(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置において、電気工事の施工を容易にするとともに、限られた設置面積を無駄なく有効利用して、太陽電池モジュールの全体量を確保する。【解決手段】本発明は、太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置であって、前記太陽電池モジュールのうち、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、前記出力線路部が搬送する電力を、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量の範囲内に収まるように分配して配電する入力線路部とを備えている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置であって、
前記太陽電池モジュールのうち、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、
前記出力線路部が搬送する電力を、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量の範囲内に収まるように分配して配電する入力線路部と
を備えている電源装置。
【請求項２】
前記入力線路部による配電によって電力の分配入力を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに同期して最大電力点追従制御を行う請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記設置場所は家屋の屋根であり、前記出力線路部によって出力を一纏めにする対象は、一平面及びその平行面にそれぞれ設置されている前記太陽電池の集合体である請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
蓄電池を備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つは双方向性であり、前記蓄電池が接続される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
蓄電池を備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは双方向性であり、
前記入力線路部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々を、前記出力線路部及び前記蓄電池のいずれか一方に接続するスイッチを備えている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムを構成する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、家庭用、事業用、大規模発電所用等、広く普及しつつある。例えば家庭用の場合、家屋の屋根に太陽電池モジュールが設置される。また、屋内にはパワーコンディショナが設置され、太陽電池モジュールと接続される。パワーコンディショナは、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータを搭載している。ＤＣ／ＤＣコンバータには、太陽電池モジュールの最大出力電力に対応した入力電力容量が必要である。
【０００３】
パワーコンディショナには、ＤＣ／ＤＣコンバータを１つだけ搭載する典型的なシングル入力タイプの他、例えば３つのＤＣ／ＤＣコンバータを搭載するマルチ入力タイプのものがある（例えば、特許文献１の図１参照。）。マルチ入力タイプのパワーコンディショナにおける１つのＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量は、家庭用の場合、例えば２ｋＷであり、２ｋＷ×３で、６ｋＷの太陽電池モジュールに対応することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２０５０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１２は、切妻形の屋根に、最大出力電力２ｋＷの太陽電池モジュールを３ストリング搭載した家庭用の電源装置（太陽光発電システム）の一例を示す図である。太陽電池モジュールＭ２１，Ｍ２２，Ｍ２３はそれぞれ、例えば２本の単芯ケーブルＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３によってパワーコンディショナ１５０と接続されている。パワーコンディショナ１５０は、太陽電池モジュールＭ２１，Ｍ２２，Ｍ２３に対応した３つのＤＣ／ＤＣコンバータ１５１，１５２，１５３を内蔵している。個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量は２ｋＷである。この場合、合計６本のケーブルを接続する電気工事が必要となる。
【０００６】
図１３は、寄棟形の屋根に、最大出力電力２ｋＷの太陽電池モジュールを３ストリング搭載した家庭用の電源装置の他の例を示す図である。太陽電池モジュールＭ２４，Ｍ２５，Ｍ２６はそれぞれ、例えば２本の単芯ケーブルＣ２４，Ｃ２５，Ｃ２６によってパワーコンディショナ１５０と接続されている。パワーコンディショナ１５０は、太陽電池モジュールＭ２４，Ｍ２５，Ｍ２６に対応した３つのＤＣ／ＤＣコンバータ１５１，１５２，１５３を内蔵している。個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量は２ｋＷである。この場合も、合計６本のケーブルを接続する電気工事が必要となる。
【０００７】
このように、従来の電源装置では、太陽電池モジュールとパワーコンディショナとを互いに接続するケーブル数が多く、そのため、電気工事の施工に時間がかかり、また、ケーブルの費用が装置全体のコストを高くする一因となる。なお、太陽電池モジュールの設置場所を減らせばケーブル数は減るが、できるだけ多くの発電量を得るべく屋根の面積を有効利用したいため、設置場所を減らすことは使用者のニーズに合わない。
また、従来の電源装置において、１ストリングの出力が２ｋＷを超える場合、屋根の面積に余裕があっても１ストリングは２ｋＷ以下に抑える必要がある。
【０００８】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置において、電気工事の施工を容易にするとともに、限られた設置面積を無駄なく有効利用して、太陽電池モジュールの全体量を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置であって、前記太陽電池モジュールのうち、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、前記出力線路部が搬送する電力を、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量の範囲内に収まるように分配して配電する入力線路部とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電源装置によれば、電気工事の施工が容易で、限られた設置面積を、より有効に利用して、太陽電池モジュールの全体量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】家屋の屋根に設置された太陽電池モジュールを発電要素とする電源装置の概略を示す図である。
【図２】参考例としての電源装置の回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。
【図４】図３の電源装置の回路図である。
【図５】第２実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。
【図６】図５の電源装置の回路図である。
【図７】第３実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。
【図８】図７の電源装置の回路図である。
【図９】第４実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。
【図１０】第５実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。
【図１１】第６実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。
【図１２】切妻形の屋根に、太陽電池モジュールを３ストリング搭載した電源装置の一例を示す図である。
【図１３】寄棟形の屋根に、太陽電池モジュールを３ストリング搭載した電源装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
【００１３】
（１）これは、太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置であって、前記太陽電池モジュールのうち、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、前記出力線路部が搬送する電力を、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量の範囲内に収まるように分配して配電する入力線路部とを備えている。
なお、最大電力点（Maximum Power Point）とは、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御）における目標点である。
【００１４】
上記のように構成された電源装置では、出力線路部により、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す。従って、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体について別々の出力線路部（例えばケーブル）を設けてＤＣ／ＤＣコンバータまで配線する必要がない。そのため、出力線路部は最小限数で足り、当該電源装置の電気工事の施工が容易となる。また、入力線路部で分配して配電を行うことができるので、出力線路部が搬送する電力は個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を超えてもよい。これにより、入力電力容量の制約から太陽電池モジュールの設置面積を抑える必要がなくなる。すなわち、限られた設置面積を、より有効に利用して、太陽電池モジュールの全体量を確保することができる。
【００１５】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作上は、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量に合わせて太陽電池モジュールの設置面積を抑える必要は、必ずしもない。
但し、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を超える太陽電池モジュールを設置した場合、太陽電池モジュールの発電量を最大限に引き出せないので、余分に設置した太陽電池モジュール分は無駄となる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量程度の太陽電池モジュールを接続する場合が多い。
【００１６】
（２）また、前記（１）の電源装置において、前記入力線路部による配電によって電力の分配入力を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに同期して最大電力点追従制御を行うことが好ましい。
この場合、共通の出力線路部に合流して搬送されてきた電力については、並列の関係にある複数のＤＣ／ＤＣコンバータが互いに同期して最大電力点追従制御を行うことにより、太陽電池の集合体全体から、その時点の最大電力を引き出すことができる。
【００１７】
（３）また、前記（１）又は（２）の電源装置では、前記設置場所は家屋の屋根であり、前記出力線路部によって出力を一纏めにする対象は、一平面及びその平行面にそれぞれ設置されている前記太陽電池の集合体である。
この場合、屋根の一平面のみならず、それと平行な面も日射条件は近似するので、最大電力点の電圧値が近似する。そこで、これらの面の太陽電池の集合体については、一旦一纏めにして扱い、ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力時に必要に応じて配電することにより、複雑な形状の屋根の面積を最大限に利用した太陽電池の設置が可能となる。
【００１８】
（４）また、前記（１）〜（３）のいずれかの電源装置は、蓄電池を備え、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つは双方向性であり、前記蓄電池が接続される構成であってもよい。
この場合、直流電源として、太陽電池と蓄電池とを併用することができる。また、商用電力系統から夜間電力による蓄電池の充電、又は、太陽光発電の余剰電力による蓄電池の充電を行うことができる。
【００１９】
（５）また、前記（１）〜（３）のいずれかの電源装置は、蓄電池を備え、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは双方向性であり、前記入力線路部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々を、前記出力線路部及び前記蓄電池のいずれか一方に接続するスイッチを備えているものであってもよい。
この場合の電源装置は、太陽電池モジュールからＤＣ／ＤＣコンバータへの電力供給、蓄電池からＤＣ／ＤＣコンバータへの電力供給、商用電力系統から夜間電力による蓄電池の充電、及び、太陽光発電の余剰電力による蓄電池の充電、のいずれでも行うことができる。
【００２０】
［実施形態の詳細］
以下、図面を参照して説明する。まず、本発明の実施形態に係る電源装置の基礎となる参考例から説明する。
【００２１】
《参考例》
図１は、家屋の屋根に設置された太陽電池モジュールを発電要素とする電源装置の概略を示す図である。この屋根は寄棟形であり、４面のうちの３面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュール（太陽光発電パネル）の設置に適している。そこで、例えば３ストリングの太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３が３面に設けられている。
【００２２】
太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の最大出力は共に同じであり、例えば２ｋＷである。但し、設置場所（位置、角度等）の観点から３面に設置された太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対する日射条件は互いに常に近似するとは言えない。太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３はそれぞれ、例えば２本の単芯のケーブルＣ１，Ｃ２，Ｃ３を介して、パワーコンディショナ５０と接続されている。この場合のケーブル本数は、合計６本となる。パワーコンディショナ５０は、屋外又は屋内に設けられる。
【００２３】
図２は、参考例としての電源装置１００の回路図である。太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３はそれぞれ、出力線路部Ｃ（ケーブルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に相当する。）を介してパワーコンディショナ５０と接続されている。パワーコンディショナ５０は、太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の直流出力を統合し、交流に変換して出力することにより、商用電力系統２０との系統連系や、家屋内への電力供給をすることができる。
【００２４】
パワーコンディショナ５０は、マルチ入力タイプであり、太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対応した３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７を備えている。すなわち、太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７と一対一に対応している。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の入力電力容量はそれぞれ、太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の最大出力を入力することができる値となっており、例えば、２ｋＷである。
【００２５】
太陽電池モジュールＭ１の出力は、パワーコンディショナ５０内において入力線路部１及びコンデンサ２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、ＤＣリアクトルＬｂ、スイッチング素子Ｑｂ及びダイオードＤｂを図示のように接続して成る昇圧チョッパ回路である。スイッチング素子Ｑｂは例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）であり、制御部１２により、オン／オフ制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３は、太陽電池モジュールＭ１から入力される電圧・電流に対して調整を施すことにより最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御）を行う。
【００２６】
なお、制御部１２は、例えばＣＰＵ、メモリ等を内蔵し、ソフトウェア主体で動作するものであってもよいし、また、ソフトウェアに依存せずハードウェアのみで構成されたものであってもよい。
【００２７】
同様に、太陽電池モジュールＭ２の出力は、パワーコンディショナ５０内において入力線路部１及びコンデンサ４を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と同じ構成であり、制御部１２により、オン／オフ制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ５は、太陽電池モジュールＭ２から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。
【００２８】
また同様に、太陽電池モジュールＭ３の出力は、パワーコンディショナ５０内において入力線路部１及びコンデンサ６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と同じ構成であり、制御部１２により、オン／オフ制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ７は、太陽電池モジュールＭ３から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。
【００２９】
このように、設置場所の異なる太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３に対してそれぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７がＭＰＰＴ制御を行うことにより、日射条件に応じた最適な制御を行い、その時点での最大電力を引き出すことができる。
【００３０】
上記３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の出力は共通のＤＣバス８に接続され、統合される。ＤＣバス８の直流出力は、コンデンサ９を経て、インバータ１０により交流出力に変換される。インバータ１０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を図示のようなフルブリッジ状に接続したものである。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、制御部１２によりオン／オフ制御される。ＡＣリアクトルＬｆ１，Ｌｆ２及びコンデンサＣｆによって構成されるフィルタ１１は、インバータ１０の出力に含まれる高周波成分を除去する。こうして、商用電力系統２０と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ５０から出力される。
【００３１】
なお、制御部１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の一部でもあり、また、インバータ１０の一部でもある。
【００３２】
《第１実施形態》
図３は、本発明の第１実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は寄棟形であり、例えば４面のうちの２面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、２ストリングの太陽電池モジュールＭ４，Ｍ５が、２面に設けられている。
【００３３】
ここで、例えば、太陽電池モジュールＭ４の最大出力は４ｋＷ、太陽電池モジュールＭ５の最大出力は２ｋＷである。設置場所（位置、角度等）の観点から２面に設置された太陽電池モジュールＭ４，Ｍ５に対する日射条件は互いに常に近似するとは言えない。従って、太陽電池モジュールＭ４，Ｍ５について、それらの最大電力点の電圧値が近似する、とは言えない。但し、太陽電池モジュールＭ４について、これが仮に、複数枚に分かれていたとしても、それらの最大電力点の電圧値は近似する。太陽電池モジュールＭ５についても同様である。
太陽電池モジュールＭ４，Ｍ５はそれぞれ、例えば２本の単芯のケーブルＣ４，Ｃ５を介して、パワーコンディショナ５０と接続されている。この場合のケーブル本数は、合計４本となる。パワーコンディショナ５０は、通常は、屋内に設けられる。ケーブルＣ４からパワーコンディショナ５０内に入った電路は、２つに分かれている。
【００３４】
図４は、電源装置１００の回路図である。図２との違いは、太陽電池モジュールのストリング構成、及び、入力線路部１であり、その他は、図２と同様である。
太陽電池モジュールＭ４，Ｍ５はそれぞれ、出力線路部Ｃ（ケーブルＣ４，Ｃ５に相当する。）を介してパワーコンディショナ５０と接続されている。太陽電池モジュールＭ４からの入力は、入力線路部１で分配され、それぞれコンデンサ２及び４を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び５に配電される。従って、４ｋＷは２ｋＷずつに分けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５のそれぞれの入力電力容量として受け入れ可能となる。
【００３５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５は、制御部１２により、オン／オフ制御され、かつ、互いに同期して制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３，５は、太陽電池モジュールＭ４から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。こうして、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を超える４ｋＷの太陽電池モジュールＭ４の出力について、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５により同期してＭＰＰＴ制御を実行することができる。
【００３６】
一方、太陽電池モジュールＭ５の出力は、パワーコンディショナ５０内において入力線路部１及びコンデンサ６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力される。ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、制御部１２により、オン／オフ制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ７は、太陽電池モジュールＭ５から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。
【００３７】
このように、設置場所も出力も異なる太陽電池モジュールＭ４，Ｍ５に対してそれぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ３及び５並びに７がＭＰＰＴ制御を行うことにより、日射条件に応じた最適な制御を行い、その時点での最大電力を引き出すことができる。
【００３８】
上記３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の出力は共通のＤＣバス８に接続され、統合される。ＤＣバス８の直流出力は、コンデンサ９を経て、インバータ１０により交流出力に変換される。ＡＣリアクトルＬｆ１，Ｌｆ２及びコンデンサＣｆによって構成されるフィルタ１１は、インバータ１０の出力に含まれる高周波成分を除去する。こうして、商用電力系統２０と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ５０から出力される。
【００３９】
《第２実施形態》
図５は、第２実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は切妻形であり、例えば２面のうちの１面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、太陽電池モジュールＭ６は、１ストリングで１面に設けられている。この場合、太陽電池モジュールＭ６は１ストリングであるので、最大電力点の電圧値は１つである。但し、太陽電池モジュールＭ６について、これが仮に、複数枚に分かれていたとしても、それらの最大電力点の電圧値は近似する。
【００４０】
ここで、例えば、太陽電池モジュールＭ６の最大出力は６ｋＷである。太陽電池モジュールＭ６は、例えば２本の単芯のケーブルＣ６を介して、パワーコンディショナ５０と接続されている。この場合のケーブル本数は、合計２本となる。パワーコンディショナ５０は、通常は、屋内に設けられる。ケーブルＣ６からパワーコンディショナ５０内に入った電路は、３つに分かれている。
【００４１】
図６は、電源装置１００の回路図である。図２との違いは、太陽電池モジュールのストリング構成、及び、入力線路部１であり、その他は、図２と同様である。
太陽電池モジュールＭ６は、出力線路部Ｃ（ケーブルＣ６に相当する。）を介してパワーコンディショナ５０と接続されている。太陽電池モジュールＭ６からの入力は、入力線路部１で３分配され、それぞれコンデンサ２，４，６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７に配電される。従って、６ｋＷは２ｋＷずつに分けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７のそれぞれの入力電力容量として受け入れ可能となる。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７は、制御部１２により、オン／オフ制御され、かつ、互いに同期して制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７は、太陽電池モジュールＭ６から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。こうして、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を超える６ｋＷの太陽電池モジュールＭ６の出力について、３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７により同期してＭＰＰＴ制御を実行することができる。
【００４３】
このように、太陽電池モジュールＭ６に対して３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７が同期してＭＰＰＴ制御を行うことにより、日射条件に応じた最適な制御を行い、その時点での最大電力を引き出すことができる。
【００４４】
上記３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の出力は共通のＤＣバス８に接続され、統合される。ＤＣバス８の直流出力は、コンデンサ９を経て、インバータ１０により交流出力に変換される。ＡＣリアクトルＬｆ１，Ｌｆ２及びコンデンサＣｆによって構成されるフィルタ１１は、インバータ１０の出力に含まれる高周波成分を除去する。こうして、商用電力系統２０と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ５０から出力される。
【００４５】
《第３実施形態》
図７は、第３実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は寄棟形の複合タイプであり、例えば、６面のうちの３面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、３ストリングの太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８，Ｍ９が、３面に設けられている。太陽電池モジュールＭ７とＭ８とは、面は異なるが、互いに平行な面である。従って、太陽電池モジュールＭ７とＭ８とは、日射条件が互いに近似する。
【００４６】
ここで、例えば、太陽電池モジュールＭ７の最大出力は３ｋＷ、太陽電池モジュールＭ８の最大出力は１ｋＷ、太陽電池モジュールＭ９の最大出力は２ｋＷである。設置場所（位置、角度等）の観点から太陽電池モジュールＭ９と、太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８とでは、日射条件が互いに常に近似するとは言えない。しかし、太陽電池モジュールＭ７とＭ８とは、日射条件が常に互いに近似している。従って、太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８について、それらの最大電力点の電圧値は、互いに近似している。
そこで、太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８の出力を一纏めにする。一纏めにする手段としては、例えば、合流点Ｊで電路を合流させる集電ケーブルを使用するか、又は、合流点Ｊに接続箱を使用する。
【００４７】
こうして、太陽電池モジュールＭ７及びＭ８は例えば２本の単芯の集電ケーブルＣ７を介して、また、太陽電池モジュールＭ９は例えば２本の単芯のケーブルＣ９を介して、それぞれパワーコンディショナ５０と接続される。この場合のケーブル本数は、合計４本となる。パワーコンディショナ５０は、通常は、屋内に設けられる。集電ケーブルＣ７からパワーコンディショナ５０内に入った電路は、２つに分かれている。
【００４８】
図８は、電源装置１００の回路図である。図２との違いは、太陽電池モジュールのストリング構成、出力線路部Ｃ、及び、入力線路部１であり、その他は、図２と同様である。
太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８は、出力線路部Ｃ（集電ケーブルＣ７に相当する。）を介してパワーコンディショナ５０と接続されている。また、太陽電池モジュールＭ９は、出力線路部Ｃ（ケーブルＣ９に相当する。）を介してパワーコンディショナ５０と接続されている。太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８からの入力は、入力線路部１で分配され、それぞれコンデンサ２及び４を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３及び５に配電される。従って、４ｋＷ（３ｋＷ＋１ｋＷ）は２ｋＷずつに分けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５のそれぞれの入力電力容量として受け入れ可能となる。
【００４９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５は、制御部１２により、オン／オフ制御され、かつ、互いに同期して制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３，５は、太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。こうして、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を超える合計４ｋＷの太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８の出力について、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５により同期してＭＰＰＴ制御を実行することができる。
【００５０】
一方、太陽電池モジュールＭ９の出力は、パワーコンディショナ５０内において入力線路部１及びコンデンサ６を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に入力され、制御部１２により、オン／オフ制御される。制御部１２によって制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ７は、太陽電池モジュールＭ９から入力される電圧・電流に対して調整を施すことによりＭＰＰＴ制御を行う。
【００５１】
このように、設置場所も出力も異なる太陽電池モジュールＭ７及びＭ８並びにＭ９に対してそれぞれのＤＣ／ＤＣコンバータ３及び５並びに７がＭＰＰＴ制御を行うことにより、日射条件に応じた最適な制御を行い、その時点での最大電力を引き出すことができる。
【００５２】
上記３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の出力は共通のＤＣバス８に接続され、統合される。ＤＣバス８の直流出力は、コンデンサ９を経て、インバータ１０により交流出力に変換される。ＡＣリアクトルＬｆ１，Ｌｆ２及びコンデンサＣｆによって構成されるフィルタ１１は、インバータ１０の出力に含まれる高周波成分を除去する。こうして、商用電力系統２０と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ５０から出力される。
【００５３】
《第１〜３実施形態のまとめ》
以上詳述したように、図４，図６，図８に示した電源装置１００では、出力線路部Ｃにより、同一面又は平行面にあることによって日射条件が近似している太陽電池の集合体（太陽電池モジュール）については、出力を一纏めにして引き出す。より正確且つ普遍的に言えば、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す、ということである。従って、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体について別々の出力線路部Ｃを設けてＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７まで配線する必要はない。そのため、出力線路部Ｃ（ケーブル数）は最小限数で足り、当該電源装置１００の電気工事の施工が容易となる。
【００５４】
また、入力線路部１で分配して配電を行うことができるので、出力線路部Ｃが搬送する電力は個々のＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の入力電力容量を超えてもよい。これにより、入力電力容量の制約から太陽電池モジュールの設置面積を抑える必要がなくなる。すなわち、限られた設置面積を、より有効に利用して、太陽電池モジュールの全体量を確保することができる。
【００５５】
また、前述のように、入力線路部１による配電によって電力の分配入力を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに同期して最大電力点追従制御を行う。この場合、共通の出力線路部に合流して搬送されてきた電力については、並列の関係にある複数のＤＣ／ＤＣコンバータが互いに同期して最大電力点追従制御を行うことにより、その時点の最大電力を引き出すことができる。
【００５６】
そして、出力線路部Ｃによって出力を一纏めにする対象は、一平面及びその平行面にそれぞれ設置されている太陽電池の集合体である。つまり、屋根の一平面のみならず、それと平行な面も日射条件は近似していて、最大電力点の電圧値は近似するので、一旦一纏めにして扱い、ＤＣ／ＤＣコンバータへの入力時に必要に応じて配電することにより、複雑な形状の屋根の面積を最大限に利用した太陽電池の設置が可能となる。
【００５７】
なお、太陽電池の入力接続パターン（出力線路部Ｃの態様）に応じて、３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７を用いてＭＰＰＴ制御をする場合は、上述の例を含めて以下のようになる。
【００５８】
【表１】
2020115747.tif 000003
【００５９】
表１において、図１，図２に示す「３入力」の場合（参考例）、３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７がそれぞれＭＰＰＴ制御を行う。図３，図４又は図７，図８に示すパターンを「２入力−１」とすると、この場合は、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５が同期したＭＰＰＴ制御を行い、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ７は単独でＭＰＰＴ制御を行う。また、「２入力−２」として、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ５，７が同期したＭＰＰＴ制御を行い、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ３が単独でＭＰＰＴ制御を行うようにしてもよい。さらに、「２入力−３」として、２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，７が同期したＭＰＰＴ制御を行い、１つのＤＣ／ＤＣコンバータ５が単独でＭＰＰＴ制御を行うようにしてもよい。
【００６０】
３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の入力電力容量が互いに同じであれば、２入力を３パターンに分ける意義は乏しいが、入力電力容量が異なる場合は、太陽電池モジュールからの出力に応じて受け側のＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の組み合わせを考える意義がある。
また、図５，図６に示す「１入力」の場合、３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７が互いに同期してＭＰＰＴ制御を行う。
パワーコンディショナ５０に、このようなＭＰＰＴ制御のパターンの切り替えを簡単に行うことができる設定機能を持たせることにより、太陽電池モジュールの配置に適したパターンを、施工時に容易に設定することができる。
【００６１】
《第４実施形態》
次に、太陽電池の他に、蓄電池を用いる電源装置について説明する。
図９は、第４実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根は図７と同様、寄棟形の複合タイプであり、例えば、６面のうちの２面が、陽当たりがよく、太陽電池モジュールの設置に適している。そこで、２ストリングの太陽電池モジュールＭ１１（１ｋＷ），Ｍ１２（３ｋＷ）が、２面に設けられている。太陽電池モジュールＭ１１とＭ１２とは、面は異なるが、互いに平行な面である。従って、太陽電池モジュールＭ１１とＭ１２とは、日射条件が互いに近似する。
【００６２】
そこで、第３実施形態と同様に、太陽電池モジュールＭ１１，Ｍ１２については例えば集電ケーブルＣ１１を用いて出力を一纏めにする。そして、一纏めにした出力は、パワーコンディショナ５０内で２分配され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５へ入力される。もう一つのＤＣ／ＤＣコンバータ７Ａは、双方向性であり、ここには、ケーブルＣ３０を介して蓄電池３０が接続されている。なお、双方向性とするには、例えば図８のＤＣ／ＤＣコンバータ７におけるダイオードＤｂを、スイッチング素子に置き換えればよい（以下、双方向性と言う場合は同様である。）。
【００６３】
３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の出力はインバータ１０により交流出力に変換され、商用電力系統２０と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ５０から出力される。また、交流出力は、家屋内で使用される電力にもなる。パワーコンディショナ５０内の各部は、制御部１２によって制御される。インバータ１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータとして逆方向に使用することもできる。
【００６４】
このような電源装置では、１台のパワーコンディショナ５０に２種類の直流電源（太陽電池、蓄電池）を接続し、併用することができる。例えば、太陽電池モジュールＭ１１，Ｍ１２の発電電力を家屋内の負荷で使用する場合は、その余剰電力を蓄電池３０に充電することができる。また、商用電力系統２０から夜間電力を蓄電池３０に充電しておき、昼間に蓄電池３０から負荷に電力を提供することができる。なお、夜間電力を蓄電池３０に充電する際は、インバータ１０が整流回路となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ７Ａが降圧回路となる。
【００６５】
《第５実施形態》
図１０は、第５実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。この屋根及び太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８，Ｍ９の配置は、図７（第３実施形態）と同様である。そこで、第３実施形態と同様に、太陽電池モジュールＭ７，Ｍ８については例えば集電ケーブルＣ７を用いて出力を一纏めにする。そして、一纏めにした出力は、スイッチＳＷ１を介して、パワーコンディショナ５０内で２分配され、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ，５Ａへ入力される。もう一つのＤＣ／ＤＣコンバータ７Ａも、双方向性であり、ケーブルＣ９からスイッチＳＷ２を介して、太陽電池モジュールＭ９の出力が与えられる。太陽電池モジュールＭ７〜Ｍ９からパワーコンディショナ５０への入力電圧は、電圧センサ１３，１４により検知される。なお、電圧センサに代えて電流センサでもよい。
【００６６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の入力側にはそれぞれ、スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５を介して蓄電池３０が接続されている。
３つのＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７の出力はインバータ１０により交流出力に変換され、商用電力系統２０と系統連系可能な交流電圧・電流が、パワーコンディショナ５０から出力される。また、交流出力は、家屋内で使用される電力にもなる。パワーコンディショナ５０内の各部（スイッチＳＷ１〜ＳＷ５も含む。）は、制御部１２によって制御される。電圧センサ１３，１４の出力信号は制御部１２に提供される。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５は、入力線路部１を構成している。インバータ１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータとして逆方向に使用することもできる。
【００６７】
このような電源装置では、日中はスイッチＳＷ３〜ＳＷ５を開き、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を閉じる。これにより、蓄電池３０を切り離した状態で、太陽電池モジュールＭ７〜Ｍ９とパワーコンディショナ５０とを接続し、系統連系をすることができる。逆に、夜間は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を開き、スイッチＳＷ３〜ＳＷ５を閉じて、太陽電池モジュールＭ７〜Ｍ９を切り離し、夜間電力を蓄電池３０に蓄えることができる。
【００６８】
また、雨天等で、太陽電池モジュールＭ７〜Ｍ９が発電しないときは、これを電圧センサ１３，１４によって検知する。電圧センサ１３，１４の出力信号を受けた制御部１２は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を開き、スイッチＳＷ３〜ＳＷ５を閉じて、太陽電池モジュールＭ７〜Ｍ９を切り離し、蓄電池３０の放電により負荷に電力を供給する。なお、この制御は、ケーブルＣ７，Ｃ９単位で行うことができる。例えば、ケーブルＣ９の電圧すなわち、太陽電池モジュールＭ９が発電していないときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７Ａの入力のみ、太陽電池モジュールＭ９から蓄電池３０に切り替えることもできる。但し、蓄電池３０の放電により電力を提供するときは、系統連系はせず、家屋内の負荷への電力供給のみとなる。
【００６９】
《第６実施形態》
図１１は、第６実施形態に係る電源装置の概略を示す図である。図１０との違いは、３モジュールの蓄電池３１，３２，３３がＤＣ／ＤＣコンバータ３，５，７にそれぞれ対応して設けられた点であり、それ以外は図１０と同じである。動作も、第５実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００７０】
《その他》
なお、上記各実施形態では、マルチ入力の例として３つのＤＣ／ＤＣコンバータを備えたパワーコンディショナ５０を示したが、３以外の複数であっても同様に、入力線路部１による分配、あるいは、出力線路部Ｃによる一纏め、を適用することができる。
【００７１】
なお、上記各実施形態は、一般家庭の家屋の屋根に太陽電池モジュールを設置する場合について述べたが、事業用の小規模太陽光発電や、大規模太陽光発電（メガソーラー）においても、設置場所によっては同様な日射条件の違いが生じる場合がある。このような場合にも、上述の電源装置と同様に、日射条件が近似する太陽電池の集合体については、出力を一纏めにして引き出す出力線路部を設け、出力線路部が搬送する電力を、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量の範囲内に収まるように分配して配電する入力線路部とを設けることができる。
【００７２】
なお、上記各実施形態では、日射条件が近似するという一事例を挙げたが、前述のように、より正確且つ普遍的に言えば、最大電力点の電圧値が近似する太陽電池の集合体について出力を一纏めにする、ということである。すなわち、共通のＭＰＰＴ制御ができる太陽電池の集合体については、その出力を一纏めにし、かつ、必要に応じてパワーコンディショナ側で分配し、複数のＤＣ／ＤＣコンバータにて、電力変換を行うことができる。
【００７３】
また、上記各実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータを複数備えたマルチ入力タイプのパワーコンディショナ５０を示したが、シングル入力タイプのパワーコンディショナを複数個並べて同様な制御を行うことは可能である。但し、この場合は、分配して配電された入力を受けるＤＣ／ＤＣコンバータ間で同期制御を行うべく、１つのパワーコンディショナの枠を超えた共通の制御部が必要である。
【００７４】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７５】
１  入力線路部
２  コンデンサ
３，３Ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４  コンデンサ
５，５Ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
６  コンデンサ
７，７Ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
８  ＤＣバス
９  コンデンサ
１０  インバータ
１１  フィルタ
１２  制御部
１３，１４  電圧センサ
２０  商用電力系統
３０，３１〜３３  蓄電池
５０  パワーコンディショナ
１００  電源装置
１５０  パワーコンディショナ
１５１〜１５３  ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｃ  出力線路部
Ｃ１〜Ｃ６，Ｃ９，Ｃ２１〜Ｃ２６，Ｃ３０  ケーブル
Ｃ７，Ｃ１１  集電ケーブル
Ｃｆ  コンデンサ
Ｄｂ  ダイオード
Ｊ  合流点
Ｌｂ  ＤＣリアクトル
Ｌｆ１，Ｌｆ２  ＡＣリアクトル
Ｍ１〜Ｍ９，Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１〜Ｍ２６  太陽電池モジュール
Ｑ１〜Ｑ４，Ｑｂ  スイッチング素子
ＳＷ１〜ＳＷ５  スイッチ
【図１】
2020115747.tif 000004
【図２】
2020115747.tif 000005
【図３】
2020115747.tif 000006
【図４】
2020115747.tif 000007
【図５】
2020115747.tif 000008
【図６】
2020115747.tif 000009
【図７】
2020115747.tif 000010
【図８】
2020115747.tif 000011
【図９】
2020115747.tif 000012
【図１０】
2020115747.tif 000013
【図１１】
2020115747.tif 000014
【図１２】
2020115747.tif 000015
【図１３】
2020115747.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月11日(2020.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータによって受ける電源装置であって、
最大電力点の電圧値が近似し、個々の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を上回る電力を発電可能な太陽電池モジュールについては、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、
前記出力線路部が出力を一纏めにして引き出す前記太陽電池モジュールに基づいて予め設定された複数個のＤＣ／ＤＣコンバータに対して、前記出力線路部が搬送する電力を分配して配電する入力線路部と、を備える、電源装置。
【請求項２】
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータに対して最大電力点追従制御を行う制御部と、
前記入力線路部が分配して配電する、前記予め設定されたＤＣ／ＤＣコンバータに応じて、互いに同期した最大電力点追従制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータの組合せを切替える切替部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記切替部による切替え設定に応じて、前記入力線路部による分配入力を受ける複数のＤＣ／ＤＣコンバータに対して、互いに同期した最大電力点追従制御を行う、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記太陽電池モジュールの設置場所は家屋の屋根であり、
前記出力線路部は、前記家屋の屋根の一平面に設置されている前記太陽電池モジュールの出力を一纏めにして引き出す請求項１又は請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
蓄電池をさらに備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータのうち、少なくとも１つは双方向性であり、前記蓄電池が接続される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
蓄電池をさらに備え、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータは双方向性であり、
前記入力線路部は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータの各々を、前記出力線路部及び前記蓄電池のいずれか一方に接続するスイッチを備えている請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
太陽電池モジュールの出力を複数のＤＣ／ＤＣコンバータに分配する分配システムであって、
最大電力点の電圧値が近似し、個々の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を上回る電力を発電可能な太陽電池モジュールについては、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と、
前記出力線路部が出力を一纏めにして引き出す前記太陽電池モジュールに基づいて予め設定された複数個のＤＣ／ＤＣコンバータに対して、前記出力線路部が搬送する電力を分配して配電する入力線路部と、を備える、分配システム。
【請求項７】
太陽電池モジュールの出力を変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータと、
最大電力点の電圧値が近似し、個々の前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力電力容量を上回る電力を発電可能な太陽電池モジュールについては、出力を一纏めにして引き出す出力線路部と接続され、前記出力線路部が出力を一纏めにして引き出す前記太陽電池モジュールに基づいて予め設定された複数個のＤＣ／ＤＣコンバータに対して、前記出力線路部が搬送する電力を分配して配電する入力線路部と、を備える、電力変換装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムを構成する電源装置、分配システム、及び電力変換装置に関する。