電圧変換装置
【課題】太陽電池モジュールから電圧変換装置に流れ込む電流を調整して、太陽電池モジュール等の特性劣化や破壊を防止し、又は、発電動作を安定化する。
【解決手段】この電圧変換装置は、駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子を用いて、発電モジュールから電圧変換装置の入力端子に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、電圧変換装置の入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、少なくとも入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する制御手段とを具備する。
【解決手段】この電圧変換装置は、駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子を用いて、発電モジュールから電圧変換装置の入力端子に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、電圧変換装置の入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、少なくとも入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する制御手段とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール又は熱電発電モジュール等の発電モジュールから出力される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する電圧変換装置（パワーコンディショナ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽光発電システムにおいては、複数のソーラーセルによって太陽電池モジュールが構成され、太陽電池モジュールが電圧変換装置に接続されて使用される。電圧変換装置は、太陽電池モジュールから出力される直流電圧を必要に応じて昇圧又は降圧し、さらに、直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する。
【０００３】
このような太陽光発電システムにおいては、太陽電池モジュールが屋上や屋根の上に設置されるのに対して、電圧変換装置は太陽電池モジュールから離れた屋内に設置される。この点から、太陽電池モジュール等の劣化や破壊を防止し、発電動作が長期的に安定で信頼できることが望ましい。
【０００４】
ところで、電圧変換装置の入力端子には、入力電流のリップルを吸収して入力電圧を平滑するために、大容量のコンデンサが接続される場合がある。しかしながら、太陽電池モジュールを電圧変換装置に接続する場合に、太陽電池モジュールからコンデンサに突入電流が流れ込むので、突入電流が過大になると、太陽電池モジュール、電圧変換装置、又は、接続端子が劣化し、ときには破壊されてしまう。また、太陽電池モジュールの発電動作が不安定になってしまう。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、４個の半導体スイッチング素子からなり、太陽電池からの直流電力をリアクトルを介して受けるブリッジ形のスイッチング回路、及び、各半導体スイッチング素子にスイッチング制御信号を出力するパルス幅変調制御回路を有する電流形インバータ部を備え、この電流形インバータ部により太陽電池の直流電力を交流電力に変換して商用電力系統と連系する太陽光発電用電流形インバータ装置において、リアクトルの入力側で太陽電池と並列になるように平滑用コンデンサを接続することが開示されている。
【０００６】
特許文献１によれば、太陽電池にリアクトルを介して接続されたスイッチング回路の入力側で太陽電池と並列に設けられた平滑用コンデンサにより、リアクトルに対する入力電流のリップルを吸収して電圧を安定化させる。その結果、入力電流リップル吸収の全てをリアクトルに依存していた従来の電流形インバータに比べて、リアクトルの値を小さくすることができる。しかしながら、特許文献１には、太陽電池モジュールから太陽光発電用電流形インバータ装置に流れ込む突入電流を小さくすることに関しては、特に開示されていない。
【０００７】
また、特許文献２には、昇圧チョッパを並列に接続したブーストチョッパ回路のスイッチング素子を所定周期で順次遅らせて繰り返し動作させ、出力側の平滑コンデンサに流れる電流を平滑にすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３２４８４７号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−２０６１１２号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
太陽電池には、シリコン結晶型太陽電池の他に、アモルファス太陽電池や化合物半導体太陽電池等があり、個々に出力特性が異なる。これらに共通して、日照量が減ると発生電力も減り、内部インピーダンスは高まる。太陽電池の発生電圧は、内部インピーダンスを通して負荷に流れ、電圧降下してバランスする。日照量が少なければ内部インピーダンスが大きいから、パワーコンディショナ両端の入力電圧は小さくなる。即ち、曇天や朝夕の薄明時においては、太陽電池から電流を引き出すと太陽電池の出力電圧が低下し、パワーコンディショナに入力電力を供給できず、パワーコンディショナが動作しない。
【００１０】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、太陽電池モジュールから電圧変換装置に流れ込む電流を太陽電池の動作状況に応じて最適に調整し、過大な電流の流れ込みを抑えて太陽電池モジュール等の特性劣化や破壊を防止し、又は、太陽電池モジュールの発電動作を安定化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の１つの観点に係る電圧変換装置は、光又は熱に応じて発電を行う発電モジュールに接続される電圧変換装置であって、駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子を用いて、発電モジュールから電圧変換装置の入力端子に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、電圧変換装置の入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、少なくとも入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する制御手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の１つの観点によれば、入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定することにより、太陽電池モジュールから電圧変換装置に流れ込む電流を小さくして、太陽電池モジュール等の特性劣化や破壊を防止し、又は、太陽電池モジュールの発電動作を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。
【図２】太陽電池モジュールの電圧対電流特性の温度による変化を模式的に示す図である。
【図３】太陽電池モジュールの電圧対電流特性の日射量による変化を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電圧変換装置の構成の一部を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
本発明に係る電圧変換装置は、光に応じて発電を行う太陽電池モジュール、又は、熱に応じて発電を行う熱電発電モジュール等の発電モジュールに接続され、発電モジュールから出力される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給するものであり、以下の実施形態においては、太陽電池モジュール及び電圧変換装置等によって構成される太陽光発電システムを例として説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。図１に示すように、この太陽光発電システムは、光に応じて発電を行う太陽電池モジュール１と、接続端子等を含む接続部２と、太陽電池モジュール１から出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換する電圧変換装置（パワーコンディショナ）３とによって構成される。
【００１６】
太陽電池モジュール１は、直列に接続された複数のソーラーパネルを含んでおり、各々のソーラーパネルは、直並列に接続された複数のソーラーセルを含んでいる。例えば、１５枚のソーラーパネルを直列に接続し、さらに、そのような直列パネルの数列を並列に接続することによって構成された太陽電池モジュールは、出力電圧を生成する。
【００１７】
図２は、太陽電池モジュールの電圧対電流特性の温度による変化を模式的に示す図である。図２に示すように、太陽電池モジュールの出力電圧は、温度の上昇に伴って低下する特性を有している。
【００１８】
図３は、太陽電池モジュールの電圧対電流特性の日射量による変化を模式的に示す図である。図３に示すように、太陽電池モジュールの出力電流は、日射量の減少に伴って低下する特性を有している。
【００１９】
再び図１を参照すると、電圧変換装置３は、電圧変換装置の入力端子４と入力端子５との間に接続されたコンデンサ１０と、太陽電池モジュール１から入力端子４及び５に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（図１においては、４つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を示す）と、出力合成回路としてのダイオード３１〜３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４から出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ４０と、電力系統連係回路５０と、入力電流検出回路６１と、入力電圧検出回路６２と、出力電流検出回路６３と、出力電圧検出回路６４と、制御部７０とを有している。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、１次側の交流電圧を昇圧又は降圧して２次側に出力するトランス２０と、トランスの１次側巻線２１に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子２４と、制御部７０から供給される制御信号に基づいて、スイッチング素子２４を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路２５と、トランスの２次側巻線２２に発生する電圧を半波整流するダイオード２６と、整流された電圧を平滑するコンデンサ２７とを含んでいる。他のＤＣ／ＤＣコンバータ１２〜１４の構成も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の構成と同様である。
【００２１】
トランス２０は、磁性体のコア２３と、コア２３に回巻された１次側巻線２１及び２次側巻線２２とを有している。なお、トランス２０に付されたドットの記号は、巻線の極性を示している。トランスの１次側巻線２１の一端は、電圧変換装置の第１の入力端子４に接続されている。スイッチング素子２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴによって構成されており、スイッチング素子２４のドレインが、トランスの１次側巻線２１の他端に接続され、スイッチング素子２４のソースが、電圧変換装置の第２の入力端子５に接続されている。スイッチング素子２４は、駆動回路２５からゲートに供給される駆動信号に従って、トランスの１次側巻線２１に電流を流す。
【００２２】
一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、トランスの１次側から２次側への電力伝達方式としては、スイッチング素子がオンした時に１次側から２次側に電力を伝達するフォワード方式と、スイッチング素子がオフした時に１次側から２次側に電力を伝達するフライバック方式とがある。また、その他の電力伝達方式として、ハーフブリッジ方式、プッシュプル方式、フルブリッジ方式等がある。本実施形態においては、高い出力電圧を得ることができるフライバック方式を採用している。フライバック方式は、チョークコイルが不要で部品点数が少なく、回路が簡単になるというメリットを有しているが、小電力用であり、出力電圧のリップルも比較的大きい。
【００２３】
それらのＤＣ／ＤＣコンバータに共通して、スイッチング素子のオン／オフ動作で発生するスイッチングリップルは、電圧波形や電流波形を乱し、高周波ノイズ源となるだけでなく、電力伝達効率を低下させる。そこで、異なる位相で動作する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続することが有効となる。
【００２４】
トランスの１次側巻線２１に接続される回路と、トランスの２次側巻線２２に接続される回路とは、フォトカプラ等の光信号伝送素子を用いることにより、互いにアイソレートされる。例えば、制御部７０をトランスの１次側巻線２１に接続する場合には、出力電流検出回路６３及び出力電圧検出回路６４から制御部７０への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられる。一方、制御部７０をトランスの２次側巻線２２に接続する場合には、入力電流検出回路６１及び入力電圧検出回路６２から制御部７０への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられると共に、制御部７０から駆動回路２５への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられる。なお、電流を電磁誘導による起電力に基づいて検出するタイプの電流検出回路については、アイソレートのための素子を設ける必要はない。
【００２５】
図１に示すようなフライバック方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、トランスの１次側巻線２１と２次側巻線２２とが逆極性の関係となっており、スイッチング素子２４がオンしている間は、トランス２０の１次側電流は増加するが、トランス２０の２次側においてはダイオード２６で逆バイアスされているので２次側電流は流れない。トランス２０は、スイッチング素子２４がオンしている時に、コア２４にエネルギーを蓄える。
【００２６】
次に、スイッチング素子２４がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、トランス２０の電圧極性が反転して、トランス２０の２次側において電流が流れる。トランス２０の２次側電流は、トランスの２次側巻線２２に直列接続されたダイオード２６を介してコンデンサ２７に充電されることにより、コンデンサ２７の両端に直流電圧を発生させる。後で説明するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４は複数の異なる位相で動作するので、リップル電流も複数の異なる位相に分散され、その分、コンデンサ１０の容量を小さくすることができる。
【００２７】
ダイオード３１〜３４のアノードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の出力端子にそれぞれ接続されており、ダイオード３１〜３４のカソードは、インバータ４０の入力端子に接続されている。ダイオード３１〜３４によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の出力電流が合成されると共に、出力電流の逆流が防止される。なお、ダイオード３１〜３４を省略して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の出力をインバータ４０の入力端子に直接接続するようにしても良い。
【００２８】
入力電流検出回路６１は、電圧変換装置３の入力電流を検出し、入力電圧検出回路６２は、電圧変換装置３の入力電圧を検出する。また、出力電流検出回路６３は、インバータ４０の出力電流を検出し、出力電圧検出回路６４は、電圧変換装置３の出力電圧（電力系統の電圧）を検出する。
【００２９】
制御部７０は、制御信号等を生成するコントロールブロックを一体化して収めたＤＳＰ（digital signal processor：ディジタル信号処理装置）を含んでおり、ＤＳＰの内部又は外部において、ソフトウェア（制御プログラム）やデータを格納する不揮発性メモリ等の格納部７１を含んでいる。格納部７１は、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を有しており、このＬＵＴには、電圧変換装置３の動作を制御するために用いられる各種の設定値が格納されている。また、制御部７０は、各種の検出回路から出力されるアナログの検出信号をディジタルの検出信号に変換する複数のＤ／Ａコンバータを含んでいる。
【００３０】
制御部７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の電圧変換動作をパルス変調方式によるスイッチング素子のオン／オフ制御によって制御すると共に、インバータ４０の電圧変換動作及び電力系統連係回路５０の開閉動作を制御する。制御部７０は、少なくとも入力電圧検出回路６２によって検出される電圧変換装置３の入力電圧（太陽電池モジュール１の出力電圧）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する。さらに、制御部７０は、入力電圧検出回路６２の検出結果に加えて、入力電流検出回路６１、出力電流検出回路６３、及び、出力電圧検出回路６４の内の少なくとも１つの検出結果に基づいて、駆動信号の位相及びデューティを設定するようにしても良い。
【００３１】
ここで、制御部７０は、電圧変換装置３の入力電圧が所定の閾値よりも小さいときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の内の１つ以外のＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２〜１４）の動作を停止させる。即ち、電圧変換装置３の入力電圧が可動範囲に入っても所定の閾値よりも小さいときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のみが稼動する。その際に、制御部７０は、駆動信号のデューティを小さく設定し、あるいは、駆動信号における一部のパルスをマスクするスキッピングモードに移行するように、駆動回路２５を制御する。これにより、太陽電池モジュール１から電圧変換装置３に流入する突入電流をさらに小さくすることができる。
【００３２】
図３に示すように、太陽電池モジュールの出力電流は日射量の減少に伴って低下するが、その際に太陽電池モジュールから大きな電流を取り出そうとすれば、太陽電池モジュールの出力電圧が急激に低下してしまう。特に、曇天や朝夕において日照量が少ない場合には、僅かな電流を取り出すだけで、太陽電池モジュールの出力電圧が急激に低下する現象が顕著である。
【００３３】
一方、商用ＡＣ電圧を生成するためには、例えば、６００Ｖ〜７００Ｖ程度の電圧をインバータに供給する必要がある。従って、曇天時に安定な起動をさせるためには、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧比を高めなければならないが、これは、晴天時に過大な電圧をインバータに印加することになり、効率も悪い。そこで、本実施形態によれば、太陽電池モジュールから取り出す電流を抑えながら、ある程度の電力（数ｍＷ程度）を供給可能な直流電圧を生成することができる。また、その直流電圧を、制御部７０を動作させるローカル電源として利用することができる。
【００３４】
さらに、制御部７０は、電圧変換装置３の入力電圧が上昇するにつれて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を順次稼動させる。これにより、太陽電池モジュールから取り出す電流量も徐々に増やすことができ、安定な起動を実現できる。しかも、太陽電池モジュールにかかるストレスを緩和して、動作を安定化することができる。ここで、制御部７０は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを稼動させる際に、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相が互いに異なるようにする。これにより、複数のＤＣ／ＤＣコンバータが複数の異なる位相で動作するので、リップル電流が複数の異なる位相に分散され、リップル電圧（スイッチングノイズ）も低下する。
【００３５】
次に、制御部が行う制御動作の例について説明する。本実施形態においては、複数の閾値が格納部７１に格納されており、制御部７０が、入力電圧検出回路６２によって検出された入力電圧をそれらの閾値と比較する。以下において、第１の閾値Ｖｔｈ１〜第５の閾値Ｖｔｈ５の間に、０＜Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３＜Ｖｔｈ４＜Ｖｔｈ５の関係があるものとする。
【００３６】
電圧変換装置３の入力電圧Ｖｉｎが０Ｖである場合に、制御部７０は、バックアップ電源で動作し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４及びインバータ４０の動作を停止させる。０＜Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ１になると、制御部７０は、簡易な昇圧コンバータを動作させて電源電圧を生成させるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４及びインバータ４０の動作は停止させたままである。Ｖｔｈ１≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ２になると、制御部７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ４０のみを稼動させる。その際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧が分圧されることにより、電源電圧が生成される。
【００３７】
さらに、制御部７０は、Ｖｔｈ２≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ３になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を追加稼動させ、Ｖｔｈ３≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ４になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を追加稼動させ、Ｖｔｈ４≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ５になると、全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を稼動させる。あるいは、制御部７０は、Ｖｔｈ２≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ５のときに、全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を稼動させるようにしても良い。このように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を順次稼動させることにより、太陽電池モジュール１から電圧変換装置３に流れ込む電流を小さくして、太陽電池モジュール１等の特性劣化や破壊を防止し、又は、太陽電池モジュール１の発電動作を安定化することができる。一方、Ｖｉｎ≧Ｖｔｈ５になると、制御部７０は、過大入力であると判断し、安全のためにＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４及びインバータ４０の動作を停止させる。
【００３８】
さらに、複数の入力電流の値に対応して複数の閾値を格納部７１に格納することにより、制御部７０が、入力電圧検出回路６２によって検出された入力電圧を、入力電流検出回路６１によって検出された入力電流の値に対応する複数の閾値と比較するようにしても良い。そのようにすれば、太陽電池モジュール１から電圧変換装置３への過大な電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電圧変換装置の構成の一部を示す図である。第２の実施形態においては、図１に示す第１の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の替わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１〜８４が用いられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ８１は、複数の電圧変換回路（図４においては、２つの電圧変換回路８１ａ及び８１ｂを示す）によって構成される。他のＤＣ／ＤＣコンバータ８２〜８４の構成も、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１の構成とＤＣ／ＤＣコンバータ８１〜８４の出力は並列接続され、それらの接続点に、コイル９１とコンデンサ９２とによって構成されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）９０が接続される。
【００４０】
このように、絶縁型の電圧変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を用いる場合には、複数の電圧変換回路の出力を直列に接続して、出力電圧を積み上げることができる。図４によれば、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ８１〜８４が並列接続されると共に、各々のＤＣ／ＤＣコンバータは、入力が並列接続され出力が直列接続された２つの電圧変換回路を備えている。２つの電圧変換回路は、異なる位相を有する駆動信号で動作することが望ましい。この構成によれば、太陽電池モジュールの出力電圧が低い場合にも、電圧変換回路の昇圧比を高くすることなく、積み上げられた出力電圧を得ることができるので、日照量の少ないときでも効率低下を抑えることができる。
【００４１】
以上においては、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いる場合について説明したが、非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ回路又は昇降圧チョッパ回路）を用いるようにしても良い。
【００４２】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。第３の実施形態においては、図１に示す第１の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の替わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１〜１０４が用いられる。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、インダクタンス素子２８と、スイッチング素子２４と、駆動回路２５と、ダイオード２６と、コンデンサ２７とを含んでいる。他のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２〜１０４の構成も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の構成と同様である。
【００４４】
インダクタンス素子２８は、第１の端子及び第２の端子を有し、インダクタンス素子２８の第１の端子が、電圧変換装置の第１の入力端子４に接続されている。スイッチング素子２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴによって構成されており、スイッチング素子２４のドレインが、インダクタンス素子２８の第２の端子に接続され、スイッチング素子２４のソースが、電圧変換装置の第２の入力端子５に接続されている。スイッチング素子２４は、駆動回路２５からゲートに供給される駆動信号に従って、インダクタンス素子２８に電流を流す。
【００４５】
ダイオード２６は、インダクタンス素子２８の第２の端子に接続されたアノードを有し、インダクタンス素子２８の第２の端子に発生する電圧を整流する。ダイオード２６のカソードは、コンデンサ２７の一端に接続されている。コンデンサ２７は、ダイオード２６によって整流された電圧を平滑する。このようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、太陽電池モジュール１から出力される直流電圧を昇圧又は降圧する。なお、上記説明において、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を直流電圧として説明しているが、脈流電圧も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、太陽電池モジュール又は熱電発電モジュール等の発電モジュールから出力される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する電圧変換装置（パワーコンディショナ）において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 太陽電池モジュール
２ 接続部
３ 電圧変換装置
４ 第１の入力端子
５ 第２の入力端子
１０ コンデンサ
１１〜１４、８１〜８４、１０１〜１０４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ トランス
２１ １次側巻線
２２ ２次側巻線
２３ コア
２４ スイッチング素子
２５ 駆動回路
２６ ダイオード
２７ コンデンサ
２８ インダクタンス素子
４０ インバータ
５０ 電力系統連係回路
６１ 入力電流検出回路
６２ 入力電圧検出回路
６３ 出力電流検出回路
６４ 出力電圧検出回路
７０ 制御部
７１ 格納部
８１ａ、８１ｂ 電圧変換回路
９０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
９１ コイル
９２ コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール又は熱電発電モジュール等の発電モジュールから出力される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する電圧変換装置（パワーコンディショナ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽光発電システムにおいては、複数のソーラーセルによって太陽電池モジュールが構成され、太陽電池モジュールが電圧変換装置に接続されて使用される。電圧変換装置は、太陽電池モジュールから出力される直流電圧を必要に応じて昇圧又は降圧し、さらに、直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する。
【０００３】
このような太陽光発電システムにおいては、太陽電池モジュールが屋上や屋根の上に設置されるのに対して、電圧変換装置は太陽電池モジュールから離れた屋内に設置される。この点から、太陽電池モジュール等の劣化や破壊を防止し、発電動作が長期的に安定で信頼できることが望ましい。
【０００４】
ところで、電圧変換装置の入力端子には、入力電流のリップルを吸収して入力電圧を平滑するために、大容量のコンデンサが接続される場合がある。しかしながら、太陽電池モジュールを電圧変換装置に接続する場合に、太陽電池モジュールからコンデンサに突入電流が流れ込むので、突入電流が過大になると、太陽電池モジュール、電圧変換装置、又は、接続端子が劣化し、ときには破壊されてしまう。また、太陽電池モジュールの発電動作が不安定になってしまう。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、４個の半導体スイッチング素子からなり、太陽電池からの直流電力をリアクトルを介して受けるブリッジ形のスイッチング回路、及び、各半導体スイッチング素子にスイッチング制御信号を出力するパルス幅変調制御回路を有する電流形インバータ部を備え、この電流形インバータ部により太陽電池の直流電力を交流電力に変換して商用電力系統と連系する太陽光発電用電流形インバータ装置において、リアクトルの入力側で太陽電池と並列になるように平滑用コンデンサを接続することが開示されている。
【０００６】
特許文献１によれば、太陽電池にリアクトルを介して接続されたスイッチング回路の入力側で太陽電池と並列に設けられた平滑用コンデンサにより、リアクトルに対する入力電流のリップルを吸収して電圧を安定化させる。その結果、入力電流リップル吸収の全てをリアクトルに依存していた従来の電流形インバータに比べて、リアクトルの値を小さくすることができる。しかしながら、特許文献１には、太陽電池モジュールから太陽光発電用電流形インバータ装置に流れ込む突入電流を小さくすることに関しては、特に開示されていない。
【０００７】
また、特許文献２には、昇圧チョッパを並列に接続したブーストチョッパ回路のスイッチング素子を所定周期で順次遅らせて繰り返し動作させ、出力側の平滑コンデンサに流れる電流を平滑にすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３２４８４７号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−２０６１１２号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
太陽電池には、シリコン結晶型太陽電池の他に、アモルファス太陽電池や化合物半導体太陽電池等があり、個々に出力特性が異なる。これらに共通して、日照量が減ると発生電力も減り、内部インピーダンスは高まる。太陽電池の発生電圧は、内部インピーダンスを通して負荷に流れ、電圧降下してバランスする。日照量が少なければ内部インピーダンスが大きいから、パワーコンディショナ両端の入力電圧は小さくなる。即ち、曇天や朝夕の薄明時においては、太陽電池から電流を引き出すと太陽電池の出力電圧が低下し、パワーコンディショナに入力電力を供給できず、パワーコンディショナが動作しない。
【００１０】
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、太陽電池モジュールから電圧変換装置に流れ込む電流を太陽電池の動作状況に応じて最適に調整し、過大な電流の流れ込みを抑えて太陽電池モジュール等の特性劣化や破壊を防止し、又は、太陽電池モジュールの発電動作を安定化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の１つの観点に係る電圧変換装置は、光又は熱に応じて発電を行う発電モジュールに接続される電圧変換装置であって、駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子を用いて、発電モジュールから電圧変換装置の入力端子に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、電圧変換装置の入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、少なくとも入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する制御手段とを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の１つの観点によれば、入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定することにより、太陽電池モジュールから電圧変換装置に流れ込む電流を小さくして、太陽電池モジュール等の特性劣化や破壊を防止し、又は、太陽電池モジュールの発電動作を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。
【図２】太陽電池モジュールの電圧対電流特性の温度による変化を模式的に示す図である。
【図３】太陽電池モジュールの電圧対電流特性の日射量による変化を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電圧変換装置の構成の一部を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
本発明に係る電圧変換装置は、光に応じて発電を行う太陽電池モジュール、又は、熱に応じて発電を行う熱電発電モジュール等の発電モジュールに接続され、発電モジュールから出力される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給するものであり、以下の実施形態においては、太陽電池モジュール及び電圧変換装置等によって構成される太陽光発電システムを例として説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。図１に示すように、この太陽光発電システムは、光に応じて発電を行う太陽電池モジュール１と、接続端子等を含む接続部２と、太陽電池モジュール１から出力される直流電圧を所望の交流電圧に変換する電圧変換装置（パワーコンディショナ）３とによって構成される。
【００１６】
太陽電池モジュール１は、直列に接続された複数のソーラーパネルを含んでおり、各々のソーラーパネルは、直並列に接続された複数のソーラーセルを含んでいる。例えば、１５枚のソーラーパネルを直列に接続し、さらに、そのような直列パネルの数列を並列に接続することによって構成された太陽電池モジュールは、出力電圧を生成する。
【００１７】
図２は、太陽電池モジュールの電圧対電流特性の温度による変化を模式的に示す図である。図２に示すように、太陽電池モジュールの出力電圧は、温度の上昇に伴って低下する特性を有している。
【００１８】
図３は、太陽電池モジュールの電圧対電流特性の日射量による変化を模式的に示す図である。図３に示すように、太陽電池モジュールの出力電流は、日射量の減少に伴って低下する特性を有している。
【００１９】
再び図１を参照すると、電圧変換装置３は、電圧変換装置の入力端子４と入力端子５との間に接続されたコンデンサ１０と、太陽電池モジュール１から入力端子４及び５に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（図１においては、４つのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を示す）と、出力合成回路としてのダイオード３１〜３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４から出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ４０と、電力系統連係回路５０と、入力電流検出回路６１と、入力電圧検出回路６２と、出力電流検出回路６３と、出力電圧検出回路６４と、制御部７０とを有している。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、１次側の交流電圧を昇圧又は降圧して２次側に出力するトランス２０と、トランスの１次側巻線２１に直列に接続され、パルス状の駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子２４と、制御部７０から供給される制御信号に基づいて、スイッチング素子２４を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路２５と、トランスの２次側巻線２２に発生する電圧を半波整流するダイオード２６と、整流された電圧を平滑するコンデンサ２７とを含んでいる。他のＤＣ／ＤＣコンバータ１２〜１４の構成も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の構成と同様である。
【００２１】
トランス２０は、磁性体のコア２３と、コア２３に回巻された１次側巻線２１及び２次側巻線２２とを有している。なお、トランス２０に付されたドットの記号は、巻線の極性を示している。トランスの１次側巻線２１の一端は、電圧変換装置の第１の入力端子４に接続されている。スイッチング素子２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴによって構成されており、スイッチング素子２４のドレインが、トランスの１次側巻線２１の他端に接続され、スイッチング素子２４のソースが、電圧変換装置の第２の入力端子５に接続されている。スイッチング素子２４は、駆動回路２５からゲートに供給される駆動信号に従って、トランスの１次側巻線２１に電流を流す。
【００２２】
一般に、ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、トランスの１次側から２次側への電力伝達方式としては、スイッチング素子がオンした時に１次側から２次側に電力を伝達するフォワード方式と、スイッチング素子がオフした時に１次側から２次側に電力を伝達するフライバック方式とがある。また、その他の電力伝達方式として、ハーフブリッジ方式、プッシュプル方式、フルブリッジ方式等がある。本実施形態においては、高い出力電圧を得ることができるフライバック方式を採用している。フライバック方式は、チョークコイルが不要で部品点数が少なく、回路が簡単になるというメリットを有しているが、小電力用であり、出力電圧のリップルも比較的大きい。
【００２３】
それらのＤＣ／ＤＣコンバータに共通して、スイッチング素子のオン／オフ動作で発生するスイッチングリップルは、電圧波形や電流波形を乱し、高周波ノイズ源となるだけでなく、電力伝達効率を低下させる。そこで、異なる位相で動作する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続することが有効となる。
【００２４】
トランスの１次側巻線２１に接続される回路と、トランスの２次側巻線２２に接続される回路とは、フォトカプラ等の光信号伝送素子を用いることにより、互いにアイソレートされる。例えば、制御部７０をトランスの１次側巻線２１に接続する場合には、出力電流検出回路６３及び出力電圧検出回路６４から制御部７０への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられる。一方、制御部７０をトランスの２次側巻線２２に接続する場合には、入力電流検出回路６１及び入力電圧検出回路６２から制御部７０への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられると共に、制御部７０から駆動回路２５への信号経路の一部に光信号伝送素子が用いられる。なお、電流を電磁誘導による起電力に基づいて検出するタイプの電流検出回路については、アイソレートのための素子を設ける必要はない。
【００２５】
図１に示すようなフライバック方式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいては、トランスの１次側巻線２１と２次側巻線２２とが逆極性の関係となっており、スイッチング素子２４がオンしている間は、トランス２０の１次側電流は増加するが、トランス２０の２次側においてはダイオード２６で逆バイアスされているので２次側電流は流れない。トランス２０は、スイッチング素子２４がオンしている時に、コア２４にエネルギーを蓄える。
【００２６】
次に、スイッチング素子２４がオフすると、磁場が電流を維持しようとするので、トランス２０の電圧極性が反転して、トランス２０の２次側において電流が流れる。トランス２０の２次側電流は、トランスの２次側巻線２２に直列接続されたダイオード２６を介してコンデンサ２７に充電されることにより、コンデンサ２７の両端に直流電圧を発生させる。後で説明するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４は複数の異なる位相で動作するので、リップル電流も複数の異なる位相に分散され、その分、コンデンサ１０の容量を小さくすることができる。
【００２７】
ダイオード３１〜３４のアノードは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の出力端子にそれぞれ接続されており、ダイオード３１〜３４のカソードは、インバータ４０の入力端子に接続されている。ダイオード３１〜３４によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の出力電流が合成されると共に、出力電流の逆流が防止される。なお、ダイオード３１〜３４を省略して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の出力をインバータ４０の入力端子に直接接続するようにしても良い。
【００２８】
入力電流検出回路６１は、電圧変換装置３の入力電流を検出し、入力電圧検出回路６２は、電圧変換装置３の入力電圧を検出する。また、出力電流検出回路６３は、インバータ４０の出力電流を検出し、出力電圧検出回路６４は、電圧変換装置３の出力電圧（電力系統の電圧）を検出する。
【００２９】
制御部７０は、制御信号等を生成するコントロールブロックを一体化して収めたＤＳＰ（digital signal processor：ディジタル信号処理装置）を含んでおり、ＤＳＰの内部又は外部において、ソフトウェア（制御プログラム）やデータを格納する不揮発性メモリ等の格納部７１を含んでいる。格納部７１は、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を有しており、このＬＵＴには、電圧変換装置３の動作を制御するために用いられる各種の設定値が格納されている。また、制御部７０は、各種の検出回路から出力されるアナログの検出信号をディジタルの検出信号に変換する複数のＤ／Ａコンバータを含んでいる。
【００３０】
制御部７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の電圧変換動作をパルス変調方式によるスイッチング素子のオン／オフ制御によって制御すると共に、インバータ４０の電圧変換動作及び電力系統連係回路５０の開閉動作を制御する。制御部７０は、少なくとも入力電圧検出回路６２によって検出される電圧変換装置３の入力電圧（太陽電池モジュール１の出力電圧）に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する。さらに、制御部７０は、入力電圧検出回路６２の検出結果に加えて、入力電流検出回路６１、出力電流検出回路６３、及び、出力電圧検出回路６４の内の少なくとも１つの検出結果に基づいて、駆動信号の位相及びデューティを設定するようにしても良い。
【００３１】
ここで、制御部７０は、電圧変換装置３の入力電圧が所定の閾値よりも小さいときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の内の１つ以外のＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２〜１４）の動作を停止させる。即ち、電圧変換装置３の入力電圧が可動範囲に入っても所定の閾値よりも小さいときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１のみが稼動する。その際に、制御部７０は、駆動信号のデューティを小さく設定し、あるいは、駆動信号における一部のパルスをマスクするスキッピングモードに移行するように、駆動回路２５を制御する。これにより、太陽電池モジュール１から電圧変換装置３に流入する突入電流をさらに小さくすることができる。
【００３２】
図３に示すように、太陽電池モジュールの出力電流は日射量の減少に伴って低下するが、その際に太陽電池モジュールから大きな電流を取り出そうとすれば、太陽電池モジュールの出力電圧が急激に低下してしまう。特に、曇天や朝夕において日照量が少ない場合には、僅かな電流を取り出すだけで、太陽電池モジュールの出力電圧が急激に低下する現象が顕著である。
【００３３】
一方、商用ＡＣ電圧を生成するためには、例えば、６００Ｖ〜７００Ｖ程度の電圧をインバータに供給する必要がある。従って、曇天時に安定な起動をさせるためには、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧比を高めなければならないが、これは、晴天時に過大な電圧をインバータに印加することになり、効率も悪い。そこで、本実施形態によれば、太陽電池モジュールから取り出す電流を抑えながら、ある程度の電力（数ｍＷ程度）を供給可能な直流電圧を生成することができる。また、その直流電圧を、制御部７０を動作させるローカル電源として利用することができる。
【００３４】
さらに、制御部７０は、電圧変換装置３の入力電圧が上昇するにつれて、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を順次稼動させる。これにより、太陽電池モジュールから取り出す電流量も徐々に増やすことができ、安定な起動を実現できる。しかも、太陽電池モジュールにかかるストレスを緩和して、動作を安定化することができる。ここで、制御部７０は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを稼動させる際に、複数のＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相が互いに異なるようにする。これにより、複数のＤＣ／ＤＣコンバータが複数の異なる位相で動作するので、リップル電流が複数の異なる位相に分散され、リップル電圧（スイッチングノイズ）も低下する。
【００３５】
次に、制御部が行う制御動作の例について説明する。本実施形態においては、複数の閾値が格納部７１に格納されており、制御部７０が、入力電圧検出回路６２によって検出された入力電圧をそれらの閾値と比較する。以下において、第１の閾値Ｖｔｈ１〜第５の閾値Ｖｔｈ５の間に、０＜Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３＜Ｖｔｈ４＜Ｖｔｈ５の関係があるものとする。
【００３６】
電圧変換装置３の入力電圧Ｖｉｎが０Ｖである場合に、制御部７０は、バックアップ電源で動作し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４及びインバータ４０の動作を停止させる。０＜Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ１になると、制御部７０は、簡易な昇圧コンバータを動作させて電源電圧を生成させるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４及びインバータ４０の動作は停止させたままである。Ｖｔｈ１≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ２になると、制御部７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１及びインバータ４０のみを稼動させる。その際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧が分圧されることにより、電源電圧が生成される。
【００３７】
さらに、制御部７０は、Ｖｔｈ２≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ３になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を追加稼動させ、Ｖｔｈ３≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ４になると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を追加稼動させ、Ｖｔｈ４≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ５になると、全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を稼動させる。あるいは、制御部７０は、Ｖｔｈ２≦Ｖｉｎ＜Ｖｔｈ５のときに、全てのＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を稼動させるようにしても良い。このように、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４を順次稼動させることにより、太陽電池モジュール１から電圧変換装置３に流れ込む電流を小さくして、太陽電池モジュール１等の特性劣化や破壊を防止し、又は、太陽電池モジュール１の発電動作を安定化することができる。一方、Ｖｉｎ≧Ｖｔｈ５になると、制御部７０は、過大入力であると判断し、安全のためにＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４及びインバータ４０の動作を停止させる。
【００３８】
さらに、複数の入力電流の値に対応して複数の閾値を格納部７１に格納することにより、制御部７０が、入力電圧検出回路６２によって検出された入力電圧を、入力電流検出回路６１によって検出された入力電流の値に対応する複数の閾値と比較するようにしても良い。そのようにすれば、太陽電池モジュール１から電圧変換装置３への過大な電流の流れ込みを確実に防止することができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電圧変換装置の構成の一部を示す図である。第２の実施形態においては、図１に示す第１の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の替わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１〜８４が用いられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ８１は、複数の電圧変換回路（図４においては、２つの電圧変換回路８１ａ及び８１ｂを示す）によって構成される。他のＤＣ／ＤＣコンバータ８２〜８４の構成も、ＤＣ／ＤＣコンバータ８１の構成とＤＣ／ＤＣコンバータ８１〜８４の出力は並列接続され、それらの接続点に、コイル９１とコンデンサ９２とによって構成されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）９０が接続される。
【００４０】
このように、絶縁型の電圧変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を用いる場合には、複数の電圧変換回路の出力を直列に接続して、出力電圧を積み上げることができる。図４によれば、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ８１〜８４が並列接続されると共に、各々のＤＣ／ＤＣコンバータは、入力が並列接続され出力が直列接続された２つの電圧変換回路を備えている。２つの電圧変換回路は、異なる位相を有する駆動信号で動作することが望ましい。この構成によれば、太陽電池モジュールの出力電圧が低い場合にも、電圧変換回路の昇圧比を高くすることなく、積み上げられた出力電圧を得ることができるので、日照量の少ないときでも効率低下を抑えることができる。
【００４１】
以上においては、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いる場合について説明したが、非絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ回路又は昇降圧チョッパ回路）を用いるようにしても良い。
【００４２】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電圧変換装置を用いる太陽光発電システムの構成を示す図である。第３の実施形態においては、図１に示す第１の実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１１〜１４の替わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１〜１０４が用いられる。その他の点に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００４３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、インダクタンス素子２８と、スイッチング素子２４と、駆動回路２５と、ダイオード２６と、コンデンサ２７とを含んでいる。他のＤＣ／ＤＣコンバータ１０２〜１０４の構成も、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の構成と同様である。
【００４４】
インダクタンス素子２８は、第１の端子及び第２の端子を有し、インダクタンス素子２８の第１の端子が、電圧変換装置の第１の入力端子４に接続されている。スイッチング素子２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴによって構成されており、スイッチング素子２４のドレインが、インダクタンス素子２８の第２の端子に接続され、スイッチング素子２４のソースが、電圧変換装置の第２の入力端子５に接続されている。スイッチング素子２４は、駆動回路２５からゲートに供給される駆動信号に従って、インダクタンス素子２８に電流を流す。
【００４５】
ダイオード２６は、インダクタンス素子２８の第２の端子に接続されたアノードを有し、インダクタンス素子２８の第２の端子に発生する電圧を整流する。ダイオード２６のカソードは、コンデンサ２７の一端に接続されている。コンデンサ２７は、ダイオード２６によって整流された電圧を平滑する。このようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１は、太陽電池モジュール１から出力される直流電圧を昇圧又は降圧する。なお、上記説明において、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を直流電圧として説明しているが、脈流電圧も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、太陽電池モジュール又は熱電発電モジュール等の発電モジュールから出力される直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する電圧変換装置（パワーコンディショナ）において利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 太陽電池モジュール
２ 接続部
３ 電圧変換装置
４ 第１の入力端子
５ 第２の入力端子
１０ コンデンサ
１１〜１４、８１〜８４、１０１〜１０４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ トランス
２１ １次側巻線
２２ ２次側巻線
２３ コア
２４ スイッチング素子
２５ 駆動回路
２６ ダイオード
２７ コンデンサ
２８ インダクタンス素子
４０ インバータ
５０ 電力系統連係回路
６１ 入力電流検出回路
６２ 入力電圧検出回路
６３ 出力電流検出回路
６４ 出力電圧検出回路
７０ 制御部
７１ 格納部
８１ａ、８１ｂ 電圧変換回路
９０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
９１ コイル
９２ コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光又は熱に応じて発電を行う発電モジュールに接続される電圧変換装置であって、
駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子を用いて、前記発電モジュールから前記電圧変換装置の入力端子に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、
前記電圧変換装置の入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
少なくとも前記入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する制御手段と、
を具備する電圧変換装置。
【請求項２】
前記電圧変換装置の入力電圧が所定の閾値よりも小さいときに、前記制御手段が、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内の１つ以外のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させる、請求項１記載の電圧変換装置。
【請求項３】
前記電圧変換装置の入力電圧が上昇するにつれて、前記制御手段が、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを順次稼動させる、請求項１又は２記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々が、絶縁トランスを有する入力並列の複数の電力変換回路を有し、前記複数の電力変換回路の出力が直列接続されている、請求項１〜３のいずれか１項記載の電圧変換装置。
【請求項１】
光又は熱に応じて発電を行う発電モジュールに接続される電圧変換装置であって、
駆動信号に従ってオン／オフ動作を行うスイッチング素子を用いて、前記発電モジュールから前記電圧変換装置の入力端子に供給される直流電圧を昇圧又は降圧する並列接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、
前記電圧変換装置の入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
少なくとも前記入力電圧検出回路の検出結果に基づいて、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内で稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータを選択し、稼動させるＤＣ／ＤＣコンバータに供給される駆動信号の位相及びデューティを設定する制御手段と、
を具備する電圧変換装置。
【請求項２】
前記電圧変換装置の入力電圧が所定の閾値よりも小さいときに、前記制御手段が、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの内の１つ以外のＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させる、請求項１記載の電圧変換装置。
【請求項３】
前記電圧変換装置の入力電圧が上昇するにつれて、前記制御手段が、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータを順次稼動させる、請求項１又は２記載の電圧変換装置。
【請求項４】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々が、絶縁トランスを有する入力並列の複数の電力変換回路を有し、前記複数の電力変換回路の出力が直列接続されている、請求項１〜３のいずれか１項記載の電圧変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１３４６６（Ｐ２０１０−２１３４６６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７４０１（Ｐ２００９−５７４０１）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（５０２１３５９９０）沖パワーテック株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（５０２１３５９９０）沖パワーテック株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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