太陽光発電装置
【課題】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。
【解決手段】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、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を通して流下する。よって、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。
【解決手段】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、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を通して流下する。よって、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２０００−１１２５４５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４４９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４６６７号公報
【特許文献４】特開２００４−１９４５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、
（１）単数もしくは複数の太陽電池素子を接続してなる太陽電池本体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、を備え、前記電荷移送回路ＣＯＮＶは、前記太陽電池本体ＳＣに直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と、前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続され閉状態時に当該電荷移送回路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、を有する太陽光発電装置において、
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。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る太陽光発電装置のブロック図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】従来の太陽電池モジュールの回路図である。
【図１９】従来の典型的な太陽光発電装置の構成を示す図である。
【図２０】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。
【図２１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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）。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２０００−１１２５４５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４４９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４６６７号公報
【特許文献４】特開２００４−１９４５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、
（１）単数もしくは複数の太陽電池素子を接続してなる太陽電池本体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、を備え、前記電荷移送回路ＣＯＮＶは、前記太陽電池本体ＳＣに直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と、前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続され閉状態時に当該電荷移送回路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、を有する太陽光発電装置において、
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。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る太陽光発電装置のブロック図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】従来の太陽電池モジュールの回路図である。
【図１９】従来の典型的な太陽光発電装置の構成を示す図である。
【図２０】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。
【図２１】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。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【符号の説明】
【００８２】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数もしくは複数の太陽電池素子を接続してなる太陽電池本体と、
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、を備え、
前記電荷移送回路は、前記太陽電池本体に直列に接続された第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され閉状態時に当該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、を有する太陽光発電装置において、
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ことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１】
単数もしくは複数の太陽電池素子を接続してなる太陽電池本体と、
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、を備え、
前記電荷移送回路は、前記太陽電池本体に直列に接続された第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され閉状態時に当該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、を有する太陽光発電装置において、
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ことを特徴とする太陽光発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−９７５３１（Ｐ２０１３−９７５３１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３９０１５（Ｐ２０１１−２３９０１５）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５９２２０７８８７）デスパック株式会社 (4)
【出願人】（５９１０３２７０３）群馬県 (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（５９２２０７８８７）デスパック株式会社 (4)
【出願人】（５９１０３２７０３）群馬県 (144)
【Ｆターム（参考）】
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