧調整手段の一例を示すブロック図であり、（ｂ）はその制御部の昇圧／降圧の制御動作を示すフローチャートである。
【図１４】従来の太陽光発電装置を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１ａ：標準太陽電池ストリング（第１の太陽電池ストリング）
１ｂ：非標準太陽電池ストリング（第２の太陽電池ストリング）
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ：電圧調整手段
３：接続箱
４：パワーコンディショナ
５：交流負荷
６：商用電力系統
７：太陽光発電装置
８：太陽電池モジュール
１１ａ：太陽電池ストリング
１３：接続箱
１４：パワーコンディショナ
１５：交流負荷
１６：商用電力系統
１７：太陽光発電装置
１８：太陽電池モジュール
１９：逆流防止ダイオード
２１：入力ＥＭＩフィルタ
２２：電源部
２３：制御部
２４：昇圧部
２４ｂ：降圧部
２５：出力ＥＭＩフィルタ
３１：逆流防止ダイオード
６０：太陽光発電装置
６１：太陽光発電装置
７１、７２，７３：屋根面
Ｄ：谷間
ａ０〜ａ３：ステップ
ｂ０〜ｂ４：ステップ
ｃ０〜ｃ９：ステップ
ｄ０〜ｄ４：ステップ
ｅ０〜ｅ７：ステップ
ｆ０〜ｆ３：ステップ
Ｌ、Ｓ、Ｓｃ、Ｌ＋Ｓ、Ｌ＋Ｓｃ：出力電力曲線
ＵＳ：非標準太陽電池ストリング系統
ＶＬ：最適電圧値（第１の太陽電池ストリングの）
Ｖｓ：最適電圧値（第２の太陽電池ストリングの）
ＶＬｍａｘ：開放電圧値
Ｖｍ：変換電圧値
Ｖｓｃ：入力電圧値
α１、β１、βｃ１：出力動作点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention increases the degree of freedom of the number of solar cell elements or a group of solar cell elements (solar cell modules) constituting a solar cell string installed on a structure such as a roof or the like, and increases the maximum output operation of the solar cell string. The present invention relates to a photovoltaic power generator having a control function that enables accurate tracking of points.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a block diagram showing a conventional solar power generation device. Conventionally, as shown in FIG. 14, in a solar power generation device 17 in which a plurality of solar cell strings 11a and 11b (strings: a row of devices in which solar cell elements are connected in series) are connected in parallel, A configuration has been proposed in which the maximum output power is obtained from 11a and 11b.
[0003]
The solar power generation device 17 includes a plurality of solar cell strings 11a and 11b connected to each other for converting solar energy into electric energy, and an output from one solar cell string flows backward to another solar cell string. A connection box 13 serving as connection means for bundling output voltages from the plurality of solar cell strings 11a and 11b, and a DC power output from each of the solar cell strings 11a and 11b, The power conditioner 14 includes a power converter that converts voltage and current phases into AC power synchronized with the commercial power system 16 and an protection device that detects an abnormality in the commercial power system. The AC power output from the power conditioner 14 is provided to an AC load 15 such as a lighting or a motor.
[0004]
In general, when necessary power is obtained using a solar cell string, each solar cell string 11a, 11b is configured by serially or in parallel or series-parallel solar cell elements or solar cell modules 18 to perform power conversion. The power conditioner 14 is configured so that the voltage and current can be converted efficiently.
[0005]
However, the amount of power generated by the solar cell string changes depending on the sunshine conditions and conditions, and the point called the maximum output operating point at which the current and voltage of the solar cell can be extracted most efficiently is constantly changing. Therefore, in order to obtain the maximum output power of the solar cell string, the power conditioner 14 is controlled so that the operating point of the power conditioner 14 follows the fluctuating maximum output operating point of the solar cell.
[0006]
However, since the power conditioner 14 controls the output power of the solar cell strings as a result of collecting power in the connection box 13, the output power of each of the solar cell strings 11a and 11b cannot be controlled. Therefore, it is necessary to equalize the number of solar cell elements between the solar cell strings in order to match the output voltage between the solar cell strings.
[0007]
For example, when a plurality of solar cell strings 11a and 11b having different numbers of solar cell elements are connected in parallel, the maximum output operation point is located at a different point for each solar cell string. Attempting to operate the power conditioner 14 results in lowering the power generation efficiency as a whole. This results in lowering the conversion efficiency if the number of components of the solar cell module 18 is set arbitrarily. For example, the solar cell module 18 is spread over the entire roof of a house, and the conversion efficiency is maintained at a high level. Will not be able to meet the demands.
[0008]
In recent years, in a house or the like equipped with a solar cell emphasizing landscape and individuality, a dummy module that does not generate power is arranged together with the solar cell module 18 so as to fill a space, or power generation is performed in a part where tooth is missing. The roof appearance is made the same by disposing a solar cell module that is not performed, and components that cannot contribute to power generation are required.
[0009]
Further, since the additional unit of the solar cell module 18 is a string unit, there is a case where a difference occurs between a required power generation capacity and an actual installable capacity, and an installation smaller than an installation area of one solar cell string occurs. Even if the available area remains, it cannot contribute to power generation, and as a result, there arises a problem that required power generation capacity cannot be satisfied.
[0010]
For this reason, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, in a case where strings having different numbers of solar cell elements are connected in parallel, a voltage adjusting unit is connected to a string having a small number of solar cell elements, and a plurality of solar cell strings are connected. There is disclosed a photovoltaic power generation device that converts an output voltage from a photovoltaic device into a predetermined voltage and matches the voltage.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-312319 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the method described in Patent Document 1, when the photovoltaic power generation device is installed, the boosted voltage ratio must be manually selected by a contact switch provided in the voltage adjustment unit. If the setting of the selection is erroneous, an output corresponding to the number of installed solar cell modules 18 cannot be obtained, and a problem that the solar power generation device does not operate normally occurs.
[0013]
If the installation orientations of the solar cell strings 11a and 11b are different, the operation for obtaining the maximum output as the solar cell strings 11a and 11b is caused by the difference in the solar radiation conditions and the module temperature conditions for the respective solar cell strings 11a and 11b. There is a difference between the points. However, when the step-up voltage ratio is manually set, the step-up ratio is fixed at a set value, so that there is a problem that a true maximum output power cannot be obtained.
[0014]
In addition, it is necessary to inspect and manage whether or not the setting has been performed erroneously at the time of construction, and it is necessary to collect, record, and manage the results, and to make the contractor thoroughly work.
[0015]
In view of the above-described problems in the photovoltaic power generator, the present invention simplifies a plurality of solar cell strings having different output voltages so as to provide an excellent photovoltaic power generator capable of performing optimal operation control. A photovoltaic power generation system that can be connected to a commercial power system and that enables efficient use of the solar cell strings at the maximum output power and that does not cause the problem of erroneous setting of the boost ratio. The purpose is to provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A solar power generation device according to claim 1 of the present invention includes a first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups in series, and a plurality of solar cells. Elements or a plurality of solar cell element groups connected in series, a second solar cell string connected in parallel to the first solar cell string and having a different number of series, and a maximum of these solar cell strings A power conversion unit that controls the DC power to be output at the output operating point and converts the DC power into an AC power, and converts the DC voltage output from the second solar cell string into the first solar cell. A voltage regulator that supplies power between a battery string and the power conversion means and adjusts an output voltage of the second solar cell string to an output voltage side of the first solar cell string. And means, the.
[0017]
Further, in the photovoltaic power generation device according to claim 2 of the present invention, in the photovoltaic power generation device according to claim 1, the voltage adjusting means is configured to control a voltage based on a voltage at which the maximum power of the second solar cell string is obtained. It is characterized in that it is adjusted.
[0018]
For example, a photovoltaic power generator for interconnecting a plurality of photovoltaic strings in which a plurality of photovoltaic modules are connected in series to a commercial power system through a connection box and a power conditioner, which is a predetermined photovoltaic power generator. A first solar cell string including a standard series number of solar cell modules or a predetermined standard number of solar cell elements, and a solar cell module less than the standard series number or a solar cell element less than the standard number The second solar cell string is connected in parallel to the junction box, and voltage adjusting means for increasing the output voltage of the second solar cell string to the output voltage of the first solar cell string is provided at the front stage of the junction box, that is, on the input side. It is provided.
[0019]
Here, the first solar cell string is configured by connecting in series a number of solar cell modules or solar cell elements in a range in which the power conditioner can be controlled. Further, for example, when there are a plurality of solar cell strings, the first solar cell string is configured by connecting the maximum number of solar cell modules or solar cell elements that can be connected in series, in series.
[0020]
Further, the voltage adjusting means can perform MPPT control (Maximum Power Point Tracking maximum output point tracking control) on the connected solar cell string, and obtain the maximum output voltage of the second solar cell string. Also, an output voltage automatically determined on the output side, which is the same as the voltage of the first solar cell string, which is a control voltage of the power conditioner, and a second solar cell by MPPT control on the input side The boosted voltage ratio is automatically adjusted according to the input voltage supplied from the string. Further, the voltage adjusting means may be drivable by the output power of the first or second solar cell string.
[0021]
As described above, the voltage adjusting means for adjusting the DC voltage output from the second solar cell string is provided between the first solar cell string and the power conversion means, and the voltage adjusting means provides the second voltage adjusting means. And the output voltage of the first solar cell string, that is, the output voltage of the second solar cell string is adjusted to match the output voltage of the second solar cell string. The means adjusts the applied voltage based on the voltage that is the maximum power of the second solar cell string. Accordingly, in a solar power generation apparatus in which a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series are connected to a commercial power system via a connection box, first solar cells having different power generation capacities. Even when a string and a second solar cell string are included, the sum of the maximum output power from each solar cell string can be used as the maximum output power, and the solar power generation system can be connected to a commercial power system. Can be interconnected.
[0022]
Further, the voltage adjusting means only needs to be connected to the second solar cell string, and it is not necessary to connect the voltage adjusting means to the first solar cell string.
[0023]
Then, the boost ratio is automatically adjusted based on the input voltage and the output voltage, so that the setting of the boost ratio at the time of installation becomes unnecessary, and the number of construction steps is reduced. In addition, since there is no malfunction due to incorrect settings, there is no need to inspect and manage whether settings have been made incorrectly during construction. No labor is required.
[0024]
Furthermore, due to the MPPT control function of the voltage adjusting means, there is a difference in the installation conditions of the solar cell strings, for example, when there is a difference in the maximum output operating point of each solar cell string when the amount of sunlight is different for each solar cell string. Even so, it is possible to provide an excellent solar power generation device capable of obtaining true maximum output power.
[0025]
Further, the power adjusting means may have both a voltage adjusting function of step-up and step-down. For example, in the case of having the second solar cell string in which the output decreases in some time zones, the voltage adjustment is usually performed by stepping down, but the voltage adjustment is performed by boosting only in the target time zone, and only the step-down voltage adjustment is performed. It is possible to take out the power of the solar cell string that can not contribute to power generation by not only improving the amount of generated power but also installing it even in places where the installation conditions of the solar cell string could not be satisfied conventionally Become like
[0026]
Further, the solar power generation device according to claim 3 of the present invention includes a first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups in series, and a plurality of solar cell elements. A solar cell element or a plurality of solar cell element groups are connected in series, and are connected in parallel to the first solar cell string, and the second number is smaller in series than the first solar cell string. A solar cell string; power conversion means for controlling the DC power to be output at the maximum output operating point of the solar cell strings; and converting the DC power to an AC power; and an output from the second solar cell string. DC power is increased between the first solar cell string and the power conversion means so that DC power is output at a maximum output operating point, and A function of adjusting the output voltage of the solar cell string to be the output voltage of the first solar cell string; and controlling the adjusted output voltage so as not to be higher than the output voltage of the first solar cell string. And a step-up means.
[0027]
The photovoltaic power generator according to claim 4 of the present invention is the photovoltaic power generator according to claim 3, wherein the second solar cell string starts generating power before the first solar cell string. The booster stops the boosting operation and controls the first solar cell string to activate the power converter.
[0028]
Thus, a plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups are connected in series, and the first solar cell string is connected in parallel to the first solar cell string, A second solar cell string having a lower power generation capacity than the first solar cell string, and converting DC power output from these solar cell strings into AC power and inputting a maximum output operating point. Between the first photovoltaic string and the power conversion means, so that the DC voltage output from the second photovoltaic string is boosted and the maximum output operating point is inputted. Voltage adjusting means to be provided. The voltage adjusting means has a function of adjusting the output voltage of the second solar cell string to the output voltage of the first solar cell string, and the output voltage provided from the voltage adjusting means is equal to the first voltage. Is controlled so that the power conversion means does not continuously operate at a voltage higher than the output voltage of the solar cell string. Therefore, the voltage conversion means having an automatic boosting function allows the power conversion means to operate the first solar cell string. The problem of erroneously recognizing a voltage higher than the voltage as the operating voltage can be solved, and the power conversion means can perform optimal control with an optimal control voltage and no power generation loss.
[0029]
Further, when the second solar cell string starts power generation before the first solar cell string, the boosting operation of the voltage adjusting unit is stopped, and the power conversion unit is activated by the first solar cell string. Therefore, even when the voltage adjusting unit cannot detect the output voltage of the first solar cell string or the control voltage which is the conversion voltage when the power converting unit performs power conversion, the first solar cell In a state where the string is not generating power, the second solar cell string operates alone, and the voltage adjusting means controls the power conversion means so that a voltage higher than the operating voltage of the first solar cell string is not mistaken for the operating voltage. It is possible to provide an excellent photovoltaic power generator in which the power conversion means can perform control with an optimum control voltage.
[0030]
Further, the solar power generation device according to claim 5 of the present invention is configured by connecting a first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements, and a plurality of solar cell elements, A second solar cell string connected in parallel to the first solar cell string, and a DC voltage output from the first and second solar cell strings, and a converted voltage value at which the applied DC power is maximized Vm, a power conversion unit having a function of converting the DC power into AC power, and a path electrically connecting the second solar cell string and the power conversion unit, approaching the converted voltage value Vm. Voltage adjusting means for adjusting the DC voltage supplied from the second solar cell string.
[0031]
According to the present invention, by adjusting the applied DC voltage, the power converter can convert the DC power into the AC power at the converted voltage value Vm at which the applied DC power is maximized. Specifically, the optimum voltage value V at which the power supplied from the first solar cell string is maximized by the power conversion means. L The applied voltage is adjusted so that That is, the converted voltage value Vm is the optimum voltage value V of the first solar cell string. L Is equal to
[0032]
Further, the voltage adjusting means adjusts the DC voltage output from the second solar cell string so as to approach the converted voltage value Vm, and supplies the DC voltage to the power converting means. This makes it possible to increase the maximum DC power applied to the power conversion means, as compared with the case where the DC power output from the first and second solar cell strings is directly applied to the power conversion means.
[0033]
With such a configuration, even when the power generation states of the first solar cell string and the second solar cell string are different, for example, even when the number of solar cell modules included in each string is different, The power generation capacity of the device can be increased.
[0034]
The voltage adjusting means of the present invention adjusts the DC voltage applied from the second solar cell string to the power converting means based on the information on the converted voltage value Vm. Thus, the adjustment amount of the DC voltage supplied from the second solar cell string can be automatically adjusted, and the operator does not need to determine the adjustment amount in advance.
[0035]
Therefore, the work of setting the output voltage of the voltage adjusting means at the time of installation of the photovoltaic power generator becomes unnecessary, and the number of construction steps is reduced. Further, since there is no malfunction due to erroneous setting, there is no need to inspect and manage whether or not the setting has been made erroneously at the time of construction.
[0036]
Further, it is preferable that the DC voltage output from the second solar cell string by the voltage adjusting means is adjusted as needed. Thereby, even when the amount of sunlight and the temperature of the sunlight applied to the first solar cell string and the second solar cell string change with time, the converted voltage value Vm that becomes the maximum power at any time. Thus, the power conversion means can be operated, and an excellent solar power generation device can be provided.
[0037]
The photovoltaic power generator according to claim 6 of the present invention is configured such that a first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements and a plurality of solar cell elements is connected, A second solar cell string connected in parallel to the first solar cell string, and a DC voltage output from the first and second solar cell strings, and a converted voltage value at which the applied DC power is maximized Vm, a power conversion unit having a function of converting the DC power into an AC power, and a path for electrically connecting the second solar cell string and the power conversion unit. The DC voltage supplied from the second solar cell string is adjusted so that the output DC power is maximized, and the second solar cell string DC power is supplied to the power converter. And a voltage regulator.
[0038]
With such a configuration, the voltage adjusting unit has an MPPT control function, and thus can adjust the optimum voltage of the second solar cell string to be supplied to the voltage adjusting unit. This allows the power conversion means to perform power conversion at a voltage at which the power supplied from the first and second solar cell strings is both maximum.
[0039]
In the photovoltaic power generation device according to claim 5 or 6 of the present invention, if a direct current is directly applied from the first solar cell string to the power conversion means, the first solar cell string can be adjusted in voltage. There is no need to provide any means. This makes it possible to reduce the number of components and the number of connected devices as compared with the case where the voltage adjusting means is connected to each solar cell string.
[0040]
In the photovoltaic power generator according to claim 5 or 6 of the present invention, if the voltage adjusting means is provided detachably with respect to the second solar cell string, a solar cell such as an additional solar cell string can be provided. The voltage adjusting means can be easily attached to and detached from the solar cell string according to the case where the state of the string is changed. Thereby, even after the installation of the solar power generation device, the power generation capability can be easily improved.
[0041]
In the solar power generation device according to claim 7 of the present invention, in the solar cell according to claim 5 or 6, the voltage adjusting means is configured such that the DC voltage applied from the voltage adjusting means to the power conversion means is the first solar cell. Since the adjustment is made so that the DC voltage is not higher than the DC voltage supplied from the string to the power conversion means, the power conversion means erroneously sets a voltage higher than the DC voltage supplied from the first solar cell string as the conversion voltage Vm. The problem of setting can be solved. Thus, the power conversion means can perform optimal control with an optimal control voltage while suppressing generation loss.
[0042]
Further, in the solar power generation device according to claim 8 of the present invention, in the solar cell according to claim 5 or 6, the voltage adjusting means generates power before the second solar cell string generates power before the first solar cell string. When the control is started, the adjustment of the DC voltage supplied from the second solar cell string is stopped, and the power converter converts the DC power supplied from the first solar cell string into AC power. According to this, it is possible to prevent the power conversion unit from operating by the DC voltage given from the voltage adjustment unit when the first solar cell string is not generating power. As a result, the power converter can control a voltage higher than the DC voltage output from the first solar cell string so as not to be erroneously set as the converted voltage value Vm, and an excessive current flows through the power converter. Can be prevented.
[0043]
Further, in the solar power generation device according to claim 9 of the present invention, in the solar power generation device according to claim 5 or 6, the voltage adjusting unit increases or decreases the DC voltage supplied from the second solar cell string. An adjusting unit that supplies a DC voltage adjusted by performing at least one of the operations to the power conversion unit, a power supply unit that drives the adjusting unit by using DC power supplied from a second solar cell string, and an adjusting unit. And a control unit for controlling.
[0044]
With this configuration, the power supply unit drives the adjustment unit using the DC power supplied from the second solar cell string, so that the voltage adjustment unit operates together with the second solar cell string. Thereby, the adjustment of the second solar cell string is automatically stopped at night, so that unnecessary power consumption can be prevented.
[0045]
Here, the adjustment unit is realized including a chopper circuit including an inductor, a diode, and a switching element, and the control unit performs switching control of the switching element to perform at least one of boosting and step-down control of the applied DC voltage. By doing so, the DC voltage can be adjusted without converting to an AC voltage, and the voltage can be increased or decreased without using a transformer. This facilitates downsizing and weight reduction, simplifies the circuit configuration, and reduces manufacturing costs.
[0046]
Further, in the photovoltaic power generator according to claim 5 or 6 of the present invention, a backflow prevention diode for preventing a current from flowing from the first solar cell string to the second solar cell string is provided, and the voltage adjusting means is provided. The DC voltage applied from the second solar cell string may be adjusted based on the presence or absence of a current flowing from the voltage adjustment unit to the power conversion unit. Thus, the DC voltage output from the second solar cell string is adjusted, for example, boosted, until a current flows from the voltage adjusting means to the power converting means. When a current flows from the voltage adjusting unit to the power converting unit, the adjusted DC voltage becomes a voltage equal to the converted voltage value Vm. At this time, the converted voltage value Vm is changed to the optimum voltage value V L It becomes. Therefore, the conversion voltage value Vm is the optimum voltage value V of each solar cell string. L , Vs. In this way, the amount of power generation can be increased.
[0047]
Further, in the photovoltaic power generation device according to claim 5 or 6, the voltage adjusting means includes an optimum voltage value V at which the output power given from the first solar cell string is maximized. L And the optimum voltage value Vs at which the output power supplied from the second solar cell string is maximized, and the DC voltage supplied from the second solar cell string is adjusted based on this voltage ratio. It is good to By doing so, the control unit controls the optimum voltage value V of the first solar cell string. L And the optimum voltage value Vs of the second solar cell string is determined, and based on this voltage ratio, the optimum voltage value Vs of the second solar cell string provided to the booster is adjusted, and the power conversion means The applied DC voltage is adjusted to the optimum voltage value V of the first solar cell string. L Therefore, the amount of power generation can be increased.
[0048]
In the photovoltaic power generator according to claim 5 or 6 of the present invention, if the voltage adjusting means boosts the DC voltage given from the second solar cell string and gives it to the power converting means, This prevents the DC power output from the second solar cell string from being added as an output due to insufficient voltage.
[0049]
Then, in the photovoltaic power generator according to claim 5 or 6 of the present invention, the voltage adjusting means may step down the DC voltage given from the second solar cell string and give it to the power converting means. Even when the DC power output from the second solar cell string is larger than that of the first solar cell string, the DC power supplied to the power conversion means can be increased. For example, by increasing the power generation capacity of the second solar cell string, the total number of solar cell strings included in the solar power generation device can be reduced, and the number of wirings can be reduced.
[0050]
Further, in the photovoltaic power generator according to claim 5 or 6, the voltage adjusting means is configured such that the power conversion means is configured to output a DC voltage of one of a first solar cell string and a second solar cell string. Is adjusted, and based on the determination result, the DC voltage output from the second solar cell string may be adjusted. By doing so, it is determined whether or not the converted voltage value Vm has been set based on the DC power of either the first solar cell string or the second solar cell string. If the converted voltage value Vm is determined based on the conversion voltage value Vm, the DC voltage output from the second solar cell string is erroneously determined as the converted voltage value Vm by the power conversion means by stopping the adjustment operation by the voltage adjusting means. It can be prevented from being set.
[0051]
The photovoltaic power generation device according to claim 10 of the present invention is the photovoltaic power generation device according to claim 5 or 6, wherein the voltage adjusting unit is configured to output the voltage from the second solar cell string according to a predetermined rule. It is characterized in that the applied DC voltage is boosted or stepped down and supplied to the power conversion means. According to this, when the DC voltage supplied from the second solar cell string is lower than the DC voltage supplied from the first solar cell string, switching between the step-down operation and the step-up operation is performed by performing a step-up operation or the like. Can be. For example, in the case where the irradiation amount from the sun is low in some hours such as morning and evening, in a solar power generation device installed in a place where the output decreases, the voltage is usually adjusted by a step-down operation. Even so, if the voltage adjustment by the boosting operation is performed only in a predetermined time period, it is possible to extract the power of the solar cell string that cannot be extracted only by the voltage adjustment by the step-down operation.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a solar power generation device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings schematically shown. The same components as described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0053]
FIG. 1 shows a block diagram of a solar power generation device 7 according to one embodiment of the present invention. A first solar cell string 1a in which a predetermined standard number of solar cell elements, that is, a solar cell module 8 which is a group of solar cell elements to which a so-called solar cell is connected, and a solar cell less than the standard number The second solar cell strings 1b, in which the elements are connected in series, are connected to the backflow prevention diodes 31 included in the connection box 3 via the voltage adjusting means 2 and then connected in parallel, and the respective solar cell strings 1a, 1b are connected in parallel. The generated power is supplied to an AC load 5 as a load and a commercial power system 6 via a power conditioner 4.
[0054]
In other words, the photovoltaic power generation device 7 includes a first solar cell string 1a, a second solar cell string 1b, a voltage adjusting unit 2, a connection box 3 as a connecting unit, and a power condition as a power converting unit. And 4. Each of the solar cell strings 1 a and 1 b is configured by connecting a plurality of solar cell modules 8. For example, in the first solar cell string 1a, a predetermined standard number of solar cell modules 8 are connected in series. In the second solar cell string 1a, less than the standard number of solar cell modules are connected in series.
[0055]
The power conditioner 4 is supplied with DC power output from each of the solar cell strings 1a and 1b, converts the DC power into AC power, and adjusts the applied voltage so that the applied DC power is maximized. adjust. For example, the power conditioner 4 adjusts so that a DC voltage that maximizes the power supplied from the standard solar cell string 1a is supplied.
[0056]
The connection box 3 connects the solar cell strings 1a and 1b in parallel, bundles the output power output from each of the solar cell strings 1a and 1b, and supplies the output power to the power conditioner 4. The connection box 3 is provided with a backflow prevention diode 31 for each string in order to prevent a current from one solar cell string from flowing back to the other solar cell string. The backflow prevention diodes 31 are interposed on the string side of the connection contacts in the paths connecting the strings in parallel.
[0057]
The voltage adjusting means 2 is interposed in a path for electrically connecting the second solar cell string 1 b and the connection box 3, and is provided closer to the second solar cell string 1 b than the backflow prevention diode 31. The voltage adjusting means 2 adjusts the DC voltage applied so that the DC power applied from the second solar cell string 1b is maximized, boosts the adjusted DC voltage, and supplies the boosted voltage to the connection box 3. Through the power conditioner 4.
[0058]
Generally, solar cell elements include those that melt and recrystallize silicon to form single-crystal solar cell elements and polycrystalline solar cell elements, and amorphous solar cell elements that deposit silicon in an amorphous state on a substrate. In addition, any solar cell element may be used for the solar power generation device 7 of the present invention. Since one of the above-mentioned solar cell elements has only an output voltage of about 0.5 V, a high voltage is obtained by connecting a plurality of solar cell elements in series, for example, in order to obtain an output voltage suitable for a load for supplying power. To be able to A solar cell string is a group of solar cell elements connected in series or a group of a plurality of solar cell modules 8 obtained by collecting a plurality of solar cell elements.
[0059]
In order to increase the current, the solar cell strings may be connected in parallel.However, when those having different output voltages of the respective strings are connected in parallel, the maximum output power point is different for each string as described later. Position, the maximum output power of the system cannot be obtained. Therefore, it is desirable to make the output voltages of the solar cell strings connected in parallel uniform.
[0060]
In addition, it is desirable that a predetermined standard number of solar cell modules 8 be connected to the solar cell string so that the voltage and the current can be efficiently converted by the power conditioner 4. In the embodiment of the present invention, the solar cell elements are connected in series to form a solar cell string. However, the solar cell elements may be connected in series and in parallel to form a solar cell string. In this way, the first solar cell string to which a predetermined standard number of elements are connected according to the output voltage in accordance with the target voltage may be referred to as a standard solar cell string 1a.
[0061]
Such a solar cell string whose output voltage is adjusted to a target voltage is referred to as a standard solar cell string. At this time, the solar cell strings 1b having different numbers in series may be arranged in a plurality of solar cell strings due to restrictions on the installation area of the solar cell elements and the like, and this may be referred to as a non-standard solar cell string 1b. The non-standard solar cell string 1b may include more or less solar cell elements than the standard solar cell string 1a, and may or may not have a larger power generation capacity than the standard solar cell string 1a. There are cases.
[0062]
Normally, when the output voltage of one solar cell string decreases, the output of each solar cell string passes through the backflow prevention diode 31 in order to prevent current from another high voltage string from sneaking into a low voltage string. Connected in parallel. When the output voltage of the non-standard solar cell string 1b is lower than the standard solar cell string 1a, if the non-standard solar cell string 1b is directly connected in parallel with the standard solar cell string 1a, the output power from the non-standard solar cell string 1b becomes Due to insufficient voltage, it is not added as an output. Therefore, the output voltage of the non-standard solar cell string 1b is adjusted to the output voltage of the standard solar cell string 1a by the voltage adjusting means 2.
[0063]
When the output voltage of the non-standard solar cell string 1b is higher than that of the standard solar cell string 1a, the voltages are similarly adjusted in order to prevent the output of the standard solar cell string 1a from being added. The voltage adjusting means 2 includes a step-up type, a step-down type, and a polarity inversion type, and a switching regulator that mainly performs switching control using an inductance and a capacitor is preferable.
[0064]
The power collected as described above is supplied to the power conditioner 4, and the power conditioner 4 converts DC power into AC power so that the power can be used in an AC load 5 such as a light or a motor device. Conversion into a voltage and current phase synchronized with the AC load 5. For example, at the time of power conversion, in addition to power supply as an independent power source that can be used by the AC load 5, a power system is connected to a commercial power system 6 transmitted from a power company by combining a security device and a power conversion mechanism. Alternatively, power trading may be enabled.
[0065]
In FIG. 1, only one first solar cell string 1a and one second solar cell string 1b are shown, but it goes without saying that more solar cell strings can be included. However, when the solar power generation device 7 includes a plurality of standard solar cell strings 1a, the number of solar cell elements connected in series for each string satisfies the same number or an approximate value, for example, a tolerance of about ± 10%. It is desirable to do. When a plurality of non-standard solar cell strings 1b are connected, the number of solar cell elements connected in series for each non-standard solar cell string need not be the same.
[0066]
FIG. 2 is a plan view showing a state where the solar cell module 8 is arranged in a house. As shown in FIG. 2, when a plurality of solar cell modules 8 are installed on the roof of a ridge-shaped house, eight solar cell modules 8, which are the maximum installable number of the roof surface 72 and the roof surface 73, are connected in series. The obtained solar cell string becomes the standard solar cell string 1a. As shown in FIG. 2, the solar cell string in which five solar cell modules 8 arranged in the remaining area of the roof surface 71 with respect to the area where the standard solar cell string 1a is arranged is connected to the non-standard solar cell. It becomes the battery string 1b.
[0067]
In the conventional solar power generation device, the same number of solar cell strings are arranged in parallel in order to obtain an optimum output. Therefore, the roof surface 71 has a space for installing 13 solar cell modules 8 on the roof surface 71. Only the solar cell modules 8 were installed, and the installation space could not be used effectively. In the present invention, by having the non-standard solar cell string 1b and the voltage adjusting means 2, not only can the installation space of the solar cell module 8 be effectively used as described in detail below, but also the solar cell string Since the operation output can always be maintained at the maximum, 13 solar cells can be installed on the roof surface 71, and an optimum output can be obtained from each solar cell string.
[0068]
FIG. 3 is a graph showing output characteristics of standard and non-standard solar cell strings. The state of the output power when two solar cell strings 1a and 1b having different power generation capacities are connected in parallel in FIG. 3A will be described. In the case of FIG. 2, eight standard solar cell strings 1a are arranged on the roof surfaces 72 and 73, respectively. On the roof surface 71, thirteen solar cell modules 8 can be arranged, and a standard solar cell string 1a having eight solar cell modules 8 and a non-standard solar cell string having five solar cell modules 8 1b. Assuming that these are the standard solar cell string 1a and the non-standard solar cell string 1b in FIG. 1, the output power curve L is the output power from the standard solar cell string 1a, and the output power curve S is the output power from the non-standard solar cell string 1b. Represents. When the output power curve L and the output power curve S are added by parallel connection, an output power curve (L + S) is obtained. The maximum output operating point, which is the generated power point having the highest output at each time when each of the solar cell strings 1a and 1b is generating power, is represented by (α2 + β1) in FIG.
[0069]
However, the power value P (1) at the maximum output operating point (α2 + β1) when the standard solar cell strings 1a having different voltages and the non-standard solar cell strings 1b are connected in parallel is the non-standard solar cell string 1b. Is only about twice as large as the power value P (S) at the maximum output operation point β1. Therefore, the power is not added to the power value P (L) of the maximum output operation point α1 of the standard solar cell string 1a, and a power loss occurs.
[0070]
In the output power curve (L + S), a second output operation point α1 is generated at the base of the maximum output operation point (α2 + β1), and the output power point (α2 + β1) and the output operation point α1 Since the valley D of the power is generated, the power conditioner 4 erroneously determines the valley D as a slope opposite to the maximum output operation point in the MPPT control (maximum output point tracking control) described later, and sets the output operation point α1 to the maximum. There is a problem that a follow-up operation is performed as an output operation point. As described above, in the conventional solar power generation device, not only the maximum output cannot be obtained, but also when the operating voltage is obtained from the maximum output operation point α1 of the output power curve L as shown in FIG. There is a problem that only the electric power P (L) of the battery string 1a can be used.
[0071]
On the other hand, an output power curve in the photovoltaic power generator 7 of the present invention will be described with reference to FIG. The output power curve L represents the output power from the standard solar cell string 1a, and the output power curve Sc represents the output power after boosting the output voltage from the non-standard solar cell string 1b by the voltage adjusting means 2. As can be seen from the graph, the voltage value Vm of the maximum output operation point βc1 of the non-standard solar cell string 1b boosted by the voltage adjusting means 2 is the optimal voltage value V of the maximum output operation point α1 of the standard solar cell string 1a. L Matches. Therefore, when the solar cell strings 1a and 1b are connected in parallel, the output power from the standard solar cell string 1a represented by the output power curve L and the output from the non-standard solar cell string 1b represented by the output power curve Sc By summing the electric power and the maximum electric power, a maximum output electric power curve (L + Sc) obtained by adding the maximum values of the output electric power curve L and the output electric power curve Sc can be obtained. As a result, the second output operation point does not occur at the foot of the maximum output operation point (α1 + βc1), and the power value of the maximum output operation point (α1 + βc1) when the solar cell strings 1a and 1b are connected in parallel. Since P (2) can be obtained by adding the power value P (Sc) of the non-standard solar cell string 1b and the power value P (L) of the output operation point α1 of the standard solar cell string 1a, the power loss is small. . Further, the power conditioner 4 can easily detect the maximum output power point (α1 + βc1).
[0072]
As described above, in the photovoltaic power generation device 7 according to the present invention, by providing the voltage adjusting means 2 between the standard photovoltaic string 1a and the backflow prevention diode 31, the photovoltaic strings having different output voltages are simply connected in parallel. A higher maximum output power value P (2) can be obtained than in the case where the power conditioner 4 is used, and the maximum output power can be given to the power conditioner 4. Further, such a voltage adjusting means 2 can be easily attached to and detached from a path for electrically connecting the non-standard solar cell string 1 b and the connection box 3. For example, when the non-standard solar cell string 1b can be changed to the standard solar cell string 1a by adding the solar cell module 8 or the like, the voltage adjusting means 2 can be removed.
[0073]
Next, the voltage adjusting means 2 will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the details of the voltage adjusting means 2. As shown in FIG. 4, the voltage adjusting means 2 includes an input EMI (radio wave noise interference) filter 21 for protecting a circuit from an external surge voltage and static electricity, an output EMI filter 25, and an output power of the non-standard solar cell string 1b. , A power supply unit 22 for obtaining a power supply for driving the entire voltage adjusting means, a control unit 23 for detecting a voltage state on an input side and an output side, and detecting a maximum output operation point β1 of the non-standard solar cell string 1b. And a boosting unit 24 controlled by the unit 23 to boost the DC voltage output from the non-standard solar cell string 1b.
[0074]
Next, the boost control operation of the voltage adjusting means 2 shown in FIG. 4 will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the boost control operation of the control unit 23 of FIG.
[0075]
First, in step a0, when the driving voltage is applied from the power supply unit 22 and the boosting unit 24 becomes controllable in step a0, the control unit 23 proceeds to step a1 and starts the boosting control operation. In step a1, the control unit 23 performs maximum power tracking control. That is, the control unit 23 changes the step-up ratio to increase or decrease the DC current output from the non-standard solar cell string 1b to change the DC voltage. Then, the process proceeds to step a2. In step a2, the DC power output from the non-standard solar cell string 1b at the time of change is sequentially measured. Then, the operating point at which the DC current is maximum is detected. That is, as shown in FIG. 3A, the optimum voltage value Vs at which the power output from the non-standard solar cell string 1b is maximized is detected, and the process proceeds to step a3. In step a3, the operation ends.
[0076]
In the solar cell string, the short-circuit current changes as the amount of solar radiation changes, and the open-circuit voltage changes as the temperature changes. Therefore, since the DC power output from the solar cell string fluctuates every moment, it is necessary to always detect the operating point where the maximum power is obtained. The operation is performed as follows, for example.
[0077]
For example, the control unit 23 has an arithmetic circuit (not shown) realized by an integrated circuit or the like. The arithmetic circuit detects the DC voltage and DC current output from the non-standard solar cell string 1b and calculates the DC power. Next, the arithmetic circuit changes the DC voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b by a predetermined voltage value corresponding to one step, and calculates the DC power at that time again. For example, the arithmetic circuit sets so that a small output current is supplied from the non-standard solar cell string 1b at the start of detection. The arithmetic circuit compares the current DC power with the previous DC power, and when the current DC power is increasing with respect to the previous DC power, lowers the current DC voltage by one step. , The DC voltage applied from the non-standard solar cell string 1b is reduced. When the current DC power is decreasing from the previous DC power, the DC voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b is increased so that the current DC voltage is further increased by one step.
[0078]
By repeating such an operation, the voltage and the current at which the applied DC power is maximum are automatically detected. Since this operation is always performed, even when the sunlight is blocked by a cloud or the like or the weather changes, the power supplied from the non-standard solar cell string 1b is operated at the maximum point. , Can be followed automatically. In this way, the optimum voltage value Vs at which the power given from the non-standard solar cell string 1b is maximized is determined.
[0079]
The load of the voltage adjusting means 2 is adjusted by the power conditioner 4 to a voltage at which the power output from the standard solar cell string 1a is maximized. For example, when the voltage supplied from the standard solar cell string 1a to the power conditioner 4 is set to 300V, even if the voltage output from the voltage adjusting means 2 is 300V or more, the voltage reduced to 300V is the voltage. It is provided from the adjusting means 2 to the power conditioner 4.
[0080]
By reducing the voltage output from the voltage adjusting means 2 in this manner, the DC voltage applied from the non-standard solar cell string 1b to the voltage adjusting means 2 also changes. The voltage adjusting means 2 changes and resets the DC voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b so that the maximum power is supplied based on the changed DC voltage by the MPPT control. As a result, the voltage adjusting means 2 outputs the converted voltage value Vm of the power conditioner 4 and then supplies the maximum power from the non-standard solar cell string 1b such that the maximum power is supplied from the non-standard solar cell string 1b. Input voltage can be set.
[0081]
The power conditioner 4 employs, for example, a transformerless system, and is realized by including a boost chopper circuit, a PWM inverter circuit, and a control circuit. The DC power supplied from the standard solar cell string 1 a and the DC power supplied from the voltage adjusting means 2 are summed up in the junction box 3. The total power is provided to the power conditioner 4. The boost chopper circuit is supplied with a DC voltage from the connection box 3, boosts the supplied DC voltage, and supplies the boosted DC voltage to the inverter circuit. The inverter circuit converts the applied DC voltage into an AC voltage, and outputs the converted AC voltage. Further, the control circuit performs the maximum power tracking control, and adjusts the output current output from the power conditioner 4 so that the power supplied from the connection box 3 becomes the maximum converted voltage value Vm. The power conditioner 4 PWM-controls the inverter circuit so as to convert the applied DC power into AC power according to the increase or decrease of the converted voltage value Vm. As a result, the output current output from the power conditioner is changed to detect the operating point at which the electric power supplied from the connection box 3 becomes maximum.
[0082]
Such a power conditioner is an example of the present invention, and may have another configuration as long as it has a function of performing maximum power tracking control and converting DC to AC.
[0083]
By the way, when a voltage is applied via the connection box 3 to the standard solar cell string 1a before the non-standard solar cell string 1b, the power conditioner 4 sets the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a. L Is provided to the power conditioner 4. That is, the converted voltage value Vm is the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a. L Matches.
[0084]
When a voltage is applied from the non-standard solar cell string 1b via the connection box 3 in this state, the voltage adjusting means 2 causes the optimum voltage value Vs of the non-standard solar cell string 1b to be equal to the converted voltage value Vm. The boosted DC voltage is applied to power conditioner 4. The converted voltage value Vm is the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a. L Therefore, the power conditioner 4 has the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a. L And a voltage obtained by increasing the optimum voltage value Vs of the non-standard solar cell string 1b to the voltage of the standard solar cell string 1a. That is, the power conditioner 4 can convert the maximum DC power P (2) shown in FIG. 3B into AC power.
[0085]
As described above, the voltage adjusting means 2 performs the MPPT control for improving the power generation efficiency by detecting / following the operating point of the solar cell at the maximum output by the control unit 23, and the non-standard solar cell string to be connected. 1b, it is possible to operate at the maximum output operation point β1, and thus the maximum output power of the connected non-standard solar cell string 1b can be obtained.
[0086]
Further, the voltage on the output side of the voltage adjusting means 2 is free, that is, the output voltage does not need to be controlled, and becomes equal to the output voltage of the standard solar cell string 1a which is the control voltage of the power conditioner 4. The step-up ratio, which is the ratio between the input voltage provided from the non-standard solar cell string 1b determined in this way and the output voltage applied to the power conditioner 4 by boosting the input voltage, is automatically adjusted. It becomes. That is, it is not necessary to set the boost ratio at the time of installation, it is possible to reduce the number of installation steps, and it is possible to eliminate operation failure due to incorrect setting.
[0087]
When the installation orientation of each solar cell string is different, the operation for obtaining the maximum output as each solar cell string is performed due to the difference in the solar radiation condition and the module temperature condition for the solar cell module constituted by the solar cell strings. Points may differ. However, the maximum output operation point of each solar cell string is matched by the MPPT control function of the voltage adjusting means 2, and operation is possible at the maximum output operation point. Therefore, the true maximum output power, that is, the output characteristic of the solar cell Since the maximum power without deviation can be obtained, a higher output power can be obtained by reducing the loss of the output power. Therefore, a higher output power can be obtained by reducing the loss of the output power.
[0088]
Also, by using the energy from the non-standard solar cell string 1b connected to the voltage adjusting means 2 itself as its driving energy, the voltage adjusting means 2 can use it only during the daytime when the non-standard solar cell string 1b operates. They operate at the same time and are automatically stopped at night, so that unnecessary power consumption can be prevented.
[0089]
The feedback time in each control of the power conditioner 4 and the voltage adjusting means 2 can be set arbitrarily, and is programmed to be, for example, several seconds to several tens of seconds. Thus, even when the amount of solar radiation or the temperature changes, the maximum power of each solar cell string can be converted into AC power.
[0090]
If the required power is large, the power conditioners 4 may be connected in parallel. For example, when the maximum output of the power conditioner 4 is 5 kW, to obtain an output voltage of 6 kW, the first power conditioner 4 capable of outputting 5 kW of power and the second power conditioner capable of outputting 1 kW of power are required. The power conditioner 4 is connected in parallel. Alternatively, the first power conditioner 4 capable of outputting 3 kW of power and the second power conditioner 4 capable of outputting 3 kW of power may be connected in parallel.
[0091]
The power conditioner 4 has a function of interconnecting the output voltage adjusted to the optimum output and the phase thereof in accordance with the commercial power supply. In the case where the respective power conditioners are connected in parallel and the solar cell strings having different power generation capacities are connected to the input side of the power conditioner 4, the voltage adjusting means 2 is provided. Thereby, the power generation capacity can be further increased.
[0092]
Next, a solar power generation device according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 6 (a) is a block diagram thereof, and FIG. 6 (b) is a flowchart showing a boost control operation of the control unit of the photovoltaic power generator.
[0093]
The photovoltaic power generation device 60 shown in FIG. 6A is different from the photovoltaic power generation device 7 shown in FIG. 1 in that the backflow prevention diode 31 in the connection box 3 corresponding to the non-standard photovoltaic string 1b is deleted. In addition, a backflow prevention diode is provided on the output side of the voltage adjusting means 2a. As a result, the input / output voltage of the standard solar cell string 1a can be monitored by the voltage adjusting means 2a, and the open-circuit voltage of the non-standard solar cell string 1b is changed before starting the photovoltaic power generation device by using this voltage information. By monitoring the input side of the adjusting means 2a and monitoring the open voltage of the standard solar cell string 1a at the output side of the voltage adjusting means 2a, it is possible to set the boost ratio based on the input / output voltage. It becomes possible. Other configurations are the same as those of the solar power generation device 7 illustrated in FIG. 1, and the description of the same configurations will be omitted.
[0094]
The control unit 23 of the photovoltaic power generator 60 shown in FIG. 6B is as follows.
[0095]
First, in steps b0 to b1, the same operation as in step a0 described above is performed, and the process proceeds to step b1. In step b1, the voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b is detected. In other words, the voltage of the connection path on the non-standard solar cell string 1b side is detected by the voltage adjusting unit 2a. Then, the process proceeds to step b2.
[0096]
In step b2, the voltage of the connection path closer to the connection box 3 than the backflow prevention diode 31 provided in the voltage adjusting means 2a is detected. This voltage is a converted voltage value Vm, and the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a is determined by the power conditioner 4. L Has been adjusted. In this way, the control unit 23 sets the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a. L And the optimum voltage value Vs of the non-standard solar cell string 1b are obtained, and the process proceeds to step b3.
[0097]
In step b3, the optimum voltage value V of the standard solar cell string 1a L Is divided by the optimum voltage value Vs of the non-standard solar cell string 1b. Next, the DC voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b is boosted according to the boost ratio determined in step b3, and the optimal voltage value V of the standard solar cell string 1a is increased. L And the process proceeds to step b4, where the boost control operation ends.
[0098]
As described above, without performing the MPPT control, the voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b is boosted at the optimum boosting ratio, and the optimal voltage value V of the standard solar cell string 1a is increased. L The voltage applied from the voltage adjusting means 2a to the power conditioner 4 may be adjusted so as to approach.
[0099]
When the junction box 3 is provided with a backflow prevention diode, the control unit 23 detects whether or not a current has flowed from the boosting unit 24 to the junction box 3 while changing the boost ratio without performing the MPPT operation. You may. Then, the boost ratio is changed until the current flows. When a current flows from the booster 24 to the junction box 3, the voltage is boosted and output from the booster 24 and the optimal voltage V output from the standard solar cell string 1 a. L Is equal to Thus, the voltage of the non-standard solar cell string 1b may be boosted and supplied to the power conditioner 4.
[0100]
FIG. 7 shows a photovoltaic power generator according to still another embodiment of the present invention. FIG. 7A is a block diagram, and FIG. 7B is a flowchart showing the boosting operation of the control unit. The solar power generation device 61 shown in FIG. 7 is obtained by removing the backflow prevention diode 31 of the connection box 3 corresponding to the non-standard solar cell string 1b from the solar power generation device 7 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the solar power generation device 7 illustrated in FIG. 1, and the description of the same configurations will be omitted. The input side of the voltage adjusting means 2c of the solar power generation device 61 shown in FIG. The difference from FIG. 1 is that MPPT control for improving power generation efficiency by performing detection and tracking is performed.
[0101]
As described above, in the photovoltaic power generation device 61, since the voltage adjusting means 2c is provided with the MPPT control mechanism, it is possible to operate at the maximum output operation point β1 of the connected non-standard solar cell string 1b. Accordingly, the maximum output power P (S) of the connected non-standard solar cell string 1b can be obtained. The optimum voltage value Vs that becomes the maximum output power P (S) is boosted by the booster 24. When the standard solar cell string 1a and the non-standard solar cell string 1b are connected in parallel, the upper limit of the output voltage is initially set. Is not defined, even if the voltage of the non-standard solar cell string 1b is 250 V, the output voltage of the non-standard solar cell string 1b having a small solar cell capacity, that is, the voltage of the non-standard solar cell string 1b that needs to be boosted is the output of the standard solar cell string 1a. Assuming that the voltage is 200 V, the voltage drops due to the power capacity of the power supply, and falls to a voltage close to that. Therefore, it is not necessary to monitor the output of the booster 24 of the voltage adjusting unit 2c, and the voltage on the output side of the voltage adjusting unit 2c is free, that is, the output voltage does not need to be controlled, and the standard solar voltage, which is the control voltage of the power conditioner 4, is not used. Optimal voltage value V of battery string 1a L Becomes equal to
[0102]
The step-up ratio is automatically adjusted by the input voltage supplied from the non-standard solar cell string 1b to the voltage adjusting means 2c and the output voltage which is the voltage on the output side of the voltage adjusting means 2c. It becomes. That is, it is not necessary for the operator to set the boost ratio at the time of installation, the number of installation steps can be reduced, and operation failure due to incorrect setting can be eliminated. However, in the power conditioner 4, an efficient range called an optimum operating voltage range is often set, and if the range exceeds this range, the device may be damaged. In general, the control unit 23 monitors the voltage on the output side so as not to exceed the predetermined range.
[0103]
FIG. 8 is a graph for explaining the operation of the solar power generation device 61 shown in FIG. When the non-standard solar cell string 1b starts power generation before the standard solar cell string 1a at the time of starting the solar power generation device 61 in the morning or the like, as shown in FIG. Has a larger maximum output power P (S) than the standard solar cell string 1a. The voltage adjusting unit 2 c boosts the voltage of the non-standard solar cell string 1 b and supplies the boosted voltage to the power conditioner 4.
[0104]
Further, when the state of sunshine advances from the state of FIG. 8A to the state of FIG. 8B, the power conditioner 4 is started because the power generated from the standard solar cell string 1a is not yet enough to be supplied to the load side. If not, the output voltage of the voltage adjusting means 2c is increased by the MPPT operation of the voltage adjusting means, although the power to the load cannot be supplied, the open-circuit voltage value of the standard solar cell string 1a. Lmax May continue to rise even if it exceeds. In this state, as shown in FIG. 8C, when the power generated from the standard solar cell string 1a rises to a level that can be supplied to the load side, when the power conditioner 4 starts and starts the MPPT operation, the voltage at that time is The power conditioner 4 erroneously sets the vicinity of the input voltage value Vsc provided from the adjusting means 2c as the maximum output operation point βc1, and thereafter, the power at the maximum output operation point α1 of the standard solar cell string 1a is erroneously set first. Even if the power becomes higher than the set maximum output operation point βc1, there is a possibility that a state in which the operation is stably performed at the incorrectly set maximum output operation point βc1 may occur. Since the generated power is not connected to the grid, the photovoltaic power generation device operates in a state where the power generation loss is extremely large.
[0105]
In order to solve such a situation, in the present embodiment, the open-circuit voltage value V of the standard solar cell string 1a is set before the voltage adjusting means 2c starts the boosting operation. Lmax Is detected on the output side of the voltage adjusting means 2c, and the boosting operation is controlled so as not to exceed the voltage.
[0106]
As a specific method, before the start of the boosting operation, the voltage of the standard solar cell string 1a is detected and stored in the control unit 23 or the like, and the boosting upper limit voltage of the boosting unit 24 is set. The voltage of the standard solar cell string 1a at the time of determining the boost upper limit voltage may be stored in advance at the time of factory shipment, or the output of the previous day may be referred to. Further, the boosted upper limit voltage may be gradually increased while sampling periodically. When the output voltage of the booster 24 exceeds the upper limit voltage, the MPPT control on the input side is stopped, and the voltage is increased by switching to the constant output voltage control in which the voltage is fixed at a voltage equal to or lower than the predetermined upper limit voltage. The voltage can be suppressed to be equal to or lower than the voltage of the standard solar cell string 1a. Thereafter, when the output voltage of the standard photovoltaic string 1a rises above the boost upper limit voltage, the control of the booster 24 is returned to the MPPT control on the input side to generate power when the voltage adjusting means 2c having the automatic boost function is used. Optimal control with little loss can be performed.
[0107]
FIG. 7B is a flowchart illustrating the boosting operation of the control unit 23 of the solar power generation device 61 illustrated in FIG. First, in step c0, when the driving voltage is applied from the power supply unit 22 and the boosting unit 24 becomes controllable in step c0, the process proceeds to step c1 and starts the boosting control operation.
[0108]
In step c1, before boosting the boosting unit 24, the output voltage of the standard solar cell string 1a is detected and stored, and the process proceeds to step c2. In Step c2, the boost upper limit voltage of the booster 24 is set based on the detected output of the standard solar cell string 1a, and the process proceeds to Step c3.
[0109]
In step c3, the control unit 23 performs the MPPT control in the same manner as in step a1 described above, detects the optimum voltage value Vs at which the power output from the non-standard solar cell string 1b becomes maximum, and proceeds to step c4. In step c4, the booster 24 is controlled so as to boost and output the DC voltage while maintaining the voltage given from the non-standard solar cell string 1b at the optimum voltage value Vs, and then proceed to step c5.
[0110]
In step c5, it is determined whether the voltage boosted by the booster 24 exceeds the boost upper limit set in step c2. If the voltage exceeds the boost upper limit, the process proceeds to step c6 to stop the boost operation. The process returns to step c1.
[0111]
If it is determined in step c5 that the voltage boosted by the booster 24 does not exceed the boost upper limit value, the process proceeds to step c7. In step c7, it is determined whether or not the power of the standard solar cell string 1a is equal to or more than a specified value. If not, the process returns to step c1. If it is equal to or more than the specified value, the process proceeds to step c8 to continue the boosting operation, and proceeds to step c9 to end the boosting control operation.
[0112]
The same effect can be obtained by performing the same control in a configuration in which a backflow prevention diode is built in the voltage adjusting means 2a as shown in FIG.
[0113]
On the other hand, as shown in FIG. 1, when the connection box 3 in which the backflow prevention diodes 31 are provided in all the solar cell strings 1a and 1b is used, the non-standard solar cell strings 1b and the standard solar cell strings Since the voltage on the side 1a is cut off, the voltage adjusting means 2 cannot detect the voltage of the standard solar cell string 1a before the start of boosting. In such a case, an upper limit of the boosted voltage is set in advance in the control unit 23 so as not to damage devices such as a power conditioner, and when the upper limit of the boosted voltage is exceeded, a predetermined time (for example, about 5 minutes) ) By stopping the boosting operation, the voltage rise of the booster 24 is limited. Thereby, the standard solar cell string 1a starts power generation, and the booster 24 repeats the above operation until the power conditioner 4 starts power generation.
[0114]
FIG. 9 is a flowchart illustrating another boosting operation of the control unit 23 of the photovoltaic power generator illustrated in FIG. The control unit 23 performs the same operation as Step a0 to Step a2 in Step d0 to Step d2, and proceeds to Step d3. In step d3, it is determined whether or not the voltage exceeds a predetermined boosting upper limit. If the voltage does not exceed the boosting upper limit, the process returns to step d1. If it is determined in step d3 that the voltage exceeds the boosting upper limit value, the process proceeds to step d4, where the operation is stopped for a predetermined time, and the boosting control operation ends.
[0115]
In the photovoltaic power generation device using such an automatic boosting function, the non-standard solar cell string system US including the non-standard solar cell string 1b and the voltage adjusting unit 2c is used in a state where the standard solar cell string 1a is not generating power. Control can be performed so as not to operate alone, and the power conditioner 4 can perform control with an optimum control voltage.
[0116]
When the control for preventing the non-standard solar cell string system US from operating alone is performed, the power conditioner 4 does not start operation even if the non-standard solar cell string system US starts power generation first. However, at the time of daily startup (morning, etc.), the solar radiation is in a low state, and the startup power of the power conditioner 4 is sufficiently low. It's not a problem. Also, the problem that the MPPT mechanism on the power conditioner misrecognizes the maximum output operating point when the non-standard solar cell string 1b moves before the standard solar cell string 1a is combined with the control by detecting the voltage fluctuation described later. This makes it possible to respond.
[0117]
In addition, the following method may be used as a method of detecting a voltage change in order to prevent a single operation. A voltage increase rate (ΔV / ΔT) of a voltage applied to the power conversion means, that is, an output side of the voltage adjustment means 2c generated when the power conditioner 4 is not activated is detected, and the voltage increase rate is set to a predetermined time. Within the current condition (for example, 1 second), and how much the voltage fluctuation, for example, a voltage drop, has occurred on the output side of the voltage adjusting means 2c which occurs at the moment when the power conditioner 4 starts. Is detected and compared, it is determined whether the maximum output operating point recognized by the power conditioner at that time is due to the standard solar cell string 1a or the non-standard solar cell string 1b.
[0118]
Specifically, in the non-standard solar cell string 1b, before the power conditioner is started, that is, in a no-load state, a voltage rise occurs in a short time (for example, several seconds). The current is converted into a voltage by the voltage adjusting unit 2c. Due to the nature, when the power conditioner 4 is started and a load is applied, a voltage drop occurs rapidly (for example, several seconds). By combining these two conditions, there is no erroneous recognition that the output voltage of the standard solar cell string 1a rises in a short time, such as when the sun comes out of cloudy weather. Then, as a control for preventing erroneous recognition, the independent operation is detected so that the non-standard solar cell string system US is not used to determine the maximum output operation point of the power conditioner prior to the standard solar cell string 1a, The control may be such that the boost operation is stopped for a certain period of time.
[0119]
FIG. 10 is a flowchart showing still another boost control operation of each control unit. First, in step e0, the control unit 23 performs the same operation as in step a0 described above, proceeds to step e1, and starts the boost control operation.
[0120]
In step e1, the start / stop of the power conditioner 4 is detected, and the process proceeds to step e2. In step e2, the rate of increase of the voltage output from the voltage adjusting means is calculated, and the process proceeds to step e3. In step e3, for the increased voltage value, the power conditioner 4 detects a voltage fluctuation occurring before and after the start, and determines whether the operating point recognized by the power conditioner 4 is due to the standard solar cell string 1a or the non-standard solar cell. It is determined whether it is caused by the string 1b, and the process proceeds to step e4.
[0121]
In step e4, if the operating point of the power conditioner 4 is caused by the standard solar cell string 1a, the process proceeds to step e5; otherwise, the process proceeds to step e6. In step e5, a boost control operation as shown in FIGS. 5, 6, 7, and 9 is performed, the process proceeds to step e7, and the operation ends. In step e6, the step-up operation is stopped, the process proceeds to step e7, and the operation ends.
[0122]
Such control by preventing the non-standard solar cell string system US from operating alone is also possible in the solar power generation device of the above embodiment. To perform this detection, it is assumed that the non-standard solar cell string 1b has a smaller power capacity than the standard solar cell string 1a. Thus, the output of the voltage adjusting means 2 does not operate in a state higher than the output voltage of the standard solar cell string 1a, and the apparatus can be operated in an appropriate state as a photovoltaic power generator with less power generation loss.
[0123]
As described above, the example in which the voltage adjusting unit 2 is provided in the non-standard solar cell string 1b and the output voltage is adjusted to the standard solar cell string 1a by boosting has been described in detail, but the non-standard solar cell string 1b is higher than the standard solar cell string 1a. It is needless to say that the same effect can be obtained when the output voltage of the non-standard solar cell string 1b is reduced by the voltage adjusting means 2 to match the output voltage of the standard solar cell string 1a in the voltage configuration. .
[0124]
In this case, for example, in the case of a ridge-shaped roof on which 29 solar cell modules 8 can be arranged as shown in FIG. It is composed of three standard solar cell strings 1 a having eight solar cell modules 8 and one non-standard solar cell string 1 b having five solar cell modules 8.
[0125]
On the other hand, when the voltage adjusting means 2 is of a step-down type, two standard solar cell strings 1a having eight solar cell modules 8 as shown in the block diagram of FIG. One non-standard solar cell string 1 b having the solar cell module 8. In the case of this example, the step-down type can reduce the number of wirings as compared with the step-up type. Since the output power value obtained by either method is almost the same, the series / parallel number of the solar cell modules 8 and the number of wirings, and the step-up type and the step-down type are selected according to the combination of the number of installations and the output voltage. By doing so, it is possible to increase the efficiency of wiring and reduce the number of wires.
[0126]
FIG. 12B is a block diagram showing details of the step-down voltage adjusting means 2b shown in FIG. In the case of the step-down type, a step-down unit 24b is provided instead of the step-up unit 24 of the step-up type voltage adjusting means 2 shown in FIG. The step-down unit 24b is realized by, for example, a step-down chopper circuit. The step-down unit 24b performs a step-down operation for a given voltage in response to the step-up operation of the step-up unit 24 as described above.
[0127]
When the backflow prevention diode 31 is not built in the voltage adjusting means 2b, the voltage is first reduced and output at a voltage lower than a predetermined starting voltage of the power conditioner 4. Next, if no current flows from the step-down unit 24b toward the connection box 3, the voltage is gradually increased and output. When the voltage output from the step-down unit 24b becomes equal to or higher than the starting voltage of the power conditioner 4, the output voltage is stepped down and the MPPT control is performed so that the maximum current can be output.
[0128]
When the backflow prevention diode 31 is built in the step-down unit 24b, the operation is almost the same as the flowchart shown in FIG. L Then, the step-down ratio is determined by dividing the optimum voltage value Vs of the non-standard solar cell string 1b, and the step-down operation is performed based on the step-down ratio.
[0129]
Further, the voltage adjusting means may include a step-up unit and a step-down unit. FIG. 13 shows a photovoltaic power generator using a voltage adjusting means capable of stepping down and stepping up. FIG. 13A is a block diagram showing details of the voltage adjusting unit 2d capable of stepping down and boosting, and FIG. 13B is a flowchart showing the operation of the control unit of the voltage adjusting unit.
[0130]
As shown in FIG. 13A, when the voltage adjusting unit 2d has a boosting unit 24 and a step-down unit 24b, the control unit 23 has a step-up / step-down automatic switching circuit. In this case, the voltage adjusting means 2d is a DC-DC converter capable of adjusting the voltage by both the step-up and step-down methods, monitors the output voltage of the non-standard solar cell string 1b, and monitors the output voltage of the backflow prevention diode 31 from the output side. The output voltage of the external standard solar cell string 1a is also monitored. If the output voltage of the non-standard photovoltaic string 1b is higher than the output voltage of the standard photovoltaic string 1a, the voltage adjuster 2d is a step-down voltage regulator 24b that is a step-down voltage regulator. The control unit 23 switches the control method so that is operated.
[0131]
As illustrated in FIG. 13B, the control unit 23 performs the same operation as the above-described steps a0 to a2 in steps f0 to f1, and proceeds to step f2.
[0132]
In step f2, the voltage of the non-standard solar cell string 1b is increased or decreased so that the voltage output from the non-standard solar cell string 1b becomes the optimum voltage value Vs, and the process proceeds to step f3. In step f3, the step-up / step-down control operation ends. Thus, by comparing the output voltages of the standard solar cell string 1a and the non-standard solar cell string 1b, one of the voltage adjustment methods is selected.
[0133]
In addition, in solar cell strings installed in places where output drops due to shadows during some hours such as morning and evening, poor solar radiation, etc., voltage adjustment is usually performed by stepping down, but boosting is performed only in the target time period. By adjusting the voltage, it is possible to take out the output power of the solar cell string that cannot contribute to power generation only by step-down voltage adjustment. The installation including the place that was not satisfied will be possible.
[0134]
It should be noted that the embodiments of the present invention are not limited to the above-described examples, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
[0135]
【The invention's effect】
A photovoltaic power generator according to claim 1 of the present invention is a photovoltaic power generator that interconnects a plurality of solar cell strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series to a commercial power system via a connection box, Even when the first solar cell string and the second solar cell string having different power generation capacities are included, the photovoltaic power generator can be connected to the commercial power system.
[0136]
Further, in the photovoltaic power generation device according to claim 2 of the present invention, in the photovoltaic power generation device according to claim 1 of the present invention, the voltage adjusting means may set the voltage at which the maximum power of the second solar cell string is attained. Since the voltage is adjusted based on this, it is possible to use the sum of the maximum output power from each solar cell string as the maximum output power.
[0137]
Then, since the boost ratio is automatically adjusted based on the input voltage and the output voltage, it is not necessary to set the boost ratio at the time of installation, and the number of construction steps is reduced. In addition, since there is no malfunction due to incorrect settings, there is no need to inspect and manage whether settings have been made incorrectly during construction. No labor is required.
[0138]
Furthermore, due to the MPPT control function of the voltage adjusting means, there is a difference in the installation conditions of the solar cell strings, for example, when there is a difference in the maximum output operating point of each solar cell string when the amount of sunlight is different for each solar cell string. Even so, it is possible to provide an excellent solar power generation device capable of obtaining true maximum output power.
[0139]
Further, according to the photovoltaic power generator according to claim 3 of the present invention, the voltage converter having the automatic boosting function causes the power converter to erroneously recognize a voltage higher than the operating voltage of the first solar cell string as the operating voltage. The power conversion means can perform optimal control at an optimal control voltage without generating power loss.
[0140]
According to the photovoltaic power generator according to claim 4 of the present invention, when the second photovoltaic string starts power generation prior to the first photovoltaic string, the photovoltaic power generator according to claim 3 is provided. The boosting means stops the boosting operation, and the power conversion means is activated by the first solar cell string. Therefore, the output voltage of the first solar cell string or the power conversion means Even when the voltage adjusting means cannot detect the control voltage which is the conversion voltage in the case of performing the operation, the second solar cell string operates alone when the first solar cell string is not generating power, and the power is controlled by the voltage adjusting means. The converting means can control the voltage higher than the operating voltage of the first solar cell string so as not to be mistaken for the operating voltage, and the power converting means can control the optimum voltage. It can provide an excellent photovoltaic device capable of performing a control voltage.
[0141]
Further, according to the photovoltaic power generator according to claim 5 of the present invention, the power conversion means adjusts the applied DC voltage, and converts the DC power to the AC power at the converted voltage value Vm at which the applied DC power is maximized. The maximum DC power applied to the power converter can be increased as compared with the case where DC power output from the first and second solar cell strings is directly applied to the power converter. Therefore, when the power generation states of the first solar cell string and the second solar cell string are different, for example, even when the number of solar cell modules included in each string is different, the power generation capacity of the solar power generation device is increased. be able to.
[0142]
Further, according to the photovoltaic power generator according to claim 6 of the present invention, since the voltage adjusting means has the MPPT control function, adjustment is performed so that the optimum voltage of the second solar cell string is given to the voltage adjusting means. be able to. This allows the power conversion means to perform power conversion at a voltage at which the power supplied from the first and second solar cell strings is both maximum.
[0143]
Further, according to the photovoltaic power generator according to claim 7 of the present invention, the problem that the power conversion unit erroneously sets a voltage higher than the DC voltage given from the first solar cell string as the converted voltage Vm is solved. can do. Thus, the power conversion means can perform optimal control with an optimal control voltage while suppressing generation loss.
[0144]
Further, according to the photovoltaic power generator according to claim 8 of the present invention, in a state where the first solar cell string is not generating power, the power converter is not operated by the DC voltage given from the voltage regulator. Can be As a result, the power converter can control a voltage higher than the DC voltage output from the first solar cell string so as not to be erroneously set as the converted voltage value Vm, and an excessive current flows through the power converter. Can be prevented.
[0145]
Further, according to the photovoltaic power generator according to claim 9 of the present invention, the power supply unit drives the adjustment unit using the DC power supplied from the second solar cell string, so that the voltage adjustment means It works with solar cell strings. Thereby, the adjustment of the second solar cell string is automatically stopped at night, so that unnecessary power consumption can be prevented.
[0146]
The photovoltaic power generation device according to claim 10 of the present invention is the photovoltaic power generation device according to claim 5 or 6, wherein the voltage adjusting means is configured to output the voltage from the second solar cell string according to a predetermined rule. Since the applied DC voltage is either boosted or stepped down and supplied to the power conversion means, the DC voltage applied from the second solar cell string is changed to the DC voltage applied from the first solar cell string. When the voltage is lower than the voltage, the step-down operation and the step-up operation can be switched by performing a boost operation. For example, in the case where the irradiation amount from the sun is low in some hours such as morning and evening, in a solar power generation device installed in a place where the output decreases, the voltage is usually adjusted by a step-down operation. Even so, if the voltage adjustment by the boosting operation is performed only in a predetermined time period, it is possible to extract the power of the solar cell string that cannot be extracted only by the voltage adjustment by the step-down operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating one embodiment of a solar power generation device according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example in which solar cell modules are arranged on a roof surface of a house.
FIGS. 3A and 3B are graphs showing the relationship between the generated power output from two solar cell strings having different output capacities and the power supplied to a power conditioner.
4 is a block diagram schematically illustrating an example of a voltage adjusting unit included in the photovoltaic power generator of FIG.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a boost control operation of a control unit.
FIG. 6A is a block diagram schematically illustrating another embodiment of the photovoltaic power generator according to the present invention, and FIG. 6B is a flowchart illustrating a boost control operation of a control unit thereof. .
FIG. 7A is a block diagram schematically illustrating another embodiment of the photovoltaic power generator according to the present invention, and FIG. 7B is a flowchart illustrating a boost control operation of a control unit thereof. .
FIGS. 8 (a), (b), and (c) are graphs for explaining power supplied to a power conditioner.
9 is a flowchart illustrating another boost control operation of the control unit of the solar power generation device illustrated in FIG.
FIG. 10 is a flowchart showing another boost control operation of the control unit of the photovoltaic power generator of the present invention.
11 is a block diagram showing a boost type solar power generation device provided on the roof surface shown in FIG. 2;
12A is a block diagram illustrating a step-down type solar power generation device provided on a roof surface illustrated in FIG. 2, and FIG. 12B is an example of a step-down type voltage adjusting unit illustrated in FIG. FIG.
13A is a block diagram illustrating an example of a voltage adjusting unit capable of boosting and stepping down, and FIG. 13B is a flowchart illustrating a step-up / step-down control operation of a control unit thereof;
FIG. 14 is a block diagram illustrating a conventional solar power generation device.
[Explanation of symbols]
1a: Standard solar cell string (first solar cell string)
1b: Non-standard solar cell string (second solar cell string)
2, 2a, 2b, 2c, 2d: voltage adjusting means
3: Connection box
4: Power conditioner
5: AC load
6: Commercial power system
7: Solar power generator
8: Solar cell module
11a: solar cell string
13: Connection box
14: Power conditioner
15: AC load
16: Commercial power system
17: Solar power generator
18: Solar cell module
19: Backflow prevention diode
21: Input EMI filter
22: Power supply section
23: Control unit
24: booster
24b: Step-down unit
25: Output EMI filter
31: Backflow prevention diode
60: Solar power generation device
61: Solar power generator
71, 72, 73: Roof surface
D: Valley
a0 to a3: Step
b0 to b4: Step
c0 to c9: Step
d0 to d4: Step
e0 to e7: Step
f0 to f3: Step
L, S, Sc, L + S, L + Sc: output power curve
US: Non-standard solar cell string system
V L : Optimal voltage value (of the first solar cell string)
Vs: optimum voltage value (of the second solar cell string)
V Lmax : Open voltage value
Vm: conversion voltage value
Vsc: input voltage value
α1, β1, βc1: output operating point

Claims (10)

複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成される第１の太陽電池ストリングと、
複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成され、前記第１の太陽電池ストリングに対して並列に接続され直列数が異なる第２の太陽電池ストリングと、
これら太陽電池ストリングの最大出力動作点で直流電力が出力されるように制御するとともに、この直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
前記第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を、前記第１の太陽電池ストリングと前記電力変換手段との間に供給するとともに、前記第２の太陽電池ストリングの出力電圧を前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧側に調整する電圧調整手段と、
を含む太陽光発電装置。A first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups in series;
A plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups connected in series, a second solar cell string connected in parallel to the first solar cell string and having a different number in series;
Power conversion means for controlling the DC power to be output at the maximum output operating point of these solar cell strings, and converting the DC power to AC power;
The DC voltage output from the second solar cell string is supplied between the first solar cell string and the power conversion means, and the output voltage of the second solar cell string is set to the first voltage. Voltage adjusting means for adjusting the output voltage side of the solar cell string;
Solar power generation equipment including. 前記電圧調整手段は、前記第２の太陽電池ストリングの最大電力となる電圧に基づいて電圧調整するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。2. The photovoltaic power generation device according to claim 1, wherein the voltage adjustment unit adjusts the voltage based on a voltage at which the second solar cell string has a maximum power. 複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成される第１の太陽電池ストリングと、
複数個の太陽電池素子または複数の太陽電池素子群を、直列に接続して構成され、前記第１の太陽電池ストリングに対して並列に接続され、第１の太陽電池ストリングよりも直列数が少ない第２の太陽電池ストリングと、
これら太陽電池ストリングの最大出力動作点で直流電力が出力されるように制御するとともに、この直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
前記第２の太陽電池ストリングから出力される直流電圧を昇圧し、前記第１の太陽電池ストリングと前記電力変換手段との間に、最大出力動作点で直流電力が出力されるように制御するとともに、前記第２の太陽電池ストリングの出力電圧を前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧になるように調整する機能を備え、調整した出力電圧が、前記第１の太陽電池ストリングの出力電圧よりも高くならないように制御する昇圧手段と、
を含む太陽光発電装置。A first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups in series;
A plurality of solar cell elements or a plurality of solar cell element groups are connected in series, are connected in parallel to the first solar cell string, and have a smaller number of series than the first solar cell string. A second solar cell string;
Power conversion means for controlling the DC power to be output at the maximum output operating point of these solar cell strings, and converting the DC power to AC power;
DC voltage output from the second solar cell string is boosted, and control is performed between the first solar cell string and the power conversion means so that DC power is output at a maximum output operating point. A function of adjusting the output voltage of the second solar cell string to be the output voltage of the first solar cell string, wherein the adjusted output voltage is higher than the output voltage of the first solar cell string. Boosting means for controlling so as not to be high;
Solar power generation equipment including. 第２の太陽電池ストリングが第１の太陽電池ストリングよりも先に発電を開始した際に、前記昇圧手段は、昇圧動作を停止し、前記第１の太陽電池ストリングによって前記電力変換手段が起動するように制御することを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電装置。When the second solar cell string starts generating power before the first solar cell string, the boosting unit stops the boosting operation, and the first solar cell string activates the power conversion unit. The photovoltaic power generation device according to claim 3, wherein the control is performed in such a manner. 複数個の太陽電池素子が接続されて構成される第１の太陽電池ストリングと、
複数個の太陽電池素子が接続されて構成され、第１の太陽電池ストリングに並列に接続される第２の太陽電池ストリングと、
第１および第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が最大となる変換電圧値Ｖｍで、これらの直流電力を交流電力に変換する機能を有する電力変換手段と、
第２の太陽電池ストリングと電力変換手段とを電気的に接続する経路に介在され、前記変換電圧値Ｖｍに近づくように、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を調整する電圧調整手段と、
を含む太陽光発電装置。A first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements;
A second solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements and connected in parallel to the first solar cell string;
Power conversion means having a function of converting these DC power to AC power at a conversion voltage value Vm at which DC power output from the first and second solar cell strings is maximized;
Voltage adjusting means interposed in a path for electrically connecting the second solar cell string and the power converting means, and adjusting a DC voltage supplied from the second solar cell string so as to approach the converted voltage value Vm; ,
Solar power generation equipment including. 複数個の太陽電池素子が接続されて構成される第１の太陽電池ストリングと、
複数個の太陽電池素子が接続されて構成され、第１の太陽電池ストリングに並列に接続される第２の太陽電池ストリングと、
第１および第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が最大となる変換電圧値Ｖｍで、これらの直流電力を交流電力に変換する機能を有する電力変換手段と、
第２の太陽電池ストリングと電力変換手段とを電気的に接続する経路に介在され、第２の太陽電池ストリングから出力される直流電力が最大となるように、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を調整して、第２の太陽電池ストリング直流電力を前記電力変換手段に与える電圧調整手段と、
を含む太陽光発電装置。A first solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements;
A second solar cell string configured by connecting a plurality of solar cell elements and connected in parallel to the first solar cell string;
Power conversion means having a function of converting these DC power to AC power at a conversion voltage value Vm at which DC power output from the first and second solar cell strings is maximized;
It is interposed in a path for electrically connecting the second solar cell string and the power conversion means, and is provided from the second solar cell string so that the DC power output from the second solar cell string is maximized. Voltage adjusting means for adjusting a DC voltage to apply DC power of the second solar cell string to the power conversion means;
Solar power generation equipment including. 前記電圧調整手段は、この電圧調整手段から前記電力変換手段に与える直流電圧が、前記第１の太陽電池ストリングから前記電力変換手段に与えられる直流電圧よりも高くならないように調整することを特徴とする請求項５または６記載の太陽光発電装置The voltage adjusting means adjusts a DC voltage applied from the voltage adjusting means to the power converting means so as not to be higher than a DC voltage applied from the first solar cell string to the power converting means. The solar power generation device according to claim 5 or 6, wherein 前記電圧調整手段は、前記第２の太陽電池ストリングが前記第１の太陽電池ストリングよりも先に発電を開始した場合、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧の調整を停止し、前記電力変換手段は、第１の太陽電池ストリングから与えられる直流電力を交流電力に変換することを特徴とする請求項５または６記載の太陽光発電装置When the second solar cell string starts generating power before the first solar cell string, the voltage adjusting unit stops adjusting the DC voltage given from the second solar cell string, The photovoltaic power generator according to claim 5, wherein the converter converts DC power supplied from the first solar cell string into AC power. 前記電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を昇圧または降圧の少なくともいずれか一方を行って調整した直流電圧を前記電力変換手段に与える調整部と、
第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電力を用いて、前記調整部を駆動する電源部と、
調整部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする請求項５または６に記載の太陽光発電装置。An adjusting unit configured to apply to the power conversion unit a DC voltage adjusted by performing at least one of boosting and stepping down a DC voltage given from the second solar cell string;
A power supply unit that drives the adjustment unit using DC power supplied from the second solar cell string;
A control unit for controlling the adjustment unit;
The photovoltaic power generation device according to claim 5, comprising: 前記電圧調整手段は、第２の太陽電池ストリングから与えられる直流電圧を、あらかじめ定められた規則にしたがって昇圧および降圧のいずれかの調整を行って、前記電力変換手段に与えることを特徴とする請求項５または６に記載の太陽光発電装置。The voltage adjusting means adjusts any one of a step-up and a step-down of a DC voltage applied from the second solar cell string according to a predetermined rule, and supplies the DC voltage to the power converting means. Item 7. The photovoltaic power generator according to item 5 or 6.
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