JP5912417B2 - Solar power plant - Google Patents

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本発明は、太陽電池から効率よく電力を得て二次電池への充電や電力系統に連係させるための太陽光発電装置の技術分野に属する。   The present invention belongs to a technical field of a photovoltaic power generation apparatus for efficiently obtaining power from a solar battery and charging the secondary battery or linking it to a power system.

太陽電池素子(セル)は、電流源と1個のダイオード(太陽電池そのもの)で等価回路が表現される発電の最小単位であるが、その出力密度は小さく、通常は複数個の太陽電池素子を面一に並べて直列接続または直並列接続した構成を基本単位とする。   A solar cell element (cell) is a minimum unit of power generation in which an equivalent circuit is expressed by a current source and one diode (solar cell itself), but its output density is small, and usually a plurality of solar cell elements are included. The basic unit is a configuration in which they are arranged in series and connected in series or in series and parallel.

そして、実用上は、例えば図18の等価回路のように、複数の太陽電池素子を直列に接続した太陽電池本体SC(図18は太陽電池素子7個直列の例であり、1つの電流源と7つの直列ダイオードで表現されている。)と、これに発電しない素子が現れた場合の対策に挿入されているバイパスダイオードDbと、逆流防止ダイオードDaとを接続した構成の太陽電池モジュールとして作られている。   In practical use, for example, as shown in the equivalent circuit of FIG. 18, a solar cell body SC in which a plurality of solar cell elements are connected in series (FIG. 18 is an example of seven solar cell elements in series. It is expressed as seven series diodes.) And a solar cell module having a configuration in which a bypass diode Db inserted as a countermeasure when an element that does not generate electricity appears is connected to a backflow prevention diode Da. ing.

さらに、一般の太陽光発電装置では、上記太陽電池モジュールを複数個、直並列に接続した太陽電池アレイ若しくは太陽電池パネルとして用いている。   Furthermore, in a general solar power generation device, a plurality of the solar cell modules are used as a solar cell array or a solar cell panel connected in series and parallel.

上記太陽電池アレイを利用した典型的な太陽光発電装置(或いは同義の太陽光発電システム)としては、図19に示される太陽光発電装置30のように、複数の太陽電池アレイ21a,21b,21c,・・と、集電箱23と、電力変換装置26とを備え、各太陽電池アレイ21a,21b,21c,・・は太陽電池モジュール22をマトリックス状に直並列に接続してなり、集電箱23は各太陽電池モジュール22から太陽電池アレイ21a,21b,21c,・・を通じて出力される直流出力を集電し、電力変換装置26は前記集電箱23で集電された太陽電池アレイ21a,21b,21c,・・の集電出力を電力系統27に連係させた状態で交流に変換するインバータ24と、該インバータ24を制御する制御部25などから構成され、変換された交流出力を電力系統27に連係した状態で負荷28に供給するという構成のものがある。   As a typical solar power generation device (or a solar power generation system having the same meaning) using the solar cell array, a plurality of solar cell arrays 21a, 21b, and 21c are provided as in the solar power generation device 30 shown in FIG. The solar cell arrays 21a, 21b, 21c,... Are formed by connecting the solar cell modules 22 in series and in parallel in a matrix shape. The box 23 collects the DC output output from each solar cell module 22 through the solar cell arrays 21a, 21b, 21c,..., And the power conversion device 26 collects the solar cell array 21a collected in the current collection box 23. , 21b, 21c,..., 21b, 21c,..., 21b, 21c,. , There is a configuration in which supply to the load 28 the converted AC output while linked to the power system 27.

一方、実用化されている太陽電池には、結晶系シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池などの種類があるが、何れもその太陽電池の出力特性(出力電流I−出力電圧V曲線)は概ね図20のようなI−V特性曲線となり、効率的に太陽電池から最大電力を取り出すには、太陽電池の実際の動作点P(動作電流Iope×動作電圧Vope)を可及的に最大電力点Pmax(最適動作電流Iop×最適動作電圧Vop)で動作させるようにすることが重要となる。   On the other hand, there are various types of solar cells in practical use, such as crystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, and organic semiconductor solar cells, all of which output characteristics (output current) of the solar cell. The I-output voltage V curve is generally an IV characteristic curve as shown in FIG. 20, and in order to efficiently extract the maximum power from the solar cell, the actual operating point P of the solar cell (operating current Iope × operating voltage Vope). ) At the maximum power point Pmax (optimum operating current Iop × optimum operating voltage Vop) as much as possible.

この点、上記太陽光発電装置30を含む現在の太陽光発電装置(システム)では、太陽電池アレイの出力が常に最大電力点Pmaxで動作するように出力電圧、出力電流を追従制御するいわゆる最大電力点追従(Maximum Power Point Tracking:MPPT)制御が多く採用されている。このMPPT制御には種々の方法が考案されているが、例えば太陽電池アレイの出力電圧を開放電圧から減少させていき、その間電力値を走査して最大電力点Pmaxを測定し、その最大電力点Pmaxまで動作点を移動させるスキャンニング法がある。   In this respect, in the current solar power generation device (system) including the solar power generation device 30, so-called maximum power that controls the output voltage and output current so that the output of the solar cell array always operates at the maximum power point Pmax. Point tracking (Maximum Power Point Tracking: MPPT) control is often employed. Various methods have been devised for the MPPT control. For example, the output voltage of the solar cell array is decreased from the open circuit voltage, and during that time, the power value is scanned to measure the maximum power point Pmax, and the maximum power point is measured. There is a scanning method in which the operating point is moved to Pmax.

ところで、現実の太陽光発電装置(システム)では、太陽電池全体が常に均一な条件で太陽光が照射されているわけではなく、雲や樹木などの影に隠れたりして部分的に出力が弱くなる部分陰影照射の状態となったり、設置場所の向きの違い、温度環境の違いによって日射条件が異なるような、いわゆる不均一日射条件下での動作状態になることがある(寧ろこれが通常とも言える)。   By the way, in an actual photovoltaic power generation device (system), the entire solar cell is not always irradiated with sunlight under uniform conditions, and the output is partially weak due to shadows such as clouds and trees. It may become a state of partial shadow irradiation, or an operating state under so-called non-uniform solar radiation conditions where the solar radiation conditions differ depending on the orientation of the installation location and the temperature environment (this is also normal) ).

上記のような不均一日射条件下では、設置された太陽電池全体に対する単一のMPPT制御では効率的な電力の取り出しは望むべくもない。   Under the non-uniform solar radiation conditions as described above, efficient power extraction cannot be desired with a single MPPT control for the entire installed solar cell.

この点、前記不均一日射条件下(例えば、前記部分日陰条件下の場合。)における太陽電池発電装置の非効率の問題を解決すべく、多数の解決策が提案されている。   In this regard, a number of solutions have been proposed in order to solve the inefficiency problem of the solar battery power generation device under the uneven solar radiation conditions (for example, under the partial shade conditions).

例えば、下記[特許文献1]には、太陽電池群(太陽電池アレイ)毎に設けられたDC−DCコンバータによってMPPT制御を行うことにより、効率よく太陽電池の出力を取り出すことができるとする技術が開示されている。   For example, in [Patent Document 1] below, it is assumed that the output of a solar cell can be efficiently extracted by performing MPPT control with a DC-DC converter provided for each solar cell group (solar cell array). Is disclosed.

また、下記[特許文献2]には、直並列接続された複数の太陽電池素子からなる太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの複数の太陽電池素子が発電した直流電力を降圧するコンバータと、を基板上に備え、前記コンバータはMPPT制御を行うとする構成の太陽電池モジュールが提案されている。   [Patent Document 2] includes a solar cell module including a plurality of solar cell elements connected in series and parallel, and a converter for stepping down DC power generated by the plurality of solar cell elements of the solar cell module. There has been proposed a solar cell module provided on a substrate and configured so that the converter performs MPPT control.

また、下記[特許文献3]には、太陽電池パネルの複数ブロック毎に昇圧チョッパ回路を設けてブロック毎に個別にMPPT制御で直流電圧変換し、それらを統合して系統に流す構成の太陽光発電装置が提案されている。   In [Patent Document 3] below, a step-up chopper circuit is provided for each of a plurality of blocks of a solar cell panel, and direct current voltage conversion is performed by MPPT control for each block, and these are integrated to flow into the system. A power generation device has been proposed.

さらに、下記[特許文献4]には、複数の太陽電池アレイを並列接続して入力される系統連係インバータにおいて、各太陽電池アレイに対して独立にDC−DCコンバータによってMPPT制御を行わせて発電効率の向上を図った構成の太陽光発電用電力変換装置が提案されている。   Furthermore, in [Patent Document 4] below, in a grid-connected inverter that is input by connecting a plurality of solar cell arrays in parallel, each solar cell array is independently subjected to MPPT control by a DC-DC converter to generate power. There has been proposed a power conversion device for photovoltaic power generation that is configured to improve efficiency.

また、複数の太陽電池モジュールを直並列接続した太陽電池アレイを不均一日射条件下で動作させた場合に、その出力特性に電力極大点が複数現れるいわゆる複峰性のあることが最近報告されている(IEEJ Trans.IA.Vol.124,No.8,2004、鷹野一朗ほか)。   In addition, when a solar cell array in which a plurality of solar cell modules are connected in series and parallel is operated under non-uniform solar radiation conditions, it has recently been reported that there is a so-called bimodality in which multiple power maximum points appear in its output characteristics. (IEEE Trans. IA. Vol. 124, No. 8, 2004, Ichiro Takano et al.).

即ち、図21に示されるように、縦軸に太陽電池の電流Iまたは電力P、横軸に太陽電池の電圧Vを採ると、図18に示される太陽電池モジュールが複数個並列接続された太陽電池アレイの電流−電圧特性、電力−電圧特性には、複数(図21では2つ)の電力極大点P1,P2が現れている。この複峰性は直列接続の場合も現れ、それらの特性曲線は不均一日射条件によって様々に変化する。例えば部分陰影条件下では陰影領域の変化で千差万別に変化し、電力極大点も2つに限らず多数現れる可能性がある。   That is, as shown in FIG. 21, when the vertical axis represents the solar cell current I or power P and the horizontal axis represents the solar cell voltage V, a plurality of solar cell modules shown in FIG. A plurality (two in FIG. 21) of power maximum points P1 and P2 appear in the current-voltage characteristics and power-voltage characteristics of the battery array. This bimodality also appears in the case of series connection, and their characteristic curves vary depending on the uneven solar radiation conditions. For example, under partial shading conditions, the shading area changes, and there are many possibilities that power maximum points are not limited to two.

本発明者は、図18に示されるような太陽電池モジュールを2個直列接続し、それぞれの電流源に電流差(光の強さの差)が生じたとき、電流の少ないほうの太陽電池モジュールに電流を流しきれず、これが太陽電池モジュール毎に設けられているバイパスダイオードDbに流れることを原因として出力特性に顕著な複峰性が現れることを究明した。また、上記太陽電池モジュールを2個並列接続し、それぞれのモジュール間に両者の温度差によって電圧差が現れたときにも複峰性が現れ、その原因が逆流防止ダイオードDaの影響であることを究明した。   The present inventor connects two solar cell modules as shown in FIG. 18 in series, and when a current difference (difference in light intensity) occurs in each current source, the solar cell module with the smaller current As a result, it has been clarified that a remarkable bimodality appears in the output characteristics due to the fact that the current does not flow completely through the bypass diode Db provided for each solar cell module. In addition, when two solar cell modules are connected in parallel and a voltage difference appears due to a temperature difference between the two modules, a double peak appears, and the cause is the influence of the backflow prevention diode Da. Investigated.

然るに、従来の太陽電池モジュール複数個を直並列に接続した太陽電池アレイの場合は、それぞれのモジュールの電流、電圧の変化の影響で多数の電力極大点が出現する可能性がある。   However, in the case of a solar cell array in which a plurality of conventional solar cell modules are connected in series and parallel, a large number of power maximum points may appear due to the influence of changes in the current and voltage of each module.

上記のような不均一条件下で複峰性が不可避的に現れる従来の太陽光発電装置(システム)においては、仮に太陽電池アレイや太陽電池モジュールに対する単純な最大電力点追従(MPPT)制御、或いは複峰性を考慮した改善された精度の高いMPPT制御で図21の電力極大点P2で制御が収束しても、太陽電池アレイや太陽電池モジュール内部で損失が発生してしまい、真の最大の電力が得られず、最悪条件下では約60%もの損失が発生している可能性があることが本発明者の研究で判明した。   In the conventional photovoltaic power generation apparatus (system) in which bimodality inevitably appears under the non-uniform conditions as described above, a simple maximum power point tracking (MPPT) control for a solar cell array or a solar cell module, or Even if the control is converged at the power maximum point P2 of FIG. 21 with the improved and accurate MPPT control considering the bimodality, a loss occurs in the solar cell array or the solar cell module, and the true maximum Inventor's research has revealed that no power can be obtained and about 60% of the loss may occur under worst-case conditions.

このように、部分陰影などの不均一条件下の場合に太陽電池アレイの出力特性に現れる前記複峰性は、図18のような太陽電池モジュールにおける逆流防止ダイオードDaやバイパスダイオードDbに起因するものであるが、このような複峰性の現れる部分陰影条件下などでも常に最大の電力を太陽電池から取り出すためには、従来のような複数の太陽電池モジュールから構成される太陽電池アレイや太陽電池モジュールに対する最大電力点追従(MPPT)制御の手段或いはその精度を高める手段では難しいと考えられる。   As described above, the bimodality appearing in the output characteristics of the solar cell array under non-uniform conditions such as partial shading is caused by the backflow prevention diode Da and the bypass diode Db in the solar cell module as shown in FIG. However, in order to always extract the maximum electric power from the solar cell even under such partial shadow conditions where the multi-peaks appear, a solar cell array or solar cell composed of a plurality of conventional solar cell modules It is considered difficult to use a means for maximum power point tracking (MPPT) control for the module or a means for improving its accuracy.

このため、太陽電池本体毎に電荷移送回路を設置し、個々の太陽電池本体に対して出力の最大電力点への追従制御を行うことが、発電効率の向上にとって有効な手段と考えられる。   For this reason, installing a charge transfer circuit for each solar cell body and performing tracking control of the output to the maximum power point for each solar cell body is considered to be an effective means for improving power generation efficiency.

特開2000−112545号公報JP 2000-112545 A 特開2003−124492号公報JP 2003-124492 A 特開2003−134667号公報JP 2003-134667 A 特開2004−194500号公報JP 2004-194500 A

しかしながら、太陽電池本体毎に電荷移送回路を設置した場合、一部の電荷移送回路が故障等で動作停止すると、正常な太陽電池モジュールからの出力電力は動作停止した電荷移送回路内のフライホイールダイオードを通して流下することとなる。そして、このフライホイールダイオードを出力電力が流下する際、無視できない電力損失が発生する。   However, when a charge transfer circuit is installed for each solar cell body, when some of the charge transfer circuits stop operating due to a failure or the like, the output power from the normal solar cell module is stopped. Will flow down through. When the output power flows down the flywheel diode, a power loss that cannot be ignored occurs.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、太陽電池本体毎に電荷移送回路を有し、且つ一部の電荷移送回路が停止しても動作停止中の電荷移送回路による電力損失が少ない太陽光発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a charge transfer circuit for each solar cell body, and even when some of the charge transfer circuits are stopped, power loss due to the charge transfer circuit being stopped is small. It aims at providing a solar power generation device.

本発明は、
(1)複数の太陽電池モジュールPVMのモジュール出力端48a、48bがそれぞれ直列に接続したストリングPVSを備えた太陽光発電装置において、
前記太陽電池モジュールPVMは、単数もしくは複数の太陽電池素子接続し太陽電池本体SCと、前記太陽電池本体SC毎に設けられ前記太陽電池本体SCに対する出力の最大電力点Pmaxへの追従制御を行う電荷移送回路CONVと、を有し、
前記電荷移送回路CONVは、前記太陽電池本体SCに直列に接続た第1半導体スイッチ素子SW1と、前記太陽電池本体SCと並列に接続閉状態時に前記電荷移送回路CONVの出力端47間を短絡する第2半導体スイッチ素子SW2と、前記太陽電池本体SCの出力をモニターする検出手段(電圧計46、電流計52)と、前記検出手段からの出力情報に応じて第1半導体スイッチ素子SW1及び第2半導体スイッチ素子SW2のスイッチング制御を行う制御部44と、を備え、
前記電荷移送回路CONVの第2半導体スイッチ素子SW2がノーマリーオン型の半導体スイッチ素子であるとともに、前記電荷移送回路CONVが動作停止した場合に、動作停止した電荷移送回路CONVの第2半導体スイッチ素子SW2は閉状態のまま維持されて、前記ストリングPVS内の動作停止していない他の太陽電池モジュールCONVから出力された電力を前記第2半導体スイッチ素子SW2を通して流下させることを特徴とする太陽光発電装置40を提供することにより、上記課題を解決する。
(2)電荷移送回路CONVhが、太陽電池本体SCと直列接続したコイルL1と、前記コイルL1の両端にそれぞれ直列に接続した半導体スイッチ素子SW(a)と半導体スイッチ素子SW(c)と、前記コイルL1の両端にそれぞれ太陽電池本体SCと並列に接続した半導体スイッチ素子SW(b)と半導体スイッチ素子SW(d)と、を有し、
降圧動作時には、前記半導体スイッチ素子SW(c)を常時閉状態とするとともに前記半導体スイッチ素子SW(d)を常時開状態とし、前記半導体スイッチ素子SW(b)は前記第2半導体スイッチ素子SW2と逆相にスイッチング制御されて第1半導体スイッチ素子SW1として機能するとともに、前記半導体スイッチ素子SW(a)は前記第2半導体スイッチ素子SW2と同相にスイッチング制御され、
昇圧動作時には、前記半導体スイッチ素子SW(a)を常時閉状態とするとともに前記半導体スイッチ素子SW(b)を常時開状態とし、前記半導体スイッチ素子SW(c)は前記第2半導体スイッチ素子SW2と逆相にスイッチング制御されて第1半導体スイッチ素子SW1として機能するとともに、前記半導体スイッチ素子SW(d)は前記第2半導体スイッチ素子SW2と同相にスイッチング制御されることを特徴とする上記(1)記載の太陽光発電装置40を提供することにより、上記課題を解決する。
The present invention
(1) In a solar power generation apparatus including a string PVS in which module output ends 48a and 48b of a plurality of solar cell modules PVM are connected in series,
The solar cell module PVM includes a solar cell body SC to which one or more solar cell elements are connected, and a follow-up control to the maximum power point Pmax of the output to the solar cell body SC provided for each solar cell body SC. A charge transfer circuit CONV to perform ,
The charge transfer circuit CONV includes a first semiconductor switching element SW1 connected in series to the solar cell body SC, between the output terminal 47 of the charge transfer circuit CONV to the closed state connected in parallel to the solar cell body SC A second semiconductor switch element SW2 to be short-circuited, detection means (voltmeter 46, ammeter 52) for monitoring the output of the solar cell main body SC, and the first semiconductor switch element SW1 according to output information from the detection means, A control unit 44 that performs switching control of the second semiconductor switch element SW2 ,
The second semiconductor switch element SW2 of the charge transfer circuit CONV is a normally-on type semiconductor switch element, and when the operation of the charge transfer circuit CONV is stopped, the second semiconductor switch element of the charge transfer circuit CONV is stopped. SW2 is maintained in a closed state, and the electric power output from the other solar cell module CONV that has not stopped operation in the string PVS is caused to flow down through the second semiconductor switch element SW2. The above problem is solved by providing the device 40.
(2) The charge transfer circuit CONVh includes a coil L1 connected in series with the solar cell body SC, semiconductor switch elements SW (a) and SW (c) connected in series to both ends of the coil L1, respectively, A semiconductor switch element SW (b) and a semiconductor switch element SW (d) connected in parallel to the solar cell body SC at both ends of the coil L1, respectively.
During the step-down operation, the semiconductor switch element SW (c) is normally closed and the semiconductor switch element SW (d) is normally open. The semiconductor switch element SW (b) is connected to the second semiconductor switch element SW2. The semiconductor switching element SW (a) is controlled in the opposite phase and functions as the first semiconductor switching element SW1, and the semiconductor switching element SW (a) is controlled in the same phase as the second semiconductor switching element SW2,
During the boosting operation, the semiconductor switch element SW (a) is normally closed and the semiconductor switch element SW (b) is normally open. The semiconductor switch element SW (c) is connected to the second semiconductor switch element SW2. The switching control is performed in the opposite phase and functions as the first semiconductor switching element SW1, and the switching operation of the semiconductor switching element SW (d) is controlled in the same phase as the second semiconductor switching element SW2. By providing the described solar power generation device 40, the above-described problems are solved.

本発明に係る太陽光発電装置は、上記のような構成のため、一部の電荷移送回路が停止しても動作停止中の電荷移送回路による電力損失を最小限に抑えることができる。   Since the photovoltaic power generation apparatus according to the present invention has the above-described configuration, even if a part of the charge transfer circuit is stopped, power loss due to the charge transfer circuit being stopped can be minimized.

本発明に係る太陽光発電装置のブロック図である。It is a block diagram of the solar power generation device concerning the present invention. 本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第1の実施の形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of the solar cell module which comprises the solar power generation device which concerns on this invention. 太陽電池本体の動作電圧と出力電力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating voltage of a solar cell main body, and output electric power. 本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第2の実施の形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the solar cell module which comprises the solar power generation device which concerns on this invention. 本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第3の実施の形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 3rd Embodiment of the solar cell module which comprises the solar power generation device which concerns on this invention. 本発明に係る太陽電池モジュールの第1の実施の形態に温度検知素子を設けた例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which provided the temperature detection element in 1st Embodiment of the solar cell module which concerns on this invention. 温度が変化したときの太陽電池本体の動作電圧と出力電力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating voltage and output electric power of a solar cell main body when temperature changes. 本発明に係る太陽電池モジュールの第2の実施の形態に温度検知素子を設けた例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example which provided the temperature detection element in 2nd Embodiment of the solar cell module which concerns on this invention. 本発明を半導体スイッチ素子を3つ備えた昇圧型コンバータに適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied this invention to the pressure | voltage rise type converter provided with three semiconductor switch elements. 本発明を反転型コンバータに適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied this invention to the inverting converter. 本発明をブリッジコンバータに適用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied this invention to the bridge converter. 本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を独立した周期で行う構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which performs switching control of each solar cell module which forms the solar power generation device which concerns on this invention in the independent period. 本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を同期させて行う構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which synchronizes switching control of each solar cell module which forms the solar power generation device which concerns on this invention. 本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御をストリング毎に同期させるとともに各ストリングの周期に位相差をもたせて行う構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which performs the switching control of each solar cell module which forms the solar power generation device which concerns on this invention for every string, and gives a phase difference to the period of each string. 本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を独立した周期で行うとともに各ストリングに逆流防止ダイオードを設けた構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which provided the backflow prevention diode in each string while performing switching control of each solar cell module which forms the solar power generation device which concerns on this invention in the independent period. 本発明に係る太陽光発電装置の直列接続された複数の太陽電池モジュールと出力端の間にコイルを設けた構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which provided the coil between the several solar cell module connected in series and the output terminal of the solar power generation device which concerns on this invention. 本発明に係る太陽光発電装置と負荷等との接続を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection of the solar power generation device and load etc. which concern on this invention. 従来の太陽電池モジュールの回路図である。It is a circuit diagram of the conventional solar cell module. 従来の典型的な太陽光発電装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional typical solar power generation device. 太陽電池の出力特性(出力電流I−出力電圧V曲線)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the output characteristic (output current I-output voltage V curve) of a solar cell. 複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイを不均一日射条件下で動作させた場合の出力特性の複峰性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the bimodality of the output characteristic at the time of operating the solar cell array which consists of a several solar cell module on non-uniform solar radiation conditions.

本発明に係る太陽光発電装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明に係る太陽光発電装置40は、図1、図2に示すように、太陽電池本体SCと電荷移送回路CONVとで主に構成された太陽電池モジュールPVMが、正極のモジュール出力端48aと負極のモジュール出力端48bとを介して直列又は直並列に複数個、接続されて構成されている。尚、太陽光発電装置40の出力端である正極出力端42aと負極出力端42bには図示しないレギュレータやコンバータ、蓄電装置等を介して負荷28に接続され、負荷28に対して電力を供給する。尚、図1においては、直列接続された複数の太陽電池モジュールPVMを3列並列接続した例を示したが、太陽光発電装置の用途、規模等によっては並列接続の数は適宜増減が可能である。また、並列接続を行わず直列接続のみとしても良い。   Embodiments of a photovoltaic power generation apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the photovoltaic power generation apparatus 40 according to the present invention includes a solar cell module PVM mainly composed of a solar cell body SC and a charge transfer circuit CONV. A plurality of units are connected in series or in series and parallel via the negative module output end 48b. The positive output terminal 42a and the negative output terminal 42b, which are output terminals of the solar power generation device 40, are connected to the load 28 via a regulator, converter, power storage device, etc. (not shown), and supply power to the load 28. . Although FIG. 1 shows an example in which a plurality of series-connected solar cell modules PVM are connected in parallel in three rows, the number of parallel connections can be appropriately increased or decreased depending on the application, scale, etc. of the photovoltaic power generation apparatus. is there. Moreover, it is good also as only a serial connection without performing parallel connection.

尚、以下の説明においては、本発明に係る太陽電池モジュールを総称して太陽電池モジュールPVMとし構成の異なる個々の太陽電池モジュールを太陽電池モジュールPVMa〜PVMhとして記述する。また、電荷移送回路を総称して電荷移送回路CONVとし構成の異なる個々の電荷移送回路を電荷移送回路CONVa〜CONVhとして記述する。   In the following description, the solar cell modules according to the present invention are collectively referred to as a solar cell module PVM, and individual solar cell modules having different configurations are described as solar cell modules PVMa to PVMh. The charge transfer circuits are collectively referred to as a charge transfer circuit CONV, and individual charge transfer circuits having different configurations are described as charge transfer circuits CONVa to CONVh.

次に、本発明に係る太陽光発電装置40における太陽電池モジュールPVMの第1の実施の形態を図2に示す。第1の実施の形態の太陽電池モジュールPVMaは、太陽電池素子単体もしくは複数の太陽電池素子を直列または直並列接続してなる太陽電池本体SCと、入力端43がそれぞれの太陽電池本体SCの正極端子41aと負極端子41bとに接続され、出力端47がモジュール出力端48a、48bに接続する電荷移送回路CONVaと、を有している。   Next, FIG. 2 shows a first embodiment of the solar cell module PVM in the solar power generation device 40 according to the present invention. The solar cell module PVMa of the first embodiment includes a solar cell main body SC formed by connecting a single solar cell element or a plurality of solar cell elements in series or series-parallel, and an input terminal 43 having a positive electrode of each solar cell main body SC. The charge transfer circuit CONVa is connected to the terminal 41a and the negative terminal 41b, and the output end 47 is connected to the module output ends 48a and 48b.

電池モジュールPVMaの電荷移送回路CONVaは、太陽電池本体SCの正極端子41aと電荷移送回路CONVaの正極側の出力端47との間に直列に接続された第1半導体スイッチ素子SW1と、第1半導体スイッチ素子SW1の出力端47側に太陽電池本体SCと並列に接続され閉(オン)状態時に出力端47間を短絡する第2半導体スイッチ素子と、太陽電池本体SCの正極端子41aと負極端子41bとの間に並列接続された検出手段としての電圧計46と、第1半導体スイッチ素子及び第2半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部44と、第2半導体スイッチ素子SW2と並列に接続しフライホイールダイオードとして機能するダイオードDと、を有している。そして特に、第2半導体スイッチ素子には無信号時に閉状態(ノーマリーオン)となる、例えばGaN(窒化ガリウム)、GaAs(ガリウム砒素)などの化合物半導体等からなるデプレッション型の半導体スイッチ素子を用いる。これは、本発明の電荷移送回路CONVにおいて共通する構成である。   The charge transfer circuit CONVa of the battery module PVMa includes a first semiconductor switch element SW1 connected in series between the positive electrode terminal 41a of the solar cell body SC and the output terminal 47 on the positive electrode side of the charge transfer circuit CONVa, and a first semiconductor A second semiconductor switch element that is connected in parallel to the solar cell body SC on the output end 47 side of the switch element SW1 and short-circuits between the output terminals 47 when in the closed (on) state, and a positive terminal 41a and a negative terminal 41b of the solar cell body SC A voltmeter 46 as a detecting means connected in parallel, a control unit 44 for performing switching control of the first semiconductor switch element and the second semiconductor switch element, and a fly connected to the second semiconductor switch element SW2 in parallel. And a diode D functioning as a wheel diode. In particular, a depletion type semiconductor switching element made of a compound semiconductor such as GaN (gallium nitride) or GaAs (gallium arsenide), which is in a closed state (normally on) when there is no signal, is used as the second semiconductor switching element. . This is a common configuration in the charge transfer circuit CONV of the present invention.

また、電荷移送回路CONVaの正極側の出力端47と正極出力端子48aとの間には、太陽電池本体SCからの電気エネルギーを蓄積もしくは放出するコイルL1が直列に接続されている。尚、コンデンサCa、Cbは太陽電池本体SC及び正極のモジュール出力端48a、負極出力端子48b間における端子電圧のリップルを低減するための平滑コンデンサである。   In addition, a coil L1 that accumulates or discharges electric energy from the solar cell main body SC is connected in series between the positive-side output terminal 47 and the positive-electrode output terminal 48a of the charge transfer circuit CONVa. Capacitors Ca and Cb are smoothing capacitors for reducing terminal voltage ripples between the solar cell body SC and the positive module output terminal 48a and the negative output terminal 48b.

ここで、照射する光の強さ変化させた場合の太陽電池本体SCに生じる動作電圧と出力電力の関係を図3に示す。尚、図3中の実線A、実線B、実線Cは光の強さをA>B>Cとした時の動作電圧Vopeと出力電力の関係である。ただし、太陽電池本体SCの温度は一定とする。図3より、太陽電池本体SCの温度が一定であれば、最大電力点Pmaxが得られる太陽電池本体SCの最適動作電圧Vopは、照射される光の強さによらず一定であることがわかる。よって、太陽電池本体SCの動作電圧Vopeが最適動作電圧Vopを取るように制御することで、太陽電池本体SCを常時最大電力点Pmaxで動作させることが可能となる。   Here, FIG. 3 shows the relationship between the operating voltage generated in the solar cell main body SC and the output power when the intensity of the irradiated light is changed. Note that solid lines A, B, and C in FIG. 3 indicate the relationship between the operating voltage Vope and the output power when the light intensity is A> B> C. However, the temperature of the solar cell body SC is constant. As can be seen from FIG. 3, when the temperature of the solar cell body SC is constant, the optimum operating voltage Vop of the solar cell body SC that provides the maximum power point Pmax is constant regardless of the intensity of the irradiated light. . Therefore, the solar cell main body SC can always be operated at the maximum power point Pmax by controlling the operating voltage Vope of the solar cell main body SC to take the optimum operating voltage Vop.

次に、電荷移送回路CONVaの動作を説明する。電荷移送回路CONVaの制御部44は発振器55を有しており、この発振器55からの信号に基づいて第1半導体スイッチ素子SW1と第2半導体スイッチ素子SW2とを交互にパルス幅変調(PWM)方式でスイッチング制御し同期整流を行う。尚、スイッチング制御を行う信号は必ずしも制御部44内から得る必要はなく、外部に設けた発振器55から得ても良い。これは後述する各電荷移送回路CONVにおいても同様である。   Next, the operation of the charge transfer circuit CONVa will be described. The control unit 44 of the charge transfer circuit CONVa has an oscillator 55. Based on a signal from the oscillator 55, the first semiconductor switch element SW1 and the second semiconductor switch element SW2 are alternately pulse width modulated (PWM). Switching control and synchronous rectification. The signal for performing the switching control is not necessarily obtained from the control unit 44, and may be obtained from the oscillator 55 provided outside. The same applies to each charge transfer circuit CONV described later.

ここで、第1半導体スイッチ素子SW1が閉じ、第2半導体スイッチ素子SW2が開いている場合、太陽電池本体SCで生じた出力電力は第1半導体スイッチ素子SW1を通ってコイルL1に電気エネルギーとして蓄えられるとともに正極端子48aから負荷側に出力される。太陽電池本体SCで生じた出力電力が負荷側に出力されると太陽電池本体SCの動作電圧Vopeは減少する。反対に、第2半導体スイッチ素子SW2が閉じ、第1半導体スイッチ素子SW1が開いている場合、コイルL1は蓄えられていた電気エネルギーを負荷側に放出する。このとき太陽電池本体SCで生じた電力は負荷側には出力されず、これにより太陽電池本体SCの動作電圧Vopeは増加する。尚、第2半導体スイッチ素子SW2が閉じ、第1半導体スイッチ素子SW1が開いている場合には、直列に接続されている他の太陽電池モジュールPVMaからの出力電力は第2半導体スイッチ素子SW2を通して負荷側に出力される。   Here, when the first semiconductor switch element SW1 is closed and the second semiconductor switch element SW2 is opened, the output power generated in the solar cell body SC is stored as electric energy in the coil L1 through the first semiconductor switch element SW1. And output from the positive terminal 48a to the load side. When the output power generated in the solar cell body SC is output to the load side, the operating voltage Vope of the solar cell body SC decreases. On the other hand, when the second semiconductor switch element SW2 is closed and the first semiconductor switch element SW1 is open, the coil L1 releases the stored electrical energy to the load side. At this time, the electric power generated in the solar cell main body SC is not output to the load side, thereby increasing the operating voltage Vope of the solar cell main body SC. When the second semiconductor switch element SW2 is closed and the first semiconductor switch element SW1 is open, the output power from the other solar cell modules PVMa connected in series is loaded through the second semiconductor switch element SW2. Output to the side.

電圧計46は太陽電池本体SCの動作電圧Vopeを常時モニターし、これを出力情報として制御部44に出力する。前述のように最大電力点Pmaxを取るときの最適動作電圧Vopは光の強さによらず一定であるから、制御部44には太陽電池本体SCの最適動作電圧Vopを予め設定することができる。制御部44は電圧計46からの動作電圧Vopeを受けて、動作電圧Vopeが予め設定された最適動作電圧Vopより高い場合には、第1半導体スイッチ素子SW1が閉となる時間間隔を拡げるようPWM信号のデューティ比を変化させる。このスイッチング制御により、第1半導体スイッチ素子SW1の閉状態の時間間隔が長くなる。第1半導体スイッチ素子SW1の閉状態の時間間隔が長くなれば、太陽電池本体SCで生じた出力電力を負荷側に出力する時間間隔が長くなり、太陽電池本体SCの動作電圧Vopeは減少する。反対に動作電圧Vopeが最適動作電圧Vopより低い場合には、制御部44は第1半導体スイッチ素子SW1が開となる時間間隔を拡げるようスイッチング制御する。第1半導体スイッチ素子SW1の開状態の時間間隔が長くなれば、太陽電池本体SCで生じた出力電力を負荷側に出力する時間間隔が短くなり、太陽電池本体SCの動作電圧Vopeは増加する。   The voltmeter 46 constantly monitors the operating voltage Vope of the solar cell main body SC, and outputs this to the control unit 44 as output information. As described above, since the optimum operating voltage Vop when taking the maximum power point Pmax is constant regardless of the light intensity, the optimum operating voltage Vop of the solar cell body SC can be preset in the control unit 44. . The control unit 44 receives the operation voltage Vope from the voltmeter 46, and when the operation voltage Vope is higher than the preset optimum operation voltage Vop, the PWM is performed so as to widen the time interval at which the first semiconductor switch element SW1 is closed. Change the duty ratio of the signal. By this switching control, the time interval of the closed state of the first semiconductor switch element SW1 becomes longer. If the time interval of the closed state of the first semiconductor switch element SW1 becomes longer, the time interval for outputting the output power generated in the solar cell main body SC to the load side becomes longer, and the operating voltage Vope of the solar cell main body SC decreases. On the other hand, when the operating voltage Vope is lower than the optimum operating voltage Vop, the control unit 44 performs switching control so as to widen the time interval at which the first semiconductor switch element SW1 is opened. If the time interval of the open state of 1st semiconductor switch element SW1 becomes long, the time interval which outputs the output electric power which generate | occur | produced in the solar cell main body SC to the load side will become short, and the operating voltage Vope of the solar cell main body SC will increase.

この制御部44の制御により、太陽電池本体SCの動作電圧Vopeは常に最適動作電圧Vopをとるように追従制御される。前述のように動作電圧Vopeが最適動作電圧Vopを取っていれば、太陽電池本体SCは最大電力点Pmaxで動作することとなり、よって太陽電池モジュールPVMaは常にその日照条件下における最大の電力を出力することができる。   Under the control of the control unit 44, the operation voltage Vope of the solar cell main body SC is controlled so as to always take the optimum operation voltage Vop. As described above, if the operating voltage Vope is the optimum operating voltage Vop, the solar cell body SC operates at the maximum power point Pmax. Therefore, the solar cell module PVMa always outputs the maximum power under the sunshine conditions. can do.

次に、本発明に係る太陽電池モジュールPVMの第2の実施の形態を図4に示す。第2の実施の形態の太陽電池モジュールPVMbの電荷移送回路CONVbは、第1の実施の形態の電荷移送回路CONVaの電圧計46に替えて、太陽電池本体SCの正極端子41aと第1半導体スイッチ素子SW1と間に直列接続された検出手段としての電流計52を有している。   Next, a second embodiment of the solar cell module PVM according to the present invention is shown in FIG. The charge transfer circuit CONVb of the solar cell module PVMb of the second embodiment replaces the voltmeter 46 of the charge transfer circuit CONVa of the first embodiment, and the positive terminal 41a of the solar cell body SC and the first semiconductor switch It has an ammeter 52 as detection means connected in series with the element SW1.

ここで、図20の太陽電池の出力特性(出力電流I−出力電圧V曲線)を参照する。図20より、太陽電池本体SCの最大電力点Pmaxが得られるような太陽電池本体SCの最適動作電流Iopは、太陽電池本体SCの短絡電流Isc(動作電圧Vope=0Vのときの太陽電池本体SCの電流値)から一定の比率だけ低下した値となることが知られている。即ち、仮に一定の比率が90%である場合、最適動作電流Iopは Isc×0.9 となる。尚、図20の出力特性は太陽光の照射条件等により変化するものであるが、この最適動作電流Iopと短絡電流Iscの関係は出力特性が変化しても常に成立する。よって、短絡電流Iscが判明すれば最適動作電流Iopは求められ、太陽電池本体SCの動作電流Iopeが最適動作電流Iopを取るように制御することで、太陽電池本体SCを常時最大電力点Pmaxで動作させることが可能となる。   Here, reference is made to the output characteristics (output current I-output voltage V curve) of the solar cell of FIG. From FIG. 20, the optimum operating current Iop of the solar cell body SC at which the maximum power point Pmax of the solar cell body SC is obtained is the short-circuit current Isc of the solar cell body SC (the solar cell body SC when the operating voltage Vope = 0V). It is known that the current value is reduced by a certain ratio. That is, if the fixed ratio is 90%, the optimum operating current Iop is Isc × 0.9. Note that the output characteristics in FIG. 20 change depending on the sunlight irradiation conditions and the like, but the relationship between the optimum operating current Iop and the short-circuit current Isc always holds even if the output characteristics change. Therefore, if the short-circuit current Isc is found, the optimum operating current Iop is obtained, and the solar cell body SC is always kept at the maximum power point Pmax by controlling so that the operating current Iope of the solar cell body SC takes the optimum operating current Iop. It becomes possible to operate.

次に、電荷移送回路CONVbの動作を説明する。電荷移送回路CONVbの制御部44も電荷移送回路CONVaと同様、発振器55からの信号に基づいて第1半導体スイッチ素子SW1と第2半導体スイッチ素子SW2とをスイッチング制御する。電流計52は太陽電池本体SCの動作電流Iopeを常時モニターし、これを出力情報として制御部44に出力する。制御部44には予め太陽電池本体SCの短絡電流Iscから求められた太陽電池本体SCの最適動作電流Iopが設定されており、制御部44は電流計52からの動作電流Iopeが最適動作電流Iopより低い場合には、第1半導体スイッチ素子SW1が閉となる時間間隔を拡げるようスイッチング制御する。スイッチ素子SW1の閉状態の時間間隔が長くなれば、太陽電池本体SCで生じた出力電力を負荷側に出力する時間間隔が長くなり、太陽電池本体SCの動作電流Iopeは短絡電流Isc方向に増加する。   Next, the operation of the charge transfer circuit CONVb will be described. Similarly to the charge transfer circuit CONVa, the control unit 44 of the charge transfer circuit CONVb performs switching control of the first semiconductor switch element SW1 and the second semiconductor switch element SW2 based on a signal from the oscillator 55. The ammeter 52 constantly monitors the operating current Iope of the solar cell main body SC, and outputs this to the control unit 44 as output information. The optimal operating current Iop of the solar cell main body SC obtained from the short-circuit current Isc of the solar cell main body SC is set in advance in the control unit 44, and the control unit 44 determines that the operating current Iope from the ammeter 52 is the optimal operating current Iop. If it is lower, switching control is performed so as to widen the time interval at which the first semiconductor switch element SW1 is closed. If the time interval of the closed state of the switch element SW1 becomes longer, the time interval for outputting the output power generated in the solar cell main body SC to the load side becomes longer, and the operating current Iope of the solar cell main body SC increases in the short-circuit current Isc direction. To do.

反対に動作電流Iopeが最適動作電流Iopより高い場合には、制御部44は第1半導体スイッチ素子SW1が開となる時間間隔を拡げるようスイッチング制御する。第1半導体スイッチ素子SW1の開状態の時間間隔が長くなれば、太陽電池本体SCで生じた出力電力を負荷側に出力する時間間隔が短くなり、これにより太陽電池本体SCの動作電流Iopeは減少する。   On the other hand, when the operating current Iope is higher than the optimal operating current Iop, the control unit 44 performs switching control so as to widen the time interval at which the first semiconductor switch element SW1 is opened. If the time interval of the open state of the first semiconductor switch element SW1 is lengthened, the time interval for outputting the output power generated in the solar cell body SC to the load side is shortened, thereby reducing the operating current Iope of the solar cell body SC. To do.

この制御部44の制御により、太陽電池本体SCの動作電流Iopeは常に最適動作電流Iopをとるように追従制御される。前述のように動作電流Iopeが最適動作電流Iopを取っていれば、太陽電池本体SCは最大電力点Pmaxで動作することとなり、よって太陽電池モジュールPVMbは常にその日照条件下における最大の電力を出力することができる。   By the control of the control unit 44, the operation current Iope of the solar cell main body SC is follow-up controlled so as to always take the optimum operation current Iop. If the operating current Iope is the optimum operating current Iop as described above, the solar cell main body SC operates at the maximum power point Pmax, and therefore the solar cell module PVMb always outputs the maximum power under the sunshine conditions. can do.

次に、本発明に係る太陽光発電装置40における太陽電池モジュールPVMの第3の実施の形態を図5に示す。第3の実施の形態の太陽電池モジュールPVMcの電荷移送回路CONVcは、検出手段として電圧計46と電流計52とを有している。   Next, 3rd Embodiment of the solar cell module PVM in the solar power generation device 40 which concerns on this invention is shown in FIG. The charge transfer circuit CONVc of the solar cell module PVMc of the third embodiment has a voltmeter 46 and an ammeter 52 as detection means.

次に、電荷移送回路CONVcの動作を説明する。電荷移送回路CONVcの制御部44も電荷移送回路CONVaと同様、発振器55からの信号に基づいて第1半導体スイッチ素子SW1と第2半導体スイッチ素子SW2とをスイッチング制御する。そして、太陽電池本体SCの動作電流Iopeは電流計52が常時モニターし、また太陽電池本体SCの動作電圧Vopeは電圧計46が常時モニターし、それぞれ制御部44に出力する。制御部44は電流計52から得られる動作電流Iopeと電圧計46から得られる動作電圧Vopeとから太陽電池本体SCの出力電力を求め、この出力電力が最大電力点Pmaxを追従するようにスイッチング制御を行う。これにより太陽電池本体SCは常に最大電力点Pmaxで動作することとなり、よって太陽電池モジュールPVMcは常にその日照条件下における最大の電力を出力することができる。   Next, the operation of the charge transfer circuit CONVc will be described. Similarly to the charge transfer circuit CONVa, the control unit 44 of the charge transfer circuit CONVc performs switching control of the first semiconductor switch element SW1 and the second semiconductor switch element SW2 based on a signal from the oscillator 55. The operating current Iope of the solar cell main body SC is constantly monitored by the ammeter 52, and the operating voltage Vope of the solar cell main body SC is constantly monitored by the voltmeter 46 and is output to the control unit 44, respectively. The control unit 44 obtains the output power of the solar cell main body SC from the operating current Iope obtained from the ammeter 52 and the operating voltage Vope obtained from the voltmeter 46, and performs switching control so that this output power follows the maximum power point Pmax. I do. Thus, the solar cell main body SC always operates at the maximum power point Pmax, and thus the solar cell module PVMc can always output the maximum power under the sunshine conditions.

また、本発明に係る太陽光発電装置40における太陽電池モジュールPVMは、図6に示す電池モジュールPVMdの電荷移送回路CONVdのように、電荷移送回路CONVaの構成に加え温度感知素子54を備えていても良い。   Further, the solar cell module PVM in the photovoltaic power generation apparatus 40 according to the present invention includes a temperature sensing element 54 in addition to the configuration of the charge transfer circuit CONVa, like the charge transfer circuit CONVd of the battery module PVMd shown in FIG. Also good.

ここで、温度を変化させた場合の太陽電池本体SCに生じる動作電圧と出力電力の関係を図7に示す。尚、図7中の実線D、実線E、実線Fは、それぞれ太陽電池本体SCの温度をD<E<Fとした時の動作電圧Vopeと出力電力の関係である。図7より、最大電力点Pmaxが得られる太陽電池本体SCの最適動作電圧Vopは、太陽電池本体SCの温度により増減し、温度が低い実線Dのときには高い値(最適動作電圧Vop(D))を、反対に温度が高い実線Fのときには低い値(最適動作電圧Vop(F))を、両者の間の温度である実線Eのときには両電圧の間の最適動作電圧Vop(E)をとることがわかる。この太陽電池本体SCの温度と最適動作電圧Vopとは比例関係にあることが判明しており、よって太陽電池本体SCの温度がわかればその温度における最適動作電圧Vopを求めることが出来る。   Here, FIG. 7 shows the relationship between the operating voltage and the output power generated in the solar cell main body SC when the temperature is changed. In addition, the solid line D, the solid line E, and the solid line F in FIG. 7 are the relationship between the operating voltage Vope and the output power when the temperature of the solar cell body SC is D <E <F, respectively. From FIG. 7, the optimum operating voltage Vop of the solar cell main body SC at which the maximum power point Pmax is obtained increases or decreases depending on the temperature of the solar cell main body SC, and is high when the temperature is a low solid line D (optimum operating voltage Vop (D)). On the contrary, when the solid line F has a high temperature, a low value (optimum operating voltage Vop (F)) is taken. When the solid line E is the temperature between the two, the optimum operating voltage Vop (E) between the two voltages is taken. I understand. It has been found that the temperature of the solar cell body SC and the optimum operating voltage Vop are in a proportional relationship. Therefore, if the temperature of the solar cell body SC is known, the optimum operating voltage Vop at that temperature can be obtained.

次に、電荷移送回路CONVdの動作を説明する。ただし、電荷移送回路CONVdの動作は電荷移送回路CONVaとほぼ同等であるので、重複する部分の説明は省略する。先ず、温度感知素子54が太陽電池本体SCの周囲の温度を計測し、これを太陽電池本体SCの温度として制御部44に出力する。制御部44は温度検知素子54から得られる温度から当該温度における太陽電池本体SCの最適動作電圧Vopを求める。そして、求められた最適動作電圧Vopと電圧計46から得られる動作電圧Vopeとに基づき、電荷移送回路CONVaと同様のスイッチング制御を行う。これにより、太陽電池本体SCはいかなる温度の場合でも最大電力点Pmaxで動作することとなり、よって太陽電池モジュールPVMdは常にその日照条件下における最大の電力を出力することができる。   Next, the operation of the charge transfer circuit CONVd will be described. However, since the operation of the charge transfer circuit CONVd is almost the same as that of the charge transfer circuit CONVa, the description of the overlapping parts is omitted. First, the temperature sensing element 54 measures the temperature around the solar cell body SC and outputs this to the control unit 44 as the temperature of the solar cell body SC. The controller 44 obtains the optimum operating voltage Vop of the solar cell body SC at the temperature from the temperature obtained from the temperature detecting element 54. Then, based on the determined optimum operating voltage Vop and the operating voltage Vope obtained from the voltmeter 46, switching control similar to that of the charge transfer circuit CONVa is performed. As a result, the solar cell body SC operates at the maximum power point Pmax at any temperature, so that the solar cell module PVMd can always output the maximum power under the sunshine conditions.

また、図8に示す電池モジュールPVMeの電荷移送回路CONVeのように電荷移送回路CONVbの構成に温度感知素子54を加えても良い。この電池モジュールPVMeの電荷移送回路CONVeでは、制御部44が温度感知素子54から得られる太陽電池本体SCの温度に基づいて最適動作電流Iopの補正を行い、この補正された最適動作電流Iopに基づいて電荷移送回路CONVbと同様のスイッチング制御を行う。これにより、太陽電池本体SCはいかなる温度の場合でも最大電力点Pmaxで動作することとなり、よって太陽電池モジュールPVMdは常にその日照条件下における最大の電力を出力することができる。   Further, a temperature sensing element 54 may be added to the configuration of the charge transfer circuit CONVb like the charge transfer circuit CONVe of the battery module PVMe shown in FIG. In the charge transfer circuit CONVe of the battery module PVMe, the controller 44 corrects the optimum operating current Iop based on the temperature of the solar cell body SC obtained from the temperature sensing element 54, and based on the corrected optimum operating current Iop. Then, switching control similar to that of the charge transfer circuit CONVb is performed. As a result, the solar cell body SC operates at the maximum power point Pmax at any temperature, so that the solar cell module PVMd can always output the maximum power under the sunshine conditions.

尚、温度検知素子54としては種々の温度検知素子を用いることができ、中でも特にサーミスタもしくはダイオードを用いること好ましい。また、本例においては温度検知素子54が太陽電池本体SCの周囲の温度を測定する例を用いたが、太陽電池本体SC自体の温度を測定する構成とすれば、電荷移送回路CONVd、CONVeの追従制御の精度は更に向上する。   Various temperature detecting elements can be used as the temperature detecting element 54, and it is particularly preferable to use a thermistor or a diode. In this example, the temperature detecting element 54 measures the temperature around the solar cell body SC. However, if the temperature of the solar cell body SC itself is measured, the charge transfer circuits CONVd and CONVe The accuracy of the follow-up control is further improved.

また、本発明の電荷移送回路は図9に示す太陽電池モジュールPVMfの電荷移送回路CONVfのように、半導体スイッチ素子を3つ備えた昇圧型コンバータに適用しても良い。この電荷移送回路CONVfは、第1半導体スイッチ素子SW1の太陽電池本体SC側に、第2半導体スイッチ素子SW2と並列に接続される第3半導体スイッチ素子SW3を備えている。また、コイルL1は太陽電池本体SCと第3半導体スイッチ素子SW3の接続端との間に第1半導体スイッチ素子SW1と直列に接続される。そして、第3半導体スイッチ素子SW3は第2半導体スイッチ素子SW2と同相でスイッチング制御される。   Further, the charge transfer circuit of the present invention may be applied to a step-up converter including three semiconductor switch elements, like the charge transfer circuit CONVf of the solar cell module PVMf shown in FIG. The charge transfer circuit CONVf includes a third semiconductor switch element SW3 connected in parallel with the second semiconductor switch element SW2 on the solar cell body SC side of the first semiconductor switch element SW1. The coil L1 is connected in series with the first semiconductor switch element SW1 between the solar cell body SC and the connection end of the third semiconductor switch element SW3. The third semiconductor switch element SW3 is subjected to switching control in the same phase as the second semiconductor switch element SW2.

電荷移送回路CONVfでは、第1半導体スイッチ素子SW1が開き、第2半導体スイッチ素子SW2及び第3半導体スイッチ素子SW3が閉じている場合、太陽電池本体SCで生じた出力電力はコイルL1に電気エネルギーとして蓄えられる。このとき、他の太陽電池モジュールPVMfからの出力電力は第2半導体スイッチ素子SW2を通して負荷側に出力される。また、第1半導体スイッチ素子SW1が閉じ、第2半導体スイッチ素子SW2及び第3半導体スイッチ素子SW3が開いている場合、電荷移送回路CONVfはコイルL1に蓄えられていた電気エネルギー及び太陽電池本体SCで生じた出力電力を負荷側に放出する。   In the charge transfer circuit CONVf, when the first semiconductor switch element SW1 is opened and the second semiconductor switch element SW2 and the third semiconductor switch element SW3 are closed, the output power generated in the solar cell body SC is supplied as electric energy to the coil L1. Stored. At this time, output power from the other solar cell module PVMf is output to the load side through the second semiconductor switch element SW2. In addition, when the first semiconductor switch element SW1 is closed and the second semiconductor switch element SW2 and the third semiconductor switch element SW3 are open, the charge transfer circuit CONVf uses the electric energy stored in the coil L1 and the solar cell body SC. The generated output power is discharged to the load side.

上記の電荷移送回路CONVfのスイッチング制御は、前述の電荷移送回路CONVa〜電荷移送回路CONVeと同様に検出手段の出力情報に基づいて、太陽電池本体SCが最大電力点Pmaxで動作するよう行われる。これにより、太陽電池本体SCは最大電力点Pmaxで動作するよう追従制御され、太陽電池モジュールPVMfは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。   The switching control of the charge transfer circuit CONVf is performed so that the solar cell main body SC operates at the maximum power point Pmax based on the output information of the detection means, similarly to the charge transfer circuit CONVa to the charge transfer circuit CONVe. Thus, the solar cell body SC is controlled to follow at the maximum power point Pmax, and the solar cell module PVMf always outputs the maximum power under the sunshine condition.

尚、図9(a)は検出手段として電圧計46を用いた例である。また、図9(b)は検出手段として電流計52を用いた例である。さらに、電荷移送回路CONVfは、電荷移送回路CONVcのように、検出手段として電圧計46と電流計52とを有していても良い。また、電荷移送回路CONVd、電荷移送回路CONVeのように温度感知素子54を備えていても良い。   FIG. 9A shows an example in which a voltmeter 46 is used as detection means. FIG. 9B shows an example in which an ammeter 52 is used as detection means. Furthermore, the charge transfer circuit CONVf may include a voltmeter 46 and an ammeter 52 as detection means, like the charge transfer circuit CONVc. Further, a temperature sensing element 54 may be provided as in the charge transfer circuit CONVd and the charge transfer circuit CONVe.

また、本発明の電荷移送回路は図10に示す太陽電池モジュールPVMgの電荷移送回路CONVgのように、半導体スイッチ素子を3つ備えた反転型コンバータに適用しても良い。この電荷移送回路CONVgは、第1半導体スイッチ素子SW1の太陽電池本体SC側に直列接続された第3半導体スイッチ素子SW3を備えている。また、コイルL1は第1半導体スイッチ素子SW1と第3半導体スイッチ素子SW3の間に太陽電池本体SCと並列に接続される。そして、第3半導体スイッチ素子SW3は第2半導体スイッチ素子SW2と同相でスイッチング制御される。   Further, the charge transfer circuit of the present invention may be applied to an inverting converter provided with three semiconductor switch elements, like the charge transfer circuit CONVg of the solar cell module PMGg shown in FIG. The charge transfer circuit CONVg includes a third semiconductor switch element SW3 connected in series on the solar cell body SC side of the first semiconductor switch element SW1. The coil L1 is connected in parallel with the solar cell body SC between the first semiconductor switch element SW1 and the third semiconductor switch element SW3. The third semiconductor switch element SW3 is subjected to switching control in the same phase as the second semiconductor switch element SW2.

電荷移送回路CONVgも電荷移送回路CONVfと同様に、第1半導体スイッチ素子SW1が開き、第2半導体スイッチ素子SW2及び第3半導体スイッチ素子SW3が閉じている場合、太陽電池本体SCで生じた出力電力はコイルL1に電気エネルギーとして蓄えられる。このとき、他の太陽電池モジュールPVMfからの出力電力は第2半導体スイッチ素子SW2を通して負荷側に出力される。ただし、出力の方向は電荷移送回路CONVa〜電荷移送回路CONVgとは異なり、モジュール出力端48aが負極となりモジュール出力端48bが正極となる。よって、出力はモジュール出力端48aからモジュール出力端48bへと流下する。また、第1半導体スイッチ素子SW1が閉じ、第2半導体スイッチ素子SW2及び第3半導体スイッチ素子SW3が開いている場合、電荷移送回路CONVfはコイルL1に蓄えられていた電気エネルギーを負荷側に放出する。   Similarly to the charge transfer circuit CONVf, when the first semiconductor switch element SW1 is opened and the second semiconductor switch element SW2 and the third semiconductor switch element SW3 are closed, the charge transfer circuit CONVg generates output power generated in the solar cell body SC. Is stored as electrical energy in the coil L1. At this time, output power from the other solar cell module PVMf is output to the load side through the second semiconductor switch element SW2. However, the output direction is different from the charge transfer circuit CONVa to the charge transfer circuit CONVg, and the module output end 48a is a negative electrode and the module output end 48b is a positive electrode. Therefore, the output flows down from the module output end 48a to the module output end 48b. When the first semiconductor switch element SW1 is closed and the second semiconductor switch element SW2 and the third semiconductor switch element SW3 are open, the charge transfer circuit CONVf releases the electric energy stored in the coil L1 to the load side. .

上記の電荷移送回路CONVgのスイッチング制御は、前述の電荷移送回路CONVa〜電荷移送回路CONVfと同様に検出手段の出力情報に基づいて、太陽電池本体SCが最大電力点Pmaxで動作するよう行われる。これにより、太陽電池本体SCは最大電力点Pmaxで動作するよう追従制御され、太陽電池モジュールPVMgは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。   The switching control of the charge transfer circuit CONVg is performed so that the solar cell main body SC operates at the maximum power point Pmax based on the output information of the detection means, similarly to the charge transfer circuits CONVa to CONVf described above. Thereby, the solar cell main body SC is controlled to follow at the maximum power point Pmax, and the solar cell module PMGg always outputs the maximum power under the sunshine conditions.

尚、図10(a)は検出手段として電圧計46を用いた例である。また、図10(b)は検出手段として電流計52を用いた例である。さらに、電荷移送回路CONVgは、電荷移送回路CONVcのように、検出手段として電圧計46と電流計52とを有していても良い。また、電荷移送回路CONVd、電荷移送回路CONVeのように温度感知素子54を備えていても良い。   FIG. 10A shows an example in which a voltmeter 46 is used as detection means. FIG. 10B shows an example in which an ammeter 52 is used as detection means. Furthermore, the charge transfer circuit CONVg may include a voltmeter 46 and an ammeter 52 as detection means, like the charge transfer circuit CONVc. Further, a temperature sensing element 54 may be provided as in the charge transfer circuit CONVd and the charge transfer circuit CONVe.

また、本発明の電荷移送回路は図11に示す太陽電池モジュールPVMhの電荷移送回路CONVhのように、ブリッジコンバータに適用しても良い。この電荷移送回路CONVhは、太陽電池本体SCと直列接続されたコイルL1の両端に半導体スイッチ素子SW(a)と半導体スイッチ素子SW(c)とがそれぞれ直列に接続されている。また、コイルL1の両端に半導体スイッチ素子SW(b)と半導体スイッチ素子SW(d)とがそれぞれ太陽電池本体SCと並列に接続されている。   Further, the charge transfer circuit of the present invention may be applied to a bridge converter like the charge transfer circuit CONVh of the solar cell module PVMh shown in FIG. In the charge transfer circuit CONVh, a semiconductor switch element SW (a) and a semiconductor switch element SW (c) are respectively connected in series at both ends of a coil L1 connected in series with the solar cell body SC. Further, the semiconductor switch element SW (b) and the semiconductor switch element SW (d) are respectively connected in parallel with the solar cell body SC at both ends of the coil L1.

そして降圧動作時には半導体スイッチ素子SW(c)が常時閉状態となり、半導体スイッチ素子SW(d)が常時開状態となる。また、半導体スイッチ素子SW(a)は第2半導体スイッチ素子SW2と同相にスイッチング制御され、半導体スイッチ素子SW(b)は第2半導体スイッチ素子SW2と逆相にスイッチング制御される。よって、荷移送回路CONVhの降圧動作時には、太陽電池本体SCと直列に接続する半導体スイッチ素子SW(a)が第1半導体スイッチ素子SW1に相当する。   During the step-down operation, the semiconductor switch element SW (c) is normally closed, and the semiconductor switch element SW (d) is normally open. Further, the semiconductor switch element SW (a) is controlled to be switched in phase with the second semiconductor switch element SW2, and the semiconductor switch element SW (b) is controlled to switch in phase opposite to the second semiconductor switch element SW2. Therefore, during the step-down operation of the load transfer circuit CONVh, the semiconductor switch element SW (a) connected in series with the solar cell body SC corresponds to the first semiconductor switch element SW1.

電荷移送回路CONVhの降圧動作時では、半導体スイッチ素子SW(b)(第3半導体スイッチ素子SW3)が開き、半導体スイッチ素子SW(a)(第1半導体スイッチ素子SW1)及び第2半導体スイッチ素子SW2が閉じている場合、太陽電池本体SCで生じた出力電力はコイルL1に電気エネルギーとして蓄えられるとともに負荷側に出力される。また、半導体スイッチ素子SW(b)(第3半導体スイッチ素子SW3)が閉じ、半導体スイッチ素子SW(a)(第1半導体スイッチ素子SW1)及び第2半導体スイッチ素子SW2が開いている場合、電荷移送回路CONVhはコイルL1に蓄えられていた電気エネルギーを負荷側に放出する。   During the step-down operation of the charge transfer circuit CONVh, the semiconductor switch element SW (b) (third semiconductor switch element SW3) is opened, and the semiconductor switch element SW (a) (first semiconductor switch element SW1) and second semiconductor switch element SW2 are opened. Is closed, the output power generated in the solar cell main body SC is stored in the coil L1 as electric energy and is output to the load side. Further, when the semiconductor switch element SW (b) (third semiconductor switch element SW3) is closed and the semiconductor switch element SW (a) (first semiconductor switch element SW1) and the second semiconductor switch element SW2 are opened, charge transfer is performed. The circuit CONVh releases the electric energy stored in the coil L1 to the load side.

また、電荷移送回路CONVhの昇圧動作時には半導体スイッチ素子SW(a)が常時閉状態となり、半導体スイッチ素子SW(b)が常時開状態となる。また、半導体スイッチ素子SW(d)は第2半導体スイッチ素子SW2と同相にスイッチング制御され、半導体スイッチ素子SW(c)は第2半導体スイッチ素子SW2と逆相にスイッチング制御される。よって、荷移送回路CONVhの昇圧動作時には、太陽電池本体SCと直列に接続する半導体スイッチ素子SW(c)が第1半導体スイッチ素子SW1に相当する。   Further, during the boosting operation of the charge transfer circuit CONVh, the semiconductor switch element SW (a) is normally closed and the semiconductor switch element SW (b) is normally open. Further, the semiconductor switch element SW (d) is controlled to be switched in phase with the second semiconductor switch element SW2, and the semiconductor switch element SW (c) is controlled to switch in phase opposite to the second semiconductor switch element SW2. Therefore, during the boosting operation of the load transfer circuit CONVh, the semiconductor switch element SW (c) connected in series with the solar cell body SC corresponds to the first semiconductor switch element SW1.

電荷移送回路CONVhの昇圧動作時では、半導体スイッチ素子SW(c)(第1半導体スイッチ素子SW1)が開き、第2半導体スイッチ素子SW2及び半導体スイッチ素子SW(d)(第3半導体スイッチ素子SW3)が閉じている場合、太陽電池本体SCで生じた出力電力はコイルL1に電気エネルギーとして蓄えられる。このとき、他の太陽電池モジュールPVMhからの出力電力は第2半導体スイッチ素子SW2を通して負荷側に出力される。また、半導体スイッチ素子SW(c)(第1半導体スイッチ素子SW1)が閉じ、第2半導体スイッチ素子SW2及び半導体スイッチ素子SW(d)(第3半導体スイッチ素子SW3)が開いている場合、電荷移送回路CONVhはコイルL1に蓄えられていた電気エネルギー及び太陽電池本体SCで生じた出力電力を負荷側に放出する。   During the boosting operation of the charge transfer circuit CONVh, the semiconductor switch element SW (c) (first semiconductor switch element SW1) is opened, and the second semiconductor switch element SW2 and semiconductor switch element SW (d) (third semiconductor switch element SW3). Is closed, the output power generated in the solar cell main body SC is stored as electric energy in the coil L1. At this time, output power from the other solar cell module PVMh is output to the load side through the second semiconductor switch element SW2. Further, when the semiconductor switch element SW (c) (first semiconductor switch element SW1) is closed and the second semiconductor switch element SW2 and semiconductor switch element SW (d) (third semiconductor switch element SW3) are opened, charge transfer is performed. The circuit CONVh releases the electrical energy stored in the coil L1 and the output power generated in the solar cell body SC to the load side.

上記の電荷移送回路CONVhのスイッチング制御は、前述の電荷移送回路CONVa〜電荷移送回路CONVeと同様に検出手段の出力情報に基づいて、太陽電池本体SCが最大電力点Pmaxで動作するよう行われる。これにより、太陽電池本体SCは最大電力点Pmaxで動作するよう追従制御され、太陽電池モジュールPVMhは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。   The switching control of the charge transfer circuit CONVh is performed so that the solar cell main body SC operates at the maximum power point Pmax based on the output information of the detection means, similarly to the charge transfer circuits CONVa to CONVe described above. Thus, the solar cell body SC is controlled to follow at the maximum power point Pmax, and the solar cell module PVMh always outputs the maximum power under the sunshine condition.

尚、図11(a)は検出手段として電圧計46を用いた例である。また、図11(b)は検出手段として電流計52を用いた例である。さらに、電荷移送回路CONVhは、電荷移送回路CONVcのように、検出手段として電圧計46と電流計52とを有していても良い。また、電荷移送回路CONVd、電荷移送回路CONVeのように温度感知素子54を備えていても良い。   FIG. 11A shows an example in which a voltmeter 46 is used as detection means. FIG. 11B shows an example in which an ammeter 52 is used as detection means. Furthermore, the charge transfer circuit CONVh may include a voltmeter 46 and an ammeter 52 as detection means, like the charge transfer circuit CONVc. Further, a temperature sensing element 54 may be provided as in the charge transfer circuit CONVd and the charge transfer circuit CONVe.

このように、太陽光発電装置40の太陽電池本体SCは、当該太陽電池本体SC毎に設けられた電荷移送回路CONVにより最大電力点Pmaxをとるように個別に追従制御される。このため、常にその日照条件下における最大の電力を出力することができる。その結果、複数の太陽電池モジュールPVMで構成される太陽光発電装置40も常に最大の電力を負荷側に出力することが出来る。   Thus, the solar cell main body SC of the solar power generation device 40 is individually controlled to follow the maximum power point Pmax by the charge transfer circuit CONV provided for each solar cell main body SC. For this reason, it is possible to always output the maximum power under the sunshine conditions. As a result, the solar power generation device 40 constituted by a plurality of solar cell modules PVM can always output the maximum power to the load side.

また、太陽光発電装置40の電荷移送回路CONVは、電荷移送回路CONVの出力端47間を開閉する第2半導体スイッチ素子SW2を有している。よって、第2半導体スイッチ素子SW2が閉状態の場合、他の太陽電池モジュールPVMから出力された電力はダイオードDではなく第2半導体スイッチ素子SW2を通して流下する。一般的に(閉状態の)半導体スイッチ素子はダイオードDよりも電力損失が極めて低い。このため、太陽光発電装置40は第1半導体スイッチ素子SW1が開状態の時の各太陽電池モジュールPVMの電力損失を最低限に抑えることができる。特に、日照不足等で各太陽電池モジュールPVMの第1半導体スイッチ素子SW1が比較的長くの開状態をとる場合、この効果は顕著となる。   In addition, the charge transfer circuit CONV of the solar power generation device 40 includes a second semiconductor switch element SW2 that opens and closes between the output ends 47 of the charge transfer circuit CONV. Therefore, when the second semiconductor switch element SW2 is in the closed state, the power output from the other solar cell modules PVM flows down through the second semiconductor switch element SW2 instead of the diode D. In general, the semiconductor switch element (in a closed state) has much lower power loss than the diode D. For this reason, the solar power generation device 40 can suppress the power loss of each solar cell module PVM when the first semiconductor switch element SW1 is in the open state. In particular, when the first semiconductor switch element SW1 of each solar cell module PVM is in a relatively long open state due to lack of sunlight, this effect becomes significant.

また、例えば第2半導体スイッチ素子SW2が存在せず、太陽電池本体SCを構成する太陽電池素子が一つで、この太陽電池素子の起電力がダイオードDの順方向電圧と同等もしくはそれより小さい場合、起電力よりも損失が大きくなり回路自体が動作しない可能性がある。しかしながら、本願発明の電荷移送回路CONVは、閉状態時に電荷移送回路CONVの出力端47間を低損失で短絡する第2半導体スイッチ素子SW2が存在する。このため、太陽電池本体SCを構成する太陽電池素子が一つの場合でも問題なく動作させることができる。   Further, for example, when the second semiconductor switch element SW2 does not exist and there is one solar cell element constituting the solar cell body SC, and the electromotive force of this solar cell element is equal to or smaller than the forward voltage of the diode D There is a possibility that the loss is larger than the electromotive force and the circuit itself does not operate. However, the charge transfer circuit CONV of the present invention includes the second semiconductor switch element SW2 that short-circuits between the output terminals 47 of the charge transfer circuit CONV with a low loss in the closed state. For this reason, even if the number of solar cell elements constituting the solar cell body SC is one, it can be operated without any problem.

さらに、本発明の電荷移送回路CONVに使用される第2半導体スイッチ素子SW2には、無信号時に閉状態となるノーマリーオン型の半導体スイッチ素子が用いられる。このため、太陽光発電装置40の一部の電荷移送回路CONVが何らかの原因により動作停止した場合でも、電荷移送回路CONVの第2半導体スイッチ素子SW2は閉状態のまま維持される。従って、前述と同様、動作停止していない正常な太陽電池モジュールPVMから出力された電力は、ダイオードDではなく第2半導体スイッチ素子SW2を通して流下する。よって、本発明に係る太陽光発電装置40は一部の太陽電池モジュールPVMが動作停止した状態でも、この動作停止中の太陽電池モジュールPVMを通過する際の電力損失を最低限に抑えることができる。   Furthermore, a normally-on semiconductor switch element that is closed when there is no signal is used as the second semiconductor switch element SW2 used in the charge transfer circuit CONV of the present invention. For this reason, even when some of the charge transfer circuits CONV of the photovoltaic power generation apparatus 40 are stopped for some reason, the second semiconductor switch element SW2 of the charge transfer circuit CONV is maintained in the closed state. Accordingly, as described above, the electric power output from the normal solar cell module PVM that has not stopped operating flows down through the second semiconductor switch element SW2 instead of the diode D. Therefore, the solar power generation device 40 according to the present invention can minimize power loss when passing through the solar cell module PVM whose operation is stopped even when some of the solar cell modules PVM are stopped. .

次に、本発明に係る太陽光発電装置の各太陽電池モジュールPVMの接続及びスイッチング制御の信号同期等に関する説明を行う。   Next, description will be made regarding connection of each solar cell module PVM of the photovoltaic power generation apparatus according to the present invention, signal synchronization of switching control, and the like.

図12に示す太陽光発電装置40aは、制御部44のスイッチング制御に用いる信号を太陽電池モジュールPVM毎に独立した周期の発振器55から得る構成である。この太陽光発電装置40aの構成によれば太陽電池モジュールPVM毎にスイッチング制御が行われるため、いずれかの太陽電池モジュールPVMが常に動作していることとなり、太陽光発電装置40aはより安定した電力を負荷側に出力することができる。尚、図12においては、発振器55を電荷移送回路CONVの制御部44に設けた例を示したが、発振器55は外部に設けることも可能である。   The solar power generation device 40a illustrated in FIG. 12 has a configuration in which a signal used for switching control of the control unit 44 is obtained from an oscillator 55 having an independent period for each solar cell module PVM. According to the configuration of the solar power generation device 40a, since switching control is performed for each solar cell module PVM, one of the solar cell modules PVM is always operating, and the solar power generation device 40a has more stable power. Can be output to the load side. Although FIG. 12 shows an example in which the oscillator 55 is provided in the control unit 44 of the charge transfer circuit CONV, the oscillator 55 can also be provided outside.

また、図13に示す太陽光発電装置40bは、制御部44にシンクロ端子59を設けこれをそれぞれ接続することで各太陽電池モジュールPVMのスイッチング制御の周期を同期させる構成である。この太陽光発電装置40bの構成によれば、各太陽電池モジュールPVMは同期された周期の信号を基にスイッチング制御を行うため、個々の太陽電池モジュールPVMのデューティ比が異なっていても、同期された太陽電池モジュールPVMの全ての第1半導体スイッチ素子SW1が同時に閉状態となる区間が必ず存在する。そして、この全ての第1半導体スイッチ素子SW1が同時に閉状態となる区間では、同期された太陽電池モジュールPVM全てが一斉に電力を出力するため、太陽光発電装置40bにおける最大の電力を負荷側に出力することができる。尚、各太陽電池モジュールPVMを同期させる手段としては、1つの発振器と各太陽電池モジュールPVMの制御部44とを接続し、その発振器からの信号に基づき各太陽電池モジュールPVMのスイッチング制御を同期させて行うようにしても良い。   Moreover, the solar power generation device 40b shown in FIG. 13 is the structure which synchronizes the switching control period of each solar cell module PVM by providing the sync terminal 59 in the control part 44, and connecting this. According to the configuration of the solar power generation device 40b, each solar cell module PVM performs switching control based on a signal having a synchronized period. Therefore, even if the duty ratios of the individual solar cell modules PVM are different, they are synchronized. There is always a section where all the first semiconductor switch elements SW1 of the solar cell module PVM are simultaneously closed. In the section where all the first semiconductor switch elements SW1 are simultaneously closed, all the synchronized solar cell modules PVM output power all at once, so that the maximum power in the photovoltaic power generation device 40b is on the load side. Can be output. As a means for synchronizing each solar cell module PVM, one oscillator and a control unit 44 of each solar cell module PVM are connected, and the switching control of each solar cell module PVM is synchronized based on a signal from the oscillator. May be performed.

尚、図12、図13においては、直列接続された太陽電池モジュールPVMが1列の例を用いたが、図1に示すような複数の太陽電池モジュールPVMが直並列された構成においても適用が可能である。   In FIGS. 12 and 13, an example in which the solar cell modules PVM connected in series are arranged in one row is used. However, the present invention can also be applied to a configuration in which a plurality of solar cell modules PVM as shown in FIG. Is possible.

また、図14に示す太陽光発電装置40cは、直列接続された複数の太陽電池モジュールPVMで構成されたストリングPVSを複数並列接続し、各ストリングPVSを構成する太陽電池モジュールPVMの制御部44にシンクロ端子59を設けこれを接続することで、太陽電池モジュールPVMのスイッチング制御の周期をストリングPVS毎に同期させるとともに、各ストリングPVSのスイッチング制御の周期を発振器制御部50により一定間隔の位相差を設けている。   Moreover, the photovoltaic power generation device 40c shown in FIG. 14 connects a plurality of strings PVS composed of a plurality of series-connected solar cell modules PVM in parallel to the control unit 44 of the solar cell module PVM that configures each string PVS. By providing the sync terminal 59 and connecting it, the switching control cycle of the solar cell module PVM is synchronized for each string PVS, and the switching control cycle of each string PVS is set by the oscillator controller 50 at a constant phase difference. Provided.

この太陽光発電装置40cによれば、1つのストリングPVSを構成する太陽電池モジュールPVMのスイッチング制御の信号が同期されているため、ストリングPVS内の太陽電池モジュールPVMの全ての第1半導体スイッチ素子SW1が同時に閉状態となる区間が存在する。そしてこのとき、ストリングPVSは最大の電力を負荷側に出力する。また、各ストリングPVSのスイッチング制御の周期は発振器制御部50により一定間隔の位相差を有している。このため、あるストリングPVSが最大の電力を負荷側に出力した後に出力電力が減少したとしても、順次別のストリングPVSが最大の電力を負荷側に出力することができる。したがって、太陽光発電装置40cは高い電力を安定的に負荷側に出力することができる。   According to this solar power generation device 40c, since the switching control signals of the solar cell modules PVM constituting one string PVS are synchronized, all the first semiconductor switch elements SW1 of the solar cell modules PVM in the string PVS are synchronized. There are sections in which are simultaneously closed. At this time, the string PVS outputs the maximum power to the load side. Further, the switching control cycle of each string PVS has a phase difference of a constant interval by the oscillator controller 50. For this reason, even if one string PVS outputs the maximum power to the load side and the output power decreases, another string PVS can sequentially output the maximum power to the load side. Therefore, the solar power generation device 40c can stably output high power to the load side.

また、図15に示す太陽光発電装置40dは、ストリングPVSを複数並列接続し、スイッチング制御の基にとなる信号周期を太陽電池モジュールPVM毎に独立して行う構成である。この構成によれば、全ての太陽電池モジュールPVMが独立した周期でスイッチング制御されるため、太陽光発電装置40dは極めて安定した電力を負荷側に出力することができる。ただし、太陽光発電装置40dではスイッチング制御のタイミングによって、あるストリングPVSが全く電力を出力しない状態となる可能性がある。このため、各ストリングPVSと太陽光発電装置40dの正極出力端42aとの間に電流の逆流を防止するダイオードD1を接続することが好ましい。   Moreover, the solar power generation device 40d shown in FIG. 15 has a configuration in which a plurality of string PVSs are connected in parallel, and a signal cycle serving as a basis for switching control is performed independently for each solar cell module PVM. According to this configuration, since all the solar cell modules PVM are subjected to switching control at an independent cycle, the solar power generation device 40d can output extremely stable power to the load side. However, in the solar power generation device 40d, there is a possibility that a certain string PVS does not output any power at all depending on the timing of the switching control. For this reason, it is preferable to connect the diode D1 which prevents the backflow of an electric current between each string PVS and the positive electrode output terminal 42a of the solar power generation device 40d.

尚、図14、図15においては、ストリングPVSを3列並列接続した例を示したが、太陽光発電装置の用途、規模等によっては並列接続の数は適宜増減が可能である。   14 and 15 show an example in which three strings PVS are connected in parallel, but the number of parallel connections can be appropriately increased or decreased depending on the use, scale, etc. of the photovoltaic power generation apparatus.

また、太陽光発電装置40a、40b、40c、40dは、図16に示すように、各太陽電池モジュールPVM(PVMa〜PVMe)に設けられているコイルL1を除き、ストリングPVSと太陽光発電装置40a、40b、40c、40dの正極出力端42aとの間にコイルL2を設ける構成としても良い。この構成によれば、各太陽電池モジュールPVMに設けられていたコイルL1の設置分、省スペース化が可能となる。また、コイルL1を太陽電池モジュールPVMの構成から外すことで太陽電池モジュールPVMa〜PVMeを1つのICパッケージ化することが可能となり、更なる省スペース化を図ることができる。尚、図16においてはストリングPVSが1つの例を用いたが、複数のストリングPVSを並列に接続し、各ストリングPVSと太陽光発電装置40a、40b、40c、40dの正極出力端42aとの間にコイルL2を設けても良い。また、太陽光発電装置40a、40b、40c、40dにモータ等の誘導性負荷を接続する場合には、この誘導性負荷をコイルL2としても良い。   Moreover, as shown in FIG. 16, the solar power generation devices 40a, 40b, 40c, and 40d are a string PVS and the solar power generation device 40a except for the coil L1 provided in each solar cell module PVM (PVMa to PVMe). , 40b, 40c, and 40d, the coil L2 may be provided between the positive electrode output end 42a. According to this configuration, it is possible to save space by installing the coil L1 provided in each solar cell module PVM. Further, by removing the coil L1 from the configuration of the solar cell module PVM, the solar cell modules PVMa to PVMe can be made into one IC package, and further space saving can be achieved. In FIG. 16, one string PVS is used as an example, but a plurality of strings PVS are connected in parallel, and between each string PVS and the positive output terminal 42a of the solar power generation devices 40a, 40b, 40c, and 40d. The coil L2 may be provided in the. In addition, when an inductive load such as a motor is connected to the solar power generation devices 40a, 40b, 40c, and 40d, the inductive load may be used as the coil L2.

これら太陽光発電装置40a、40b、40c、40dの構成においても、各太陽電池モジュールPVMの太陽電池本体SCは、前述のように太陽電池モジュールPVM毎に設けられた電荷移送回路CONVのスイッチング制御により、常に最大電力点Pmaxで動作するように追従制御されるため、常にその日照条件下における最大の電力を出力する。その結果、太陽光発電装置40a、40b、40c、40dも常に最大の電力を負荷側に出力することが出来る。   Also in the configuration of these photovoltaic power generation devices 40a, 40b, 40c, and 40d, the solar cell main body SC of each solar cell module PVM is controlled by switching control of the charge transfer circuit CONV provided for each solar cell module PVM as described above. Since the follow-up control is always performed so as to operate at the maximum power point Pmax, the maximum power is always output under the sunshine condition. As a result, the solar power generation devices 40a, 40b, 40c, and 40d can always output the maximum power to the load side.

また、太陽光発電装置40、40a、40b、40c、40dは、太陽電池本体SCそれぞれに電荷移送回路CONVが設けられ、各太陽電池本体SCに対してそれぞれMPPT制御して最大電力点Pmaxを追従して集電する構成なので、従来の太陽電池モジュールに備わるバイパスダイオードDbや逆流防止ダイオードDaがなく、複峰性が原理的に生じない。そのため、それぞれの太陽電池本体SCに対して損失なく真の最大電力を取り出すMTTP制御が行われる。   Moreover, the solar power generation devices 40, 40a, 40b, 40c, and 40d are each provided with a charge transfer circuit CONV in each solar cell body SC, and MPPT control is performed for each solar cell body SC to follow the maximum power point Pmax. Therefore, since there is no bypass diode Db or backflow prevention diode Da provided in the conventional solar cell module, there is no principle of bimodality. Therefore, MTTP control for extracting the true maximum power without loss is performed for each solar cell body SC.

尚、太陽光発電装置40、40a、40b、40c、40dは各太陽電池モジュールPVMの電力を最大限に取り出し出力する構成であるため、これら太陽光発電装置40、40a、40b、40c、40dに負荷28もしくは電力系統27を接続するにあたっては、図17に示すように、太陽光発電装置40、40a、40b、40c、40dと負荷28もしくは電力系統27の間にレギュレータ60やコンバータ61などを設けて所定の電圧値、電流値に変換する必要がある。また、必要に応じて太陽光発電装置40、40a、40b、40c、40dとレギュレータ60、コンバータ61の間に蓄電装置62を設けても良い。   In addition, since the solar power generation devices 40, 40a, 40b, 40c, and 40d are configured to extract and output the power of each solar cell module PVM to the maximum, the solar power generation devices 40, 40a, 40b, 40c, and 40d When connecting the load 28 or the power system 27, as shown in FIG. 17, a regulator 60, a converter 61, etc. are provided between the photovoltaic power generation devices 40, 40a, 40b, 40c, 40d and the load 28 or the power system 27. Therefore, it is necessary to convert to a predetermined voltage value and current value. Further, a power storage device 62 may be provided between the solar power generation devices 40, 40 a, 40 b, 40 c, and 40 d and the regulator 60 and the converter 61 as necessary.

また、本発明に係る太陽光発電装置40、40a、40b、40c、40dは、出力端にレギュレータ、コンバータ等を介することで、取り出した電力を2次電池に充電することも、交流電源に系統連係させることもできる。更に、その適用範囲は屋内用の小規模太陽光発電システムから屋外用の大規模な太陽光発電システムまで及ぶ。   In addition, the photovoltaic power generation devices 40, 40a, 40b, 40c, and 40d according to the present invention can be used to charge the extracted battery to the secondary battery via a regulator, a converter, or the like at the output end. It can also be linked. Furthermore, the range of application ranges from a small-scale photovoltaic power generation system for indoor use to a large-scale photovoltaic power generation system for outdoor use.

40、40a〜40d 太陽光発電装置
44 制御部
46 電圧計(検出手段)
47 出力端
52 電流計(検出手段)
CONV、CONVa〜CONVh 電荷移送回路
SC 太陽電池本体
SW1 第1半導体スイッチ素子
SW2 第2半導体スイッチ素子
Pmax 最大電力点
40, 40a-40d Photovoltaic power generation device
44 Control unit
46 Voltmeter (detection means)
47 Output terminal
52 Ammeter (detection means)
CONV, CONVa to CONVh Charge transfer circuit
SC solar cell body
SW1 First semiconductor switch element
SW2 Second semiconductor switch element
Pmax maximum power point

Claims (2)

複数の太陽電池モジュールのモジュール出力端がそれぞれ直列に接続したストリングを備えた太陽光発電装置において、
前記太陽電池モジュールは、単数もしくは複数の太陽電池素子接続した太陽電池本体と、前記太陽電池本体毎に設けられ前記太陽電池本体に対する出力の最大電力点への追従制御を行う電荷移送回路と、を有し、
前記電荷移送回路は、前記太陽電池本体に直列に接続た第1半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体と並列に接続閉状態時に前記電荷移送回路の出力端間を短絡する第2半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体の出力をモニターする検出手段と、前記検出手段からの出力情報に応じて第1半導体スイッチ素子及び第2半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部と、を備え、
前記電荷移送回路の第2半導体スイッチ素子がノーマリーオン型の半導体スイッチ素子であるとともに、前記電荷移送回路が動作停止した場合に、動作停止した電荷移送回路の第2半導体スイッチ素子は閉状態のまま維持されて、前記ストリング内の動作停止していない他の太陽電池モジュールから出力された電力を前記第2半導体スイッチ素子を通して流下させることを特徴とする太陽光発電装置。
In the solar power generation apparatus provided with a string in which module output ends of a plurality of solar cell modules are connected in series,
The solar cell module includes a solar cell main body to which one or a plurality of solar cell elements are connected, a charge transfer circuit that is provided for each solar cell main body and performs follow-up control to the maximum power point of the output with respect to the solar cell main body, Have
The charge transfer circuit, a second semiconductor switch for short-circuiting the first semiconductor switching element connected in series to the solar cell body, between an output terminal of said charge transfer circuit in the closed state connected in parallel with the solar cell body An element, a detection unit that monitors the output of the solar cell body, and a control unit that performs switching control of the first semiconductor switch element and the second semiconductor switch element according to output information from the detection unit ,
The second semiconductor switch element of the charge transfer circuit is a normally-on type semiconductor switch element, and when the charge transfer circuit stops operating, the second semiconductor switch element of the stopped charge transfer circuit is in a closed state. The photovoltaic power generation apparatus characterized in that the power output from the other solar cell module that is maintained as it is and has not stopped operating is caused to flow through the second semiconductor switch element .
電荷移送回路が、太陽電池本体と直列接続したコイルと、前記コイルの両端にそれぞれ直列に接続した半導体スイッチ素子SW(a)と半導体スイッチ素子SW(c)と、前記コイルの両端にそれぞれ太陽電池本体と並列に接続した半導体スイッチ素子SW(b)と半導体スイッチ素子SW(d)と、を有し、The charge transfer circuit includes a coil connected in series to the solar cell body, semiconductor switch elements SW (a) and SW (c) connected in series to both ends of the coil, and solar cells respectively connected to both ends of the coil. A semiconductor switch element SW (b) and a semiconductor switch element SW (d) connected in parallel with the main body;
降圧動作時には、前記半導体スイッチ素子SW(c)を常時閉状態とするとともに前記半導体スイッチ素子SW(d)を常時開状態とし、前記半導体スイッチ素子SW(b)は前記第2半導体スイッチ素子と逆相にスイッチング制御されて第1半導体スイッチ素子として機能するとともに、前記半導体スイッチ素子SW(a)は前記第2半導体スイッチ素子と同相にスイッチング制御され、During the step-down operation, the semiconductor switch element SW (c) is normally closed and the semiconductor switch element SW (d) is normally open, and the semiconductor switch element SW (b) is opposite to the second semiconductor switch element. The semiconductor switching element SW (a) is controlled to be in phase with the second semiconductor switching element, while being controlled to be switched to the phase and functioning as the first semiconductor switching element.
昇圧動作時には、前記半導体スイッチ素子SW(a)を常時閉状態とするとともに前記半導体スイッチ素子SW(b)を常時開状態とし、前記半導体スイッチ素子SW(c)は前記第2半導体スイッチ素子と逆相にスイッチング制御されて第1半導体スイッチ素子として機能するとともに、前記半導体スイッチ素子SW(d)は前記第2半導体スイッチ素子と同相にスイッチング制御されることを特徴とする請求項1記載の太陽光発電装置。During the boosting operation, the semiconductor switch element SW (a) is normally closed and the semiconductor switch element SW (b) is normally open, and the semiconductor switch element SW (c) is opposite to the second semiconductor switch element. 2. The sunlight according to claim 1, wherein the semiconductor switch element SW (d) is controlled to be in phase with the second semiconductor switch element while being controlled to be switched in phase and functioning as a first semiconductor switch element. Power generation device.
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