太陽光発電用パワーコンディショナ
【課題】太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、接続される複数の太陽電池ストリングのいずれの動作点も最大電力点に高精度に追従させる。
【解決手段】太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃがそれぞれ接続された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、その電圧変換率がそれぞれ最大電力点追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃにより制御され、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点は夫々の最大電力点に追従する。最大電力点追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃはそれぞれ、いずれの最大電力点追従制御回路も動作点追従処理を行っていないとき、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点を求めるのに必要なそれらの出力電圧及び出力電流を計測する。それにより、各計測値に、計測中ではない他の最大電力点追従制御回路の動作点追従処理に起因する誤差が含まれなくなる。従って、その計測値を基に太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのいずれの動作点も正確に求められる。
【解決手段】太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃがそれぞれ接続された昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、その電圧変換率がそれぞれ最大電力点追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃにより制御され、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点は夫々の最大電力点に追従する。最大電力点追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃはそれぞれ、いずれの最大電力点追従制御回路も動作点追従処理を行っていないとき、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点を求めるのに必要なそれらの出力電圧及び出力電流を計測する。それにより、各計測値に、計測中ではない他の最大電力点追従制御回路の動作点追従処理に起因する誤差が含まれなくなる。従って、その計測値を基に太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのいずれの動作点も正確に求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から電力系統又は負荷に供給される電力を調整するための太陽光発電用パワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）の構成を図５に示す。そのパワーコンディショナ５０には、一群の太陽電池パネルの直列接続体（以下、「太陽電池ストリング」と称する）５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ…（以下、太陽電池ストリング５１Ａ等という）が並列に接続される。パワーコンディショナ５０は、太陽電池ストリング５１Ａ等から出力される直流電力について、それぞれ、所定値に昇圧する昇圧チョッパ回路５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ…（以下、昇圧チョッパ回路５２Ａ等という）を備える。さらに、パワーコンディショナ５０は、それら昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５３を備える。
【０００３】
昇圧チョッパ回路５２Ａ等は、出力端が互いに並列に接続され、同電位とされている。インバータ回路５３は、連系運転時用の出力端子５３ａ及び自立運転時用の出力端子５３ｂを有する。出力端子５３ａは、分電盤５４に接続され、分電盤５４は、連系運転時に負荷５６が接続されるコンセントと、電力系統５５に繋がっている。出力端子５３ｂは、自立運転時に負荷５６が接続されるコンセントに繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５６を接続する対象のコンセントを変更することができる。インバータ回路５３は、電力系統５５が正常なとき、電力系統５５と連系し、出力端子５３ａから、売電用メータ（図示せず）を介して交流電力を電力系統５５に逆潮流すると共に、交流電力を負荷５６に供給する。また、インバータ回路５３は、電力系統５５が停電等により異常な状態にあるとき、電力系統５５から独立して自立運転し、出力端子５３ｂから交流電力を負荷５６にのみ供給する（破線で示す）。
【０００４】
図６に示すように、個々の太陽電池パネルでは、出力電圧の増減に応じて出力電力が変化する。出力電力には供給可能な最大限度があり、出力電力は、その最大限度の電力が得られる電圧（最適動作電圧）よりも低ければ、出力電圧の増加に伴って増加する。一方、出力電圧が最適動作電圧以上であれば、出力電力は、出力電圧の増加に伴って減少する。このような出力特性は日照量等に依存して変化する。例えば、供給可能な最大電力が日照量が多いときにはＰｍａｘであっても、日照量が少ないときにはＰｍａｘ’（Ｐｍａｘ＞Ｐｍａｘ’）に減少する。しかも、最適動作電圧も、ＶｍａｘからＶｍａｘ’（Ｖｍａｘ＞Ｖｍａｘ’）へと低下することがある。従って、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々の日照条件が異なる場合、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々から、供給可能な最大電力を逐次引き出すためには、それらの出力電圧を個別調整して、それらの動作点を、最大電力を供給可能な点に追従させる必要がある。特許文献１では、そのような最大電力点追従制御を各昇圧チョッパ回路が各太陽電池ストリングに対して個別に行っている。最大電力点追従制御を行うことにより、たとえ日照条件が変化したとしても、各太陽電池ストリングに、常に最適な動作をさせて、それらから高効率に電力を引き出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３９６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記図５に示す太陽光発電システムにおいて、太陽電池ストリング５１Ａの出力電圧Ｖ１が最大電力点追従制御により変化し、その出力電力が増加したとする。その場合、その出力電力の増加に伴って、昇圧チョッパ回路５２Ａの出力電圧、すなわち、インバータ回路５３の入力端の電圧Ｖｉｎが高くなろうとする。
【０００７】
電圧Ｖｉｎは一定になるように制御されているが、その制御が追い付かず、僅かな期間だけ、電圧Ｖｉｎが上昇した場合、電圧Ｖｉｎを基に決まる昇圧チョッパ回路５１Ｂ、５１Ｃの入力端の電圧は高くなる。それら入力端の電圧は、それぞれ、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの出力電圧Ｖ２、Ｖ３と等しいことから、電圧Ｖｉｎの上昇により出力電圧Ｖ２、Ｖ３が変化し、それに伴って、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの出力電流が変動する。
【０００８】
ここで、その変動の際、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃについて、最大電力点追従制御がなされており、現在の動作点を求めるために、出力電圧Ｖ２、Ｖ３を計りながら、それらを変化させて出力電流を計測し、出力電力を測定していたとする。その場合、それら出力電圧Ｖ２、Ｖ３及び出力電流の各計測値には、太陽電池ストリング５１Ａの出力変動に起因する変化分が誤差として含まれることになり、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの各々の出力電力を正確に測定することができなくなってしまう。そのため、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの現在の動作点を正確に求めることが困難になる。その結果、それらの動作点を最大電力点に高精度に近づけることが難しくなり、最大電力点追従精度が低くなり、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃから引き出される電力がそれらの供給可能な最大電力を下回ってしまう、という問題が生じ得る。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、複数の太陽電池パネルが接続される太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、いずれの太陽電池パネルについても動作点を最大電力点に高精度に追従させることができるものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の太陽光発電用パワーコンディショナは、複数の太陽電池パネルにそれぞれ接続され、該太陽電池パネルからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記複数の電圧変換回路にそれぞれ接続され、該電圧変換回路の電圧変換率を制御することにより、該電圧変換回路に接続された前記太陽電池パネルの動作点を最大電力点に追従させる複数の最大電力点追従制御回路を備え、前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、いずれの最大電力点追従制御回路も動作点追従処理を行っていないときに、前記太陽電池パネルの現在の動作点を求めるのに必要な該太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流を計測することを特徴とする。
【００１１】
この発明において、前記複数の最大電力点追従制御回路は、動作点追従処理の実行を指示する追従指示信号と、前記太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流の計測を指示する計測指示信号を送信する信号送信回路をさらに備え、前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、前記信号送信回路から送信された追従指示信号に基づいて動作点追従処理を実行し、その動作点追従処理が完了した後、その完了を通知するための完了通知信号を前記信号送信回路に送信し、前信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の全てから前記完了通知信号を受信した後、それらの最大電力点追従制御回路に、次の動作点追従処理の基になる前記出力電圧又は出力電流の計測を指示する前記計測指示信号を送信することが好ましい。
【００１２】
この発明において、前記信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の中から、前記追従指示信号を送信する対象の最大電力点追従制御回路を選択できる構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽電池パネルのいずれかに対して動作点追従処理が実行されているときには、各太陽電池パネルの現在の動作点を求めるのに必要な出力電圧又は出力電流の計測を行わないので、その動作点追従処理に起因する誤差が計測値に含まれなくなる。従って、各太陽電池パネルの計測値の正確さを向上することができ、それらの計測値を基に、各太陽電池パネルのいずれについても、現在の動作点をより正確に求めることができる。その結果、それらの動作点を最大電力点に高精度に近づけることができ、最大電力点追従制御を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナを備えた太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図２】上記太陽光発電用パワーコンディショナに接続される３つ太陽電池ストリングの出力電圧制御例を示すタイムチャート。
【図３】上記実施形態の一変形例における太陽電池ストリングの動作点追従処理のシーケンス図。
【図４】上記とは別の変形例における太陽電池ストリングの動作点追従処理のシーケンス図。
【図５】従来の太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図６】一般的な太陽電池パネルの出力特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）を備えた太陽光発電システムについて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、その太陽光発電システムの構成を示す。太陽光発電システム１は、複数の太陽電池パネル２の直列接続体によりそれぞれ構成された複数の太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃが接続されるパワーコンディショナ３を備える。また、太陽光発電システム１は、パワーコンディショナ３を電力系統４及び負荷５に電気的に繋ぐための分電盤６を備える。
【００１６】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから出力される電力を、分電盤６を介して、電力系統４及び負荷５に供給し、その供給に際して、電力を電力系統４及び負荷５への供給に適するように調整するものである。電力系統４は、交流で実効電圧が例えば２００Ｖの電力を供給する商用の電力系統である。負荷５は、家電機器等の電気機器である。
【００１７】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ入力端が接続され、出力端が互いに並列接続され同電位とされた昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ（電圧変換回路）を有する。また、パワーコンディショナ３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３１（直流交流変換回路）を有する。
【００１８】
昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を所定の電圧に変換してインバータ回路３１に入力する。
【００１９】
インバータ回路３１は、連系運転時に電力を出力する出力端子３１ａと、自立運転時に電力を出力する出力端子３１ｂを有する。出力端子３１ａは、分電盤６を介して、連系運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっており、そのコンセントは、電力系統４に並列接続されている。出力端子３１ｂは、自立運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５を接続する対象のコンセントを変更することができる。
【００２０】
電力系統４が正常であるとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４と連系した連系運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子５３ａから電力系統４と負荷５に出力する。電力系統４と負荷５とは互いに電気的に並列であることから、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が増え、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも多くなると、余剰分が電力系統４に自動的に供給される。一方、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が減って、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも少なくなれば、不足分が電力系統４から負荷５に自動的に供給される。
【００２１】
電力系統４が障害等により停電したとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４との連系を解除し、電力系統４から独立した自立運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子３１ｂから負荷５に出力し、負荷５は、出力端子３１ｂから電力供給を受ける（破線で示す）。
【００２２】
インバータ回路３１の入力端の電圧は、電力系統４の定格電圧（実効値）以上である特定の値に設定され、略一定に維持されている。その電圧の一定化は、連係運転時には、インバータ回路３１から電力系統４又は負荷５に流れる電流を調整することにより実現される。自立運転時に上記電圧の一定化を図る構成については後述する。インバータ回路３１の入力端の電圧は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力端の電圧に等しいことから、その電圧も略一定にされている。
【００２３】
また、パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力をそれぞれ検出する出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃと、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃによる検出結果を基に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをそれぞれ制御する制御回路３３を備える。
【００２４】
出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃと昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃとの間に配置されている。出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、それぞれ、電圧計測回路を有し、その電圧計測回路により太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を計測する。また、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、それぞれ、電流計測回路を有し、その電流計測回路により太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電流を計測する。
【００２５】
制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにそれぞれ接続された最大電力点追従制御回路（以下、単に追従制御回路という）３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを有する。また、制御回路３３は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの動作を同期させるための同期制御回路３５（信号送信回路）を有する。制御回路３３は、マイクロプロセッサ等により構成できる。
【００２６】
追従制御回路３４Ａは、出力検出回路３２Ａによる検出結果を基に、昇圧チョッパ回路３０Ａの電圧変換率を制御し、それにより、昇圧チョッパ回路３２Ａに接続された太陽電池パネル２１Ａの動作点を最大電力点に追従させる。それと同様に、追従制御回路３４Ｂ、３４Ｃは、それぞれ、出力検出回路３２Ｂ、３２Ｃによる検出結果を基に、昇圧チョッパ回路３０Ｂ、３０Ｃの電圧変換率を制御する。それらの制御により、追従制御回路３４Ｂ、３４Ｃは、それぞれ、昇圧チョッパ回路３２Ｂ、３２Ｃに接続された太陽電池パネル２１Ｂ、２１Ｃの動作点を最大電力点に追従させる。
【００２７】
上記電圧変換率の制御により、太陽電池パネル２１Ａ〜２１Ｃの動作点が制御される仕組みについて説明する。上記電圧変換率は、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいて、出力電圧を入力電圧で除した値である。各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのチョッパ動作のデューティ比（通流率）をαとしたとき、上記電圧変換率は１／（１−α）で表され、従って、デューティ比αを調整することにより電圧変換率を制御できる。デューティ比αを高くすれば、電圧変換率は高くなり、デューティ比αを低くすれば、電圧変換効率は低くなる。上述したように、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいては、出力電圧が略一定であることから、電圧変換率を高くすれば、入力端の電圧は低くなり、電圧変換率を低くすれば、入力端の電圧は高くなる。このように、電圧変換率の制御により、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの入力端の電圧、すなわち、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が制御される。そして、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃで供給可能な最大電力が得られる最適動作電圧と一致させることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力がそれぞれ供給可能な最大電力になる。その結果、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点が、それぞれの最大電力点と一致する。
【００２８】
追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それぞれ、いずれの追従制御回路も動作点追従処理を行っていないときに、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの現在の動作点を求めるのに必要な太陽電池パネル２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流を計測する。その計測は、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃを用いて行われる。
【００２９】
同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、動作点追従処理の実行を指示する追従指示信号を送信する。
【００３０】
次に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点追従処理について、図１に加え、図２を参照して説明する。図２は、同期制御回路３５から送信される追従指示信号と太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のタイムチャート例を示す。同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、追従指示信号Ｓ１を、予め設定された周期で送信する。
【００３１】
追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それぞれ、同期制御回路３５からの追従指示信号Ｓ１を受信し、その受信時から所定の動作点変更期間Ｔ１内に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を徐々に所定の微小電圧だけ個別に変化させる。このとき、微小電圧を高くしてもよいし、又は低くしてもよい。
【００３２】
動作点変更期間Ｔ１の経過後の所定の動作点停止期間Ｔ２に、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を変化させないようにして、動作点変更処理を停止する。また、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃを用いて、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの現在の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３及び出力電流を計測する。そして、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それら計測した出力電圧Ｖ１〜Ｖ３及び出力電流のそれぞれの積である現在の出力電力を、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々について算出する。さらに、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々について、それら算出された現在の出力電力と、記憶していた直近の過去の出力電力とを比較する。その比較の結果、出力電力が増加していれば、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、次の動作点変更期間Ｔ１に出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を微小電圧だけ上げ、出力電力が減少していれば、次の動作点変更期間Ｔ１に出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を微小電圧だけ下げる。
【００３３】
そのような出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の増減が繰り返されることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃは、それぞれ、出力電力が最適動作電圧と略等しくされ、出力電力が供給可能な最大値に略同じになり、動作点が最大電力点に略一致する。しかも、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの最大電力点が変動したとしても、それに追従する。動作点変更期間Ｔ１及び動作点停止期間Ｔ２の合計期間は、追従指示信号Ｓ１の送信周期と略一致するように予め設定されている。また、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、不図示のタイマを用いて、動作点変更期間Ｔ１及び動作点停止期間Ｔ２をカウントする。
【００３４】
本実施形態においては、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの現在の動作点を求めるのに必要な出力電圧及び出力電流の計測は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのいずれかに動作点追従処理が実行されているときには行われない。従って、その動作点追従処理に起因する誤差が計測値に含まれなくなる。そのため、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの計測値の正確さを向上することができ、それらの計測値を基に、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのいずれについても、現在の動作点をより正確に求めることができる。その結果、それらの動作点を最大電力点に高精度に近づけることができ、最大電力点追従制御を高精度に行うことができ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれから、供給可能な最大電力に可能な限り近い電力を引き出すことができる。
【００３５】
次に、上記実施形態の２つの変形例に係るパワーコンディショナについて図面を参照して説明する。いずれの変形例のパワーコンディショナも構成部材が上記実施形態と同じであるので、構成部材については、図１を流用して説明する。
【００３６】
（第１の変形例）
第１の変形例においては、同期制御回路３５が、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、上述した追従指示信号に加え、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流の計測を指示する計測指示信号を一斉送信する構成を有する。
【００３７】
図３は、第１の変形例の動作点追従処理の手順を示す。同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、追従指示信号Ｓ１を一斉送信する。追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それぞれ、同期制御回路３５から送信された追従指示信号Ｓ１に基づき、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃについて、動作点変更処理を実行する。その動作点変更処理が完了した後、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、その完了を通知するための完了通知信号Ｓ２を同期制御回路３５に送信する。
【００３８】
そして、同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの全てから完了通知信号Ｓ２を受信した後、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、次の動作点変更処理の基になる出力電圧及び出力電流の計測を指示する計測指示信号Ｓ３を一斉送信する。追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、同期制御回路３５から送信された計測指示信号Ｓ３に基づき、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流を太陽電池ストリング毎に計測する。そして、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それらの計測結果を基に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々の現在の出力電力を算出する。ここで、同期制御回路３５による追従指示信号Ｓ１の送信処理から追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃによる太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力の算出処理までの１工程を動作点変更工程Ｐ１という。
【００３９】
計測指示信号Ｓ３の送信後、同期制御回路３５は、その送信後の経過時間をタイマを用いて計時し、所定期間が経過したと判断したとき、再度、追従指示信号Ｓ１を追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに一斉送信する。追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、同期制御回路３５からの追従指示信号Ｓ１をトリガとして、動作点変更処理を実行する。この動作追従処理は、直近に算出した出力電力に基づいてなされる。このようにして、動作点変更工程Ｐ１が繰り返される。
【００４０】
本変形例においては、各動作点変更工程Ｐ１で、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの動作点変更処理が済み次第、次の動作点変更工程Ｐ１に用いられる太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流が計測される。従って、上記実施形態と比べ、動作点変更処理後から出力電圧及び出力電流の計測までの待機時間を短縮することができ、最大電力点追従制御の高速化を図ることができる。
【００４１】
（第２の変形例）
第２の変形例は、上述した第１の変形例において、同期制御回路３５が、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの中から、上述した追従指示信号を送信する対象の追従制御回路を選択できる構成としたものである。
【００４２】
図４は、第２の変形例の動作点追従処理の手順を示す。同期制御回路３５は、予め設定された選択条件下で、動作点変更工程Ｐ１毎に、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの中から、追従指示信号Ｓ１を送信する対象の追従制御回路を選択する。例えば、同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃのうち、追従指示信号Ｓ１の送信対象から外す追従制御回路を、動作点変更工程Ｐ１毎に、例えば１つずつ所定順に選択し、その残りの追従制御回路を送信対象に選択する。選択後、同期制御回路３５は、その選択した追従制御回路に追従指示信号Ｓ１を送り、その追従指示信号Ｓ１を受信した追従制御回路が、動作点変更処理を実行する。
【００４３】
第２の変形例においては、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃのうち、選択された一部の追従制御回路だけによって動作点変更処理が実行されるので、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのうち、その処理の対象になる一部の太陽電池ストリングだけが動作点を変更する。従って、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの全てが動作点を変更する場合と比べ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点の変更に伴う出力電力の総変動量を抑えることができる。そのため、その総変動量に応じて定まる昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電力の総変化量を減らすことができる。
【００４４】
ところで、パワーコンディショナ３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電力に係らず、それらの出力端の電圧を電流調整により略一定に保とうとする機能を有する。そのため、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電力の総変化量の減少により、その総変化量がパワーコンディショナ３の対応可能な範囲を超える可能性を低くすることができる。その結果、パワーコンディショナ３の故障発生を抑制することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電圧の変化を滑らかなものにすることができる。
【００４５】
パワーコンディショナ３の故障抑制効果は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧変動に対する出力電力変化量が多いとき、例えば起動時等に特に有効である。
【００４６】
なお、本発明は、上記の実施形態及び各種変形例の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、上記第２の変形例において、同期制御回路３５は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの総出力電力を計測できる構成を有し、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの動作点追従処理に伴う上記総出力電力の過去の変化量情報をメモリに記憶していてもよい。その場合、その変化量情報は、動作点追従処理を実行させる一部の追従制御回路の複数の選択パターンの各々に対応付けられて記憶されていることが望ましい。同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに動作点変更処理を行わせるとき、メモリを参照し、動作点変更により予測される次の上記変化量が所定の変化量を超えない選択パターンを選ぶ。そして、同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃうち、上記選択パターンに従って選択した追従制御回路にのみ、追従指示信号Ｓ１を送信する。そのような構成により、第２の変形例と同様に、パワーコンディショナ３の故障抑制効果を得ることができる。また、上述した所定の変化量の範囲内で最大限に総出力電力が変化する選択パターンを選ぶことにより、パワーコンディショナ３の故障抑制効果が得られる範囲内で、動作点変更処理を同時に実行できる追従制御回路の数を最高にすることができる。そのため、最大電力点追従制御の高速化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池パネル
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 太陽電池ストリング
３ 太陽光発電用パワーコンディショナ
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）
３１ インバータ回路
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ 最大電力点追従制御回路
３５ 同期制御回路（信号送信回路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から電力系統又は負荷に供給される電力を調整するための太陽光発電用パワーコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）の構成を図５に示す。そのパワーコンディショナ５０には、一群の太陽電池パネルの直列接続体（以下、「太陽電池ストリング」と称する）５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ…（以下、太陽電池ストリング５１Ａ等という）が並列に接続される。パワーコンディショナ５０は、太陽電池ストリング５１Ａ等から出力される直流電力について、それぞれ、所定値に昇圧する昇圧チョッパ回路５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ…（以下、昇圧チョッパ回路５２Ａ等という）を備える。さらに、パワーコンディショナ５０は、それら昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路５３を備える。
【０００３】
昇圧チョッパ回路５２Ａ等は、出力端が互いに並列に接続され、同電位とされている。インバータ回路５３は、連系運転時用の出力端子５３ａ及び自立運転時用の出力端子５３ｂを有する。出力端子５３ａは、分電盤５４に接続され、分電盤５４は、連系運転時に負荷５６が接続されるコンセントと、電力系統５５に繋がっている。出力端子５３ｂは、自立運転時に負荷５６が接続されるコンセントに繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５６を接続する対象のコンセントを変更することができる。インバータ回路５３は、電力系統５５が正常なとき、電力系統５５と連系し、出力端子５３ａから、売電用メータ（図示せず）を介して交流電力を電力系統５５に逆潮流すると共に、交流電力を負荷５６に供給する。また、インバータ回路５３は、電力系統５５が停電等により異常な状態にあるとき、電力系統５５から独立して自立運転し、出力端子５３ｂから交流電力を負荷５６にのみ供給する（破線で示す）。
【０００４】
図６に示すように、個々の太陽電池パネルでは、出力電圧の増減に応じて出力電力が変化する。出力電力には供給可能な最大限度があり、出力電力は、その最大限度の電力が得られる電圧（最適動作電圧）よりも低ければ、出力電圧の増加に伴って増加する。一方、出力電圧が最適動作電圧以上であれば、出力電力は、出力電圧の増加に伴って減少する。このような出力特性は日照量等に依存して変化する。例えば、供給可能な最大電力が日照量が多いときにはＰｍａｘであっても、日照量が少ないときにはＰｍａｘ’（Ｐｍａｘ＞Ｐｍａｘ’）に減少する。しかも、最適動作電圧も、ＶｍａｘからＶｍａｘ’（Ｖｍａｘ＞Ｖｍａｘ’）へと低下することがある。従って、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々の日照条件が異なる場合、太陽電池ストリング５１Ａ等の各々から、供給可能な最大電力を逐次引き出すためには、それらの出力電圧を個別調整して、それらの動作点を、最大電力を供給可能な点に追従させる必要がある。特許文献１では、そのような最大電力点追従制御を各昇圧チョッパ回路が各太陽電池ストリングに対して個別に行っている。最大電力点追従制御を行うことにより、たとえ日照条件が変化したとしても、各太陽電池ストリングに、常に最適な動作をさせて、それらから高効率に電力を引き出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３９６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記図５に示す太陽光発電システムにおいて、太陽電池ストリング５１Ａの出力電圧Ｖ１が最大電力点追従制御により変化し、その出力電力が増加したとする。その場合、その出力電力の増加に伴って、昇圧チョッパ回路５２Ａの出力電圧、すなわち、インバータ回路５３の入力端の電圧Ｖｉｎが高くなろうとする。
【０００７】
電圧Ｖｉｎは一定になるように制御されているが、その制御が追い付かず、僅かな期間だけ、電圧Ｖｉｎが上昇した場合、電圧Ｖｉｎを基に決まる昇圧チョッパ回路５１Ｂ、５１Ｃの入力端の電圧は高くなる。それら入力端の電圧は、それぞれ、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの出力電圧Ｖ２、Ｖ３と等しいことから、電圧Ｖｉｎの上昇により出力電圧Ｖ２、Ｖ３が変化し、それに伴って、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの出力電流が変動する。
【０００８】
ここで、その変動の際、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃについて、最大電力点追従制御がなされており、現在の動作点を求めるために、出力電圧Ｖ２、Ｖ３を計りながら、それらを変化させて出力電流を計測し、出力電力を測定していたとする。その場合、それら出力電圧Ｖ２、Ｖ３及び出力電流の各計測値には、太陽電池ストリング５１Ａの出力変動に起因する変化分が誤差として含まれることになり、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの各々の出力電力を正確に測定することができなくなってしまう。そのため、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃの現在の動作点を正確に求めることが困難になる。その結果、それらの動作点を最大電力点に高精度に近づけることが難しくなり、最大電力点追従精度が低くなり、太陽電池ストリング５１Ｂ、５１Ｃから引き出される電力がそれらの供給可能な最大電力を下回ってしまう、という問題が生じ得る。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためのものであり、複数の太陽電池パネルが接続される太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、いずれの太陽電池パネルについても動作点を最大電力点に高精度に追従させることができるものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の太陽光発電用パワーコンディショナは、複数の太陽電池パネルにそれぞれ接続され、該太陽電池パネルからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、前記複数の電圧変換回路にそれぞれ接続され、該電圧変換回路の電圧変換率を制御することにより、該電圧変換回路に接続された前記太陽電池パネルの動作点を最大電力点に追従させる複数の最大電力点追従制御回路を備え、前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、いずれの最大電力点追従制御回路も動作点追従処理を行っていないときに、前記太陽電池パネルの現在の動作点を求めるのに必要な該太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流を計測することを特徴とする。
【００１１】
この発明において、前記複数の最大電力点追従制御回路は、動作点追従処理の実行を指示する追従指示信号と、前記太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流の計測を指示する計測指示信号を送信する信号送信回路をさらに備え、前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、前記信号送信回路から送信された追従指示信号に基づいて動作点追従処理を実行し、その動作点追従処理が完了した後、その完了を通知するための完了通知信号を前記信号送信回路に送信し、前信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の全てから前記完了通知信号を受信した後、それらの最大電力点追従制御回路に、次の動作点追従処理の基になる前記出力電圧又は出力電流の計測を指示する前記計測指示信号を送信することが好ましい。
【００１２】
この発明において、前記信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の中から、前記追従指示信号を送信する対象の最大電力点追従制御回路を選択できる構成であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、太陽電池パネルのいずれかに対して動作点追従処理が実行されているときには、各太陽電池パネルの現在の動作点を求めるのに必要な出力電圧又は出力電流の計測を行わないので、その動作点追従処理に起因する誤差が計測値に含まれなくなる。従って、各太陽電池パネルの計測値の正確さを向上することができ、それらの計測値を基に、各太陽電池パネルのいずれについても、現在の動作点をより正確に求めることができる。その結果、それらの動作点を最大電力点に高精度に近づけることができ、最大電力点追従制御を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナを備えた太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図２】上記太陽光発電用パワーコンディショナに接続される３つ太陽電池ストリングの出力電圧制御例を示すタイムチャート。
【図３】上記実施形態の一変形例における太陽電池ストリングの動作点追従処理のシーケンス図。
【図４】上記とは別の変形例における太陽電池ストリングの動作点追従処理のシーケンス図。
【図５】従来の太陽光発電システムの電気的ブロック図。
【図６】一般的な太陽電池パネルの出力特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る太陽光発電用パワーコンディショナ（以下、単にパワーコンディショナという）を備えた太陽光発電システムについて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、その太陽光発電システムの構成を示す。太陽光発電システム１は、複数の太陽電池パネル２の直列接続体によりそれぞれ構成された複数の太陽電池ストリング２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃと、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃが接続されるパワーコンディショナ３を備える。また、太陽光発電システム１は、パワーコンディショナ３を電力系統４及び負荷５に電気的に繋ぐための分電盤６を備える。
【００１６】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃから出力される電力を、分電盤６を介して、電力系統４及び負荷５に供給し、その供給に際して、電力を電力系統４及び負荷５への供給に適するように調整するものである。電力系統４は、交流で実効電圧が例えば２００Ｖの電力を供給する商用の電力系統である。負荷５は、家電機器等の電気機器である。
【００１７】
パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ入力端が接続され、出力端が互いに並列接続され同電位とされた昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃ（電圧変換回路）を有する。また、パワーコンディショナ３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路３１（直流交流変換回路）を有する。
【００１８】
昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃからの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を所定の電圧に変換してインバータ回路３１に入力する。
【００１９】
インバータ回路３１は、連系運転時に電力を出力する出力端子３１ａと、自立運転時に電力を出力する出力端子３１ｂを有する。出力端子３１ａは、分電盤６を介して、連系運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっており、そのコンセントは、電力系統４に並列接続されている。出力端子３１ｂは、自立運転時に負荷５が接続されるコンセント（不図示）と繋がっている。ユーザは必要に応じて負荷５を接続する対象のコンセントを変更することができる。
【００２０】
電力系統４が正常であるとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４と連系した連系運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子５３ａから電力系統４と負荷５に出力する。電力系統４と負荷５とは互いに電気的に並列であることから、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が増え、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも多くなると、余剰分が電力系統４に自動的に供給される。一方、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの発電量が減って、インバータ回路３１からの出力電力が負荷５の消費電力よりも少なくなれば、不足分が電力系統４から負荷５に自動的に供給される。
【００２１】
電力系統４が障害等により停電したとき、パワーコンディショナ３は、電力系統４との連系を解除し、電力系統４から独立した自立運転状態になる。そのとき、インバータ回路３１は、交流電力を出力端子３１ｂから負荷５に出力し、負荷５は、出力端子３１ｂから電力供給を受ける（破線で示す）。
【００２２】
インバータ回路３１の入力端の電圧は、電力系統４の定格電圧（実効値）以上である特定の値に設定され、略一定に維持されている。その電圧の一定化は、連係運転時には、インバータ回路３１から電力系統４又は負荷５に流れる電流を調整することにより実現される。自立運転時に上記電圧の一定化を図る構成については後述する。インバータ回路３１の入力端の電圧は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力端の電圧に等しいことから、その電圧も略一定にされている。
【００２３】
また、パワーコンディショナ３は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力をそれぞれ検出する出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃと、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃによる検出結果を基に昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃをそれぞれ制御する制御回路３３を備える。
【００２４】
出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃと昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃとの間に配置されている。出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、それぞれ、電圧計測回路を有し、その電圧計測回路により太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を計測する。また、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃは、それぞれ、電流計測回路を有し、その電流計測回路により太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電流を計測する。
【００２５】
制御回路３３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにそれぞれ接続された最大電力点追従制御回路（以下、単に追従制御回路という）３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを有する。また、制御回路３３は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの動作を同期させるための同期制御回路３５（信号送信回路）を有する。制御回路３３は、マイクロプロセッサ等により構成できる。
【００２６】
追従制御回路３４Ａは、出力検出回路３２Ａによる検出結果を基に、昇圧チョッパ回路３０Ａの電圧変換率を制御し、それにより、昇圧チョッパ回路３２Ａに接続された太陽電池パネル２１Ａの動作点を最大電力点に追従させる。それと同様に、追従制御回路３４Ｂ、３４Ｃは、それぞれ、出力検出回路３２Ｂ、３２Ｃによる検出結果を基に、昇圧チョッパ回路３０Ｂ、３０Ｃの電圧変換率を制御する。それらの制御により、追従制御回路３４Ｂ、３４Ｃは、それぞれ、昇圧チョッパ回路３２Ｂ、３２Ｃに接続された太陽電池パネル２１Ｂ、２１Ｃの動作点を最大電力点に追従させる。
【００２７】
上記電圧変換率の制御により、太陽電池パネル２１Ａ〜２１Ｃの動作点が制御される仕組みについて説明する。上記電圧変換率は、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいて、出力電圧を入力電圧で除した値である。各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃのチョッパ動作のデューティ比（通流率）をαとしたとき、上記電圧変換率は１／（１−α）で表され、従って、デューティ比αを調整することにより電圧変換率を制御できる。デューティ比αを高くすれば、電圧変換率は高くなり、デューティ比αを低くすれば、電圧変換効率は低くなる。上述したように、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃにおいては、出力電圧が略一定であることから、電圧変換率を高くすれば、入力端の電圧は低くなり、電圧変換率を低くすれば、入力端の電圧は高くなる。このように、電圧変換率の制御により、各昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの入力端の電圧、すなわち、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３が制御される。そして、出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を、それぞれ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃで供給可能な最大電力が得られる最適動作電圧と一致させることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力がそれぞれ供給可能な最大電力になる。その結果、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点が、それぞれの最大電力点と一致する。
【００２８】
追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それぞれ、いずれの追従制御回路も動作点追従処理を行っていないときに、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの現在の動作点を求めるのに必要な太陽電池パネル２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流を計測する。その計測は、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃを用いて行われる。
【００２９】
同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、動作点追従処理の実行を指示する追従指示信号を送信する。
【００３０】
次に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点追従処理について、図１に加え、図２を参照して説明する。図２は、同期制御回路３５から送信される追従指示信号と太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３のタイムチャート例を示す。同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、追従指示信号Ｓ１を、予め設定された周期で送信する。
【００３１】
追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それぞれ、同期制御回路３５からの追従指示信号Ｓ１を受信し、その受信時から所定の動作点変更期間Ｔ１内に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を徐々に所定の微小電圧だけ個別に変化させる。このとき、微小電圧を高くしてもよいし、又は低くしてもよい。
【００３２】
動作点変更期間Ｔ１の経過後の所定の動作点停止期間Ｔ２に、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を変化させないようにして、動作点変更処理を停止する。また、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、出力検出回路３２Ａ〜３２Ｃを用いて、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの現在の出力電圧Ｖ１〜Ｖ３及び出力電流を計測する。そして、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それら計測した出力電圧Ｖ１〜Ｖ３及び出力電流のそれぞれの積である現在の出力電力を、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々について算出する。さらに、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々について、それら算出された現在の出力電力と、記憶していた直近の過去の出力電力とを比較する。その比較の結果、出力電力が増加していれば、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、次の動作点変更期間Ｔ１に出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を微小電圧だけ上げ、出力電力が減少していれば、次の動作点変更期間Ｔ１に出力電圧Ｖ１〜Ｖ３を微小電圧だけ下げる。
【００３３】
そのような出力電圧Ｖ１〜Ｖ３の増減が繰り返されることにより、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃは、それぞれ、出力電力が最適動作電圧と略等しくされ、出力電力が供給可能な最大値に略同じになり、動作点が最大電力点に略一致する。しかも、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの最大電力点が変動したとしても、それに追従する。動作点変更期間Ｔ１及び動作点停止期間Ｔ２の合計期間は、追従指示信号Ｓ１の送信周期と略一致するように予め設定されている。また、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、不図示のタイマを用いて、動作点変更期間Ｔ１及び動作点停止期間Ｔ２をカウントする。
【００３４】
本実施形態においては、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの現在の動作点を求めるのに必要な出力電圧及び出力電流の計測は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのいずれかに動作点追従処理が実行されているときには行われない。従って、その動作点追従処理に起因する誤差が計測値に含まれなくなる。そのため、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの計測値の正確さを向上することができ、それらの計測値を基に、各太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのいずれについても、現在の動作点をより正確に求めることができる。その結果、それらの動作点を最大電力点に高精度に近づけることができ、最大電力点追従制御を高精度に行うことができ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのそれぞれから、供給可能な最大電力に可能な限り近い電力を引き出すことができる。
【００３５】
次に、上記実施形態の２つの変形例に係るパワーコンディショナについて図面を参照して説明する。いずれの変形例のパワーコンディショナも構成部材が上記実施形態と同じであるので、構成部材については、図１を流用して説明する。
【００３６】
（第１の変形例）
第１の変形例においては、同期制御回路３５が、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、上述した追従指示信号に加え、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流の計測を指示する計測指示信号を一斉送信する構成を有する。
【００３７】
図３は、第１の変形例の動作点追従処理の手順を示す。同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、追従指示信号Ｓ１を一斉送信する。追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それぞれ、同期制御回路３５から送信された追従指示信号Ｓ１に基づき、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃについて、動作点変更処理を実行する。その動作点変更処理が完了した後、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、その完了を通知するための完了通知信号Ｓ２を同期制御回路３５に送信する。
【００３８】
そして、同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの全てから完了通知信号Ｓ２を受信した後、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに、次の動作点変更処理の基になる出力電圧及び出力電流の計測を指示する計測指示信号Ｓ３を一斉送信する。追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、同期制御回路３５から送信された計測指示信号Ｓ３に基づき、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流を太陽電池ストリング毎に計測する。そして、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、それらの計測結果を基に、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの各々の現在の出力電力を算出する。ここで、同期制御回路３５による追従指示信号Ｓ１の送信処理から追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃによる太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電力の算出処理までの１工程を動作点変更工程Ｐ１という。
【００３９】
計測指示信号Ｓ３の送信後、同期制御回路３５は、その送信後の経過時間をタイマを用いて計時し、所定期間が経過したと判断したとき、再度、追従指示信号Ｓ１を追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに一斉送信する。追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃは、同期制御回路３５からの追従指示信号Ｓ１をトリガとして、動作点変更処理を実行する。この動作追従処理は、直近に算出した出力電力に基づいてなされる。このようにして、動作点変更工程Ｐ１が繰り返される。
【００４０】
本変形例においては、各動作点変更工程Ｐ１で、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの動作点変更処理が済み次第、次の動作点変更工程Ｐ１に用いられる太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧及び出力電流が計測される。従って、上記実施形態と比べ、動作点変更処理後から出力電圧及び出力電流の計測までの待機時間を短縮することができ、最大電力点追従制御の高速化を図ることができる。
【００４１】
（第２の変形例）
第２の変形例は、上述した第１の変形例において、同期制御回路３５が、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの中から、上述した追従指示信号を送信する対象の追従制御回路を選択できる構成としたものである。
【００４２】
図４は、第２の変形例の動作点追従処理の手順を示す。同期制御回路３５は、予め設定された選択条件下で、動作点変更工程Ｐ１毎に、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの中から、追従指示信号Ｓ１を送信する対象の追従制御回路を選択する。例えば、同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃのうち、追従指示信号Ｓ１の送信対象から外す追従制御回路を、動作点変更工程Ｐ１毎に、例えば１つずつ所定順に選択し、その残りの追従制御回路を送信対象に選択する。選択後、同期制御回路３５は、その選択した追従制御回路に追従指示信号Ｓ１を送り、その追従指示信号Ｓ１を受信した追従制御回路が、動作点変更処理を実行する。
【００４３】
第２の変形例においては、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃのうち、選択された一部の追従制御回路だけによって動作点変更処理が実行されるので、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃのうち、その処理の対象になる一部の太陽電池ストリングだけが動作点を変更する。従って、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの全てが動作点を変更する場合と比べ、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの動作点の変更に伴う出力電力の総変動量を抑えることができる。そのため、その総変動量に応じて定まる昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電力の総変化量を減らすことができる。
【００４４】
ところで、パワーコンディショナ３は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電力に係らず、それらの出力端の電圧を電流調整により略一定に保とうとする機能を有する。そのため、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電力の総変化量の減少により、その総変化量がパワーコンディショナ３の対応可能な範囲を超える可能性を低くすることができる。その結果、パワーコンディショナ３の故障発生を抑制することができ、信頼性の向上を図ることができる。また、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの出力電圧の変化を滑らかなものにすることができる。
【００４５】
パワーコンディショナ３の故障抑制効果は、太陽電池ストリング２１Ａ〜２１Ｃの出力電圧変動に対する出力電力変化量が多いとき、例えば起動時等に特に有効である。
【００４６】
なお、本発明は、上記の実施形態及び各種変形例の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、上記第２の変形例において、同期制御回路３５は、昇圧チョッパ回路３０Ａ〜３０Ｃの総出力電力を計測できる構成を有し、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃの動作点追従処理に伴う上記総出力電力の過去の変化量情報をメモリに記憶していてもよい。その場合、その変化量情報は、動作点追従処理を実行させる一部の追従制御回路の複数の選択パターンの各々に対応付けられて記憶されていることが望ましい。同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃに動作点変更処理を行わせるとき、メモリを参照し、動作点変更により予測される次の上記変化量が所定の変化量を超えない選択パターンを選ぶ。そして、同期制御回路３５は、追従制御回路３４Ａ〜３４Ｃうち、上記選択パターンに従って選択した追従制御回路にのみ、追従指示信号Ｓ１を送信する。そのような構成により、第２の変形例と同様に、パワーコンディショナ３の故障抑制効果を得ることができる。また、上述した所定の変化量の範囲内で最大限に総出力電力が変化する選択パターンを選ぶことにより、パワーコンディショナ３の故障抑制効果が得られる範囲内で、動作点変更処理を同時に実行できる追従制御回路の数を最高にすることができる。そのため、最大電力点追従制御の高速化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 太陽光発電システム
２ 太陽電池パネル
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 太陽電池ストリング
３ 太陽光発電用パワーコンディショナ
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 昇圧チョッパ回路（電圧変換回路）
３１ インバータ回路
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ 最大電力点追従制御回路
３５ 同期制御回路（信号送信回路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池パネルにそれぞれ接続され、該太陽電池パネルからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、
前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、
前記複数の電圧変換回路にそれぞれ接続され、該電圧変換回路の電圧変換率を制御することにより、該電圧変換回路に接続された前記太陽電池パネルの動作点を最大電力点に追従させる複数の最大電力点追従制御回路を備え、
前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、いずれの最大電力点追従制御回路も動作点追従処理を行っていないときに、前記太陽電池パネルの現在の動作点を求めるのに必要な該太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流を計測することを特徴とする太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項２】
前記複数の最大電力点追従制御回路は、動作点追従処理の実行を指示する追従指示信号と、前記太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流の計測を指示する計測指示信号を送信する信号送信回路をさらに備え、
前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、前記信号送信回路から送信された追従指示信号に基づいて動作点追従処理を実行し、その動作点追従処理が完了した後、その完了を通知するための完了通知信号を前記信号送信回路に送信し、
前信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の全てから前記完了通知信号を受信した後、それらの最大電力点追従制御回路に、次の動作点追従処理の基になる前記出力電圧又は出力電流の計測を指示する前記計測指示信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の太陽発電用パワーコンディショナ。
【請求項３】
前記信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の中から、前記追従指示信号を送信する対象の最大電力点追従制御回路を選択できる構成であることを特徴とする請求項２に記載の太陽発電用パワーコンディショナ。
【請求項１】
複数の太陽電池パネルにそれぞれ接続され、該太陽電池パネルからの出力電圧を所定の電圧に変換する複数の電圧変換回路と、
前記複数の電圧変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換する直流交流変換回路を備えた太陽光発電用パワーコンディショナにおいて、
前記複数の電圧変換回路にそれぞれ接続され、該電圧変換回路の電圧変換率を制御することにより、該電圧変換回路に接続された前記太陽電池パネルの動作点を最大電力点に追従させる複数の最大電力点追従制御回路を備え、
前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、いずれの最大電力点追従制御回路も動作点追従処理を行っていないときに、前記太陽電池パネルの現在の動作点を求めるのに必要な該太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流を計測することを特徴とする太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項２】
前記複数の最大電力点追従制御回路は、動作点追従処理の実行を指示する追従指示信号と、前記太陽電池パネルの出力電圧又は出力電流の計測を指示する計測指示信号を送信する信号送信回路をさらに備え、
前記複数の最大電力点追従制御回路は、それぞれ、前記信号送信回路から送信された追従指示信号に基づいて動作点追従処理を実行し、その動作点追従処理が完了した後、その完了を通知するための完了通知信号を前記信号送信回路に送信し、
前信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の全てから前記完了通知信号を受信した後、それらの最大電力点追従制御回路に、次の動作点追従処理の基になる前記出力電圧又は出力電流の計測を指示する前記計測指示信号を送信することを特徴とする請求項１に記載の太陽発電用パワーコンディショナ。
【請求項３】
前記信号送信回路は、前記複数の最大電力点追従制御回路の中から、前記追従指示信号を送信する対象の最大電力点追従制御回路を選択できる構成であることを特徴とする請求項２に記載の太陽発電用パワーコンディショナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１０１４９８（Ｐ２０１３−１０１４９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４８７３（Ｐ２０１１−２４４８７３）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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