(57)【要約】【課題】均等化回路を廃止することを可能とし、それにより制御の簡略化と小型化を実現可能な太陽電池分散蓄電システムを提供する。【解決手段】太陽電池アレイ２０の全ての太陽電池セル２４に対して、単一の蓄電池を設け、その単一の蓄電池に、全ての太陽電池セル２４によって発電された電力を蓄電するのではなく、太陽電池アレイ２０を構成する各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃごとに、直列数が１のリチウムイオン電池セルからなるリチウムイオン電池ＬｉＢを設けた。このため、従来、必要であった均等化回路を廃止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルからなる太陽電池システム（２０）と、
前記太陽電池システムを所望数の太陽電池セルごとに分割し、その分割した太陽電池システム（以下、分割システム（２２Ａ〜２２Ｃ）という）に対して、
電力を蓄電する蓄電池（ＬｉＢ）と、
前記蓄電池の使用電圧範囲において、該当する分割システムに属する太陽電池セルによって発電された電力による前記蓄電池の充電と、当該蓄電池からの放電とを制御する充放電回路（３０）と、
前記分割システムに属する太陽電池セルによって発電された電力及び前記蓄電池から放電された電力を外部に出力するための電源回路（４０、５０，６０）と、がそれぞれ設けられ、
前記蓄電池は、直列数が１の蓄電セルからなることを特徴とする太陽電池分散蓄電システム。
【請求項２】
前記太陽電池システムは複数の太陽電池パネルを有し、各太陽電池パネルには複数の太陽電池セルが含まれており、前記分割システムは、前記太陽電池パネルを単位として太陽電池セルを分割したものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項３】
前記蓄電池、前記充放電回路、及び前記電源回路は、対応する前記太陽電池パネルにおいて、太陽光を受ける面とは反対側の面に搭載されることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項４】
前記充放電回路は、前記蓄電池を充電するときには、前記分割システムに属する前記太陽電池セルによる発電電力に基づく電圧を、より低い電圧に変換して前記蓄電池に印加し、前記蓄電池から放電するときには、前記蓄電池が発生する電圧を、より高い電圧に昇圧することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項５】
前記充放電回路は、前記蓄電池の温度が第１の所定温度以上に上昇したとき、前記蓄電池の放電を行うことを特徴とする請求項１乃至４に記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項６】
前記太陽電池セルの発電電力に基づく電圧は、温度上昇とともに低下する負特性を示すものであり、
第２の所定の温度以上となったとき、前記分割システムに属する前記太陽電池セルの発電電力に基づく電圧が前記蓄電池の使用電圧範囲の上限電圧以下となるように、前記分割システムに属する太陽電池セルの数が設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項７】
前記電源回路（４０）は、前記分割システムに属する前記太陽電池セルによって発電された電力及び前記蓄電池から放電された電力を外部に出力する際に、高圧電力に変換するためのトランス回路を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項８】
前記電源回路（４０）は、前記分割システムに属する前記太陽電池セルによって発電された電力及び前記蓄電池から放電された電力に基づく電圧を、直流−交流変換するＤＣ／ＡＣインバータを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項９】
前記電源回路（５０，６０）は、前記分割システムに属する前記太陽電池セルによって発電された電力及び前記蓄電池から放電された電力に基づく電圧を、直流のまま電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（５０）を有し、
さらに、各分割システムのＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子を直列接続して、各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を積算し、その積算電圧を直流／交流変換するＤＣ／ＡＣインバータ（６０）を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項１０】
前記各システムのＤＣ／ＤＣコンバータは、積算される前記各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が所望の電圧となるように、当該ＤＣ−ＤＣコンバータへの入力電圧に応じて、昇圧動作と降圧動作とを切り換え可能であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池分散蓄電システム。
【請求項１１】
前記蓄電池は、リチウムイオン電池又はリチウムイオンキャパシタであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の太陽電池分散蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の太陽電池セルからなる太陽電池システムを所望数の太陽電池セルごとに分割し、その分割した太陽電池システム毎に、太陽電池セルが発電した電力を蓄電するリチウムイオン電池などの蓄電池を設けた太陽電池分散蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、太陽電池によって発電された電力を蓄電する蓄電池を設け、太陽の日照が不十分な場合などに、蓄電池から放電を行うことを可能とした太陽光発電システムが記載されている。また、特許文献２には、蓄電池を太陽電池の裏側に設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１８１５５６号公報
【特許文献２】特開平１０−３１５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した蓄電池として、高容量で小型なリチウムイオン電池を用いることが考えられる。リチウムイオン電池の１セル当りの使用電圧範囲は、２〜４Ｖ程度である。従って、リチウムイオン電池により蓄電池を構成する場合、通常は、多数の電池セルを直列接続して、充電可能な電圧を高める必要がある。
【０００５】
ただし、このように多数の電池セルを直列接続する場合には、特定の電池セルが過充電状態や過放電状態となることを防止すべく、各電池セルの電池残量を均等化させるための均等化回路が必要になる。この均等化回路は、例えば抵抗と半導体スイッチとを有し、相対的に電池残量の多い電池セルから個別に放電を行うものである。この均等化回路による電池残量の均等化処理により、充電時に一部の電池セルが満充電状態となったことに起因して、他の電池セルがまだ満充電状態に達していないにも係わらず、それ以上の充電が行い得ない事態の発生を回避することができる。さらに、すべての電池セルを均等に充電できるので、蓄電池からの放電時に、一部の電池セルの電池残量が下限値に達したことに起因して、他の電池セルにまだ十分な電池残量があるにも係わらず、蓄電池からの放電を停止するような事態が発生し難くなる。
【０００６】
しかしながら、均等化回路は、上述したように、直列接続される全ての電池セルに対して、個別に設ける必要がある。その結果、均等化回路を含む蓄電池のサイズが大きくなってしまう。さらに、均等化回路による処理を適切に実行させるための制御も必要となるので、蓄電池を制御するためのコントローラの機能が複雑化してしまう。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、均等化回路を廃止することを可能とし、それにより制御の簡略化と小型化を実現可能な太陽電池分散蓄電システム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願発明による太陽電池分散蓄電システムは、
複数の太陽電池セルからなる太陽電池システム（２０）と、
前記太陽電池システムを所望数の太陽電池セルごとに分割し、その分割した太陽電池システム（以下、分割システム（２２Ａ〜２２Ｃ）という）に対して、
電力を蓄電する蓄電池（ＬｉＢ）と、
前記蓄電池の使用電圧範囲において、該当する分割システムに属する太陽電池セルによって発電された電力による前記蓄電池の充電と、当該蓄電池からの放電とを制御する充放電回路（３０）と、
前記分割システムに属する太陽電池セルによって発電された電力及び前記蓄電池から放電された電力を外部に出力するための電源回路（４０、５０，６０）と、がそれぞれ設けられ、
前記蓄電池は、直列数が１の蓄電セルからなることを特徴とする。
【０００９】
つまり、従来のように、太陽電池システムの全ての太陽電池セルに対して、単一の蓄電池を設け、その単一の蓄電池に、全ての太陽電池セルによって発電された電力を蓄電するのではなく、本願発明は、太陽電池システムを所望数の太陽電池セルごとに分割し、その分割システムに対して、直列数が１の蓄電セルからなる蓄電池を設けたのである。このように、分割システムに設けられる蓄電池の蓄電セルの直列数が１であるため、そもそも電池残量（端子電圧）のばらつきが発生することがないので、均等化回路を設ける必要もない。
【００１０】
また、本願発明では、太陽電池システムを所望数の太陽電池セルごとに分割することにより、分割システムに属する太陽電池セルによる発電電圧は、従来に比べて低く抑えることができる。従って、太陽電池セルによる発電電圧と、蓄電池の使用上限電圧との差が小さくなる。そのため、充放電回路が、その発電電圧を用いて、当該蓄電池の充電を行う際の損失を抑制することができる。
【００１１】
なお、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
【００１２】
また、上述した特徴以外の本発明の特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態による太陽電池分散蓄電システムの全体構成を示した構成図である。
【図２】太陽電池分散蓄電システムの第１番目の動作モードを説明するための説明図である。
【図３】太陽電池分散蓄電システムを第１番目の動作モードにて動作させる際の、各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図４】太陽電池分散蓄電システムの第２番目の動作モードを説明するための説明図である。
【図５】太陽電池分散蓄電システムを第２番目の動作モードにて動作させる際の、各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図６】太陽電池分散蓄電システムの第３番目の動作モードを説明するための説明図である。
【図７】太陽電池分散蓄電システムを第３番目の動作モードにて動作させる際の、各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図８】太陽電池分散蓄電システムの第４番目の動作モードを説明するための説明図である。
【図９】太陽電池分散蓄電システムを第４番目の動作モードにて動作させる際の、各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図１０】太陽電池分散蓄電システムの第５番目の動作モードを説明するための説明図である。
【図１１】太陽電池分散蓄電システムを第５番目の動作モードにて動作させる際の、各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図１２】太陽電池分散蓄電システムの第６番目の動作モードを説明するための説明図である。
【図１３】太陽電池分散蓄電システムを第６番目の動作モードにて動作させる際の、各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図１４】実施形態の変形例１について説明するための説明図である。
【図１５】実施形態の変形例２による太陽電池分散蓄電システムの全体構成を示した構成図である。
【図１６】図１５の太陽電池分散蓄電システムに於いて、（ａ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータが降圧動作を行う際の各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図、（ｂ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータが昇圧動作を行う際の各トランジスタの駆動信号の波形を示した波形図である。
【図１７】実施形態の変形例３による太陽電池分散蓄電システムの構成を示した構成図である。
【図１８】実施形態の変形例４による太陽電池分散蓄電システムの構成を示した構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態による太陽電池分散蓄電システムについて、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１において、太陽電池分散蓄電システム１０は、太陽電池システムとしての、太陽電池アレイ２０を有する。太陽電池アレイ２０は、複数枚の太陽電池パネル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、…を、直列方向（又は直並列方向）に延びる所定のアレイ状に配列したものである。各太陽電池パネル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、…は、それぞれ、必要な電圧と電流が得られるように、所定数の太陽電池セル２４を直列接続（又は直並列接続）したものである。
【００１６】
例えば、太陽電池パネル２２Ａにおける太陽電池セル２４の直列数は、後述する蓄電池としてのリチウムイオン電池ＬｉＢの使用電圧範囲（一例として２〜４Ｖ）の上限よりも大きな電圧を発生できる程度の数とする。具体例として、例えば結晶系の太陽電池セルを用い、その発電電圧が０．７Ｖ程度である場合、直列数を６とする。これにより、太陽電池パネル２２Ａから、リチウムイオン電池ＬｉＢの使用電圧範囲の上限を超えるが、それほど電位差が大きくない電圧を発生させることができる。このように、太陽電池パネル２２Ａが発電により発生する電圧と、リチウムイオン電池ＬｉＢの使用電圧範囲との差を小さく抑えることで、後述する充放電回路３０を用いて、リチウムイオン電池ＬｉＢを充電する際の損失を小さく抑えることができる。
【００１７】
各太陽電池パネル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、…に対して、図１に示すように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が設けられる。これら充放電回路３０及び電力変換回路４０の構成は、各太陽電池パネル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃごとで違いは無い。このため、以下、太陽電池パネル２２Ａに対して設けられた充放電回路３０及び電力変換回路４０について、説明する。なお、これら充放電回路３０及び電力変換回路４０は、省スペース化、太陽電池分散蓄電システム１０の設置の容易化等のため、対応する太陽電池パネル２２Ａの太陽光を受ける面とは反対側の面に搭載されている。
【００１８】
図１に示すように、充放電回路３０は、リチウムイオン電池ＬｉＢからの放電を制御するトランジスタＴｒ１と、リチウムイオン電池ＬｉＢへの充電を制御するトランジスタＴｒ２とを有する。これらトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２とは、太陽電池パネル２２Ａの＋端子Ｐと−端子Ｎとの間で、トランジスタＴｒ１を−端子Ｎ側、トランジスタＴｒ２を＋端子Ｐ側としつつ、直列に接続されている。
【００１９】
また、トランジスタＴｒ２と並列にダイオードＤ１が接続されている。このダイオードＤ１は、放電時にトランジスタＴｒ２をオフしたままとする場合に、リチウムイオン電池ＬｉＢからの放電電流を電源ラインに流すためのものである。放電時にトランジスタＴｒ２をオフしたままとするのではなく、トランジスタＴｒ１と同期して、トランジスタＴｒ２を反転した関係で駆動するようにしても良い。なお、トランジスタＴｒ1の内蔵ダイオードを使用する場合は、ダイオードＤ１は省略可能である。
【００２０】
トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２との接続中点から分岐して、太陽電池パネル２２Ａの−端子Nに到る経路に、コイルＬ１とリチウムイオン電池ＬｉＢとが直列に接続されている。従って、リチウムイオン電池ＬｉＢの充放電は、コイルＬ１を介して行われることになる。
【００２１】
ここで、本実施形態では、リチウムイオン電池ＬｉＢとして、直列数が１のリチウムイオン電池セルを用いている。このように、リチウムイオン電池セルの直列数は１であるため、充放電時に電池セルの残量（電圧）のばらつきが発生することがない。従って、その電圧を均等化するための均等化回路を設ける必要もない。なお、直列数が１である限り、複数個のリチウム電池セルを並列接続して、リチウムイオン電池ＬｉＢを構成しても良い。また、蓄電池としては、リチウムイオン電池に限られず、例えば、リチウムイオンキャパシタなどを用いても良い。
【００２２】
電力変換回路４０は、電源回路として、太陽電池パネル２２Ａ及び／又はリチウムイオン電池ＬｉＢから供給された電力を外部の電力系統に出力する逆潮流を行うため、昇圧機能とＤＣ／ＡＣインバータ機能とを有している。すなわち、電力変換回路４０は、トランスＴ１を備えており、このトランスＴ１の巻線比に応じた倍率で、太陽電池パネル２２Ａ及び／又はリチウムイオン電池ＬｉＢから出力された電圧を昇圧する。
【００２３】
トランジスタＴｒ３は、公知のＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御を行うため、及び電力系統における交流周波数にて周期的に変化するＡＣ波形生成のため、公知の正弦波三角波比較方式により生成されたＰＷＭ信号（パルスパターン）によりオンオフ駆動される。ＭＰＰＴ制御としては、例えば、トランジスタＴｒ３を駆動するＰＷＭ信号のデューティを所定値ずつ増加もしくは減少する変化させ、そのときの太陽電池パネル２２Ａの電圧及び電流を測定する。そして、測定された電圧及び電流によって得られる電力を算出する。この算出した電力が、デューティ変化前の算出電力よりも増加したときには、同じ方向にさらにデューティを変化させ、算出した電力が減少したときには、逆方向にデューティを変化させる。このような処理を繰り返すことでＰＷＭ信号のデューティが最適値付近に制御され、太陽電池パネル２２Ａから常に最大電力が得られるようになる。なお、トランジスタＴｒ３は、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation）信号により駆動されても良い。
【００２４】
トランスＴ１によって昇圧された、ＰＷＭ信号のパルスパターンに応じてオンオフするパルス状の電圧は、ダイオードＤ２を介してトランジスタＴｒ４〜Ｔｒ７からなるＤＣ／ＡＣインバータ部に与えられる。ＤＣ／ＡＣインバータ部では、電力系統における交流周波数に同期して、トランジスタＴｒ４とトランジスタＴｒ７のペア、もしくはトランジスタＴｒ５とトランジスタＴｒ６のペアのどちらか一方が交互にオンされる。すると、パルス状の電圧がコイルＬ２、Ｌ３によってなまされて、電力変換回路４０の端子から、電力系統の交流周波数に同期して周期的に変化する、ほぼ正弦波状の交流電圧が出力される。このようにして、電力変換回路４０は、電力系統における交流周波数で周期的に変化する交流電圧を生成して、電力系統に出力することができる。
【００２５】
本実施形態における太陽電池分散蓄電システム１０の動作モードは６種類ある。以下に、各動作モードについて、順番に説明する。
【００２６】
まず、第１番目の動作モードは、図２に示すように、太陽電池パネル２２Ａにおいて太陽光発電が行われており、その発電電力をリチウムイオン電池ＬｉＢの充電と、電力系統への逆潮流に振り分けるように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が動作するモードである。
【００２７】
この第１番目の動作モードでは、図３に示すように、充放電回路３０のトランジスタＴｒ２が、太陽電池パネル２２Ａから出力される電圧及びリチウムイオン電池ＬｉＢの電池電圧などに基づいて決定されるデューティでオンオフ駆動される。すなわち、この場合、充放電回路３０は、降圧チョッパとして作動し、駆動デューティに応じた比率で太陽電池パネル２２Ａの発生電圧を降圧し、その降圧した電圧によりリチウムイオン電池ＬｉＢを充電する。
【００２８】
図３において、Ａの領域では、充電すべき電力が小さいため、相対的に低いデューティでトランジスタＴｒ２を駆動する例を示している。一方、Ｂの領域では、充電すべき電力が大きいため、相対的に高いデューティでトランジスタＴｒ２を駆動する例を示している。このようなトランジスタＴｒ２のデューティ駆動により、過充電を生じることなく、リチウムイオン電池ＬｉＢを適切に充電することができる。
【００２９】
そして、この第１番目の動作モードでは、電力変換回路４０のトランジスタＴｒ３が、図示しないコントローラによって生成されたＰＷＭ信号によってオンオフ駆動される。つまり、上述したように、図示しないコントローラは、半周期分の正弦波と三角波とを比較して、図３に示すようなパルスパターンを生成し、これを、トランジスタＴｒ３を駆動するためのＰＷＭ信号として出力する。このＰＷＭ信号に従ってトランジスタＴｒ３をオンオフすることにより、トランスＴ１の二次巻線には、ＰＷＭ信号のパルスパターンに応じてオンオフするパルス状の昇圧された電圧が発生する。この昇圧された電圧は、ダイオードＤ２によって整流され、ＤＣ／ＡＣインバータ部に入力される。
【００３０】
ＤＣ／ＡＣインバータ部では、図３に示すように、トランジスタＴｒ４とトランジスタＴｒ７とのペアと、トランジスタＴｒ５とトランジスタＴｒ６とのペアとの一方がオンされ、他方がオフされる。そして、各ペアのオンオフ状態が、電力系統の交流周波数に同期して、交互に切り換えられる。すると、電力変換回路４０の端子から、電力系統における交流周波数に同期して周期的に変化する、ほぼ正弦波状の交流電圧が出力され、電力系統への逆潮流が行われる。
【００３１】
第２番目の動作モードは、図４に示すように、太陽電池パネル２２Ａにおいて太陽光発電が行われ、また、リチウムイオン電池ＬｉＢからの放電も行われており、それら発電電力及び放電電力の両方を用いて、電力系統への逆潮流を行うように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が動作するモードである。
【００３２】
この第２番目の動作モードでは、図５に示すように、充放電回路３０のトランジスタＴｒ１が、太陽電池パネル２２Ａによる発電電力及び電力系統に逆潮流すべき電力などに応じて決定されるデューティによってオンオフ駆動される。すると、トランジスタＴｒ１がオンしているときに通電によりコイルＬ１に蓄積されたエネルギーが、トランジスタＴｒ１がオフされたとき、ダイオードＤ１を介して一気に電源ラインに放出される。すなわち、この場合、充放電回路３０は、昇圧チョッパとして作動し、駆動デューティに応じた大きさのエネルギーをコイルＬ１に蓄えることにより、リチウムイオン電池ＬｉＢから電源ラインに放出する電力を制御することができる。
【００３３】
例えば、図５において、Ａの領域では、放電すべき電力が小さいため、相対的に低いデューティでトランジスタＴｒ１を駆動する例を示している。一方、Ｂの領域では、放電すべき電力が大きいため、相対的に高いデューティでトランジスタＴｒ１を駆動する例を示している。
【００３４】
この第２番目の動作モードにおいても、電力変換回路４０から電力系統への逆潮流が行われる。その逆潮流のための各トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ７の動作は、第１番目の動作モードと同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
第３番目の動作モードは、図６に示すように、太陽電池パネル２２Ａにおいて太陽光発電が行われているが、リチウムイオン電池ＬｉＢにおいては充電も放電も行われず、太陽電池パネル２２Ａでの発電電力をそのまま用いて電力系統への逆潮流を行うように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が動作するモードである。
【００３６】
この第３の動作モードでは、リチウムイオン電池ＬｉＢにおいて充電も放電も行われないため、図７に示すように、充放電回路３０のトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２はオフされたままとなる。このため、第３の動作モードでは、リチウムイオン電池ＬｉＢの電池残量が保持される。
【００３７】
そして、電力変換回路４０では、電力系統への逆潮流が行われるが、そのための各トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ７の動作は、第１番目の動作モードと同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
第４番目の動作モードは、図８に示すように、太陽電池パネル２２Ａにおいて太陽光発電が行われておらず、リチウムイオン電池ＬｉＢから放電される放電電力のみを用いて電力系統への逆潮流を行うように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が動作するモードである。
【００３９】
この第４番目の動作モードでは、図９に示すように、充放電回路３０のトランジスタＴｒ１が、電力系統に逆潮流すべき電力などに応じて決定されるデューティによってオンオフ駆動される。これにより、第２番目の動作モードと同様に、リチウムイオン電池ＬｉＢから電源ラインに放出する電力を制御することができる。
【００４０】
例えば、図９において、Ａの領域では、放電すべき電力が小さいため、相対的に低いデューティでトランジスタＴｒ１を駆動する例を示している。一方、Ｂの領域では、放電すべき電力が大きいため、相対的に高いデューティでトランジスタＴｒ１を駆動する例を示している。
【００４１】
そして、電力変換回路４０では、電力系統への逆潮流が行われるが、そのための各トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ７の動作は、第１番目の動作モードと同様であるため、説明を省略する。
【００４２】
第５番目の動作モードは、図１０に示すように、太陽電池パネル２２Ａにおいて太陽光発電が行われており、その発電電力をリチウムイオン電池ＬｉＢの充電のみに使用し、電力系統への逆潮流を行わないように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が動作するモードである。
【００４３】
この第５番目の動作モードでは、図１１に示すように、充放電回路３０のトランジスタＴｒ２が、太陽電池パネル２２Ａから出力される電圧及びリチウムイオン電池ＬｉＢの電池電圧などに基づいて決定されるデューティでオンオフ駆動される。これにより、駆動デューティに応じた比率で太陽電池パネルの発生電圧が降圧され、その降圧された電圧によりリチウムイオン電池ＬｉＢが充電される。
【００４４】
図１１では、Ａの領域では、充電すべき電力が小さいため、相対的に低いデューティでトランジスタＴｒ２を駆動する例を示している。一方、Ｂの領域では、充電すべき電力が大きいため、相対的に高いデューティでトランジスタＴｒ２を駆動する例を示している。
【００４５】
一方、第５番目の動作モードでは、電力系統への逆潮流が行われないため、図１１に示すように、電力変換回路４０の各トランジスタＴｒ３〜Ｔｒ７は全てオフされたままとなる。
【００４６】
最後に、第６番目の動作モードは、図１２に示すように、太陽電池パネル２２Ａにおいて太陽光発電が行われておらず、また、逆潮流のために、リチウムイオン電池ＬｉＢからの放電も行われないように、充放電回路３０及び電力変換回路４０が動作するモードである。この第６番目のモードでは、図１３に示すように、充放電回路３０と電力変換回路４０の全てのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ７がオフされたままとなる。
【００４７】
太陽電池分散蓄電システム１０が、上述した第１番目から第６番目の動作モードのいずれの動作モードにて動作するかは、太陽電池パネル２２Ａによる発電の有無、発電電力の大きさ、リチウムイオン電池ＬｉＢにおける電池残量（蓄電量）、電力系統において必要とされる電力などに基づいて適切に決定される。
【００４８】
以上、説明したように、本実施形態による太陽電池分散蓄電システム１０によれば、従来のように、太陽電池アレイ２０の全ての太陽電池セル２４に対して、単一の蓄電池を設け、その単一の蓄電池に、全ての太陽電池セル２４によって発電された電力を蓄電するのではなく、太陽電池アレイ２０を構成する各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃごとに、直列数が１のリチウムイオン電池セルからなるリチウムイオン電池ＬｉＢを設けた。このため、従来、必要であった均等化回路を廃止することができる。また、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの発電電圧と、リチウムイオン電池ＬｉＢの使用上限電圧との差を小さく抑えることができる。そのため、充放電回路３０が、太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの発電電圧を用いて、対応するリチウムイオン電池ＬｉＢの充電を行う際の損失を抑制することができる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲おいて、種々変形して実施することが可能である。以下に、いくつかの変形例を示す。
【００５０】
（変形例１）
リチウムイオン電池の場合、満充電状態のまま高温下に置かれると、劣化の度合いが強くなる傾向がある。そのため、リチウムイオン電池ＬｉＢの温度が第１の所定温度以上に上昇したときには、太陽電池分散蓄電システム１０は、上述した第２番目の動作モード、もしくは第４番目の動作モードにて動作する。これにより、リチウムイオン電池ＬｉＢは、充放電回路３０のトランジスタＴｒ１のスイッチング動作により放電を行うことができる。そのため、満充電状態のまま高温下に置かれる状況を回避することができる。
【００５１】
しかしながら、何らかの異常によって、トランジスタＴｒ１によるスイッチング動作を行うことができず、その結果、高温下でありながら、リチウムイオン電池ＬｉＢの放電を行い得ない事態が発生する可能性も考えられる。
【００５２】
そこで、図１４に示すように、太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの発電電圧が、温度上昇とともに低下する負特性を示すものであることを利用し、リチウムイオン電池ＬｉＢの温度が第２の所定の温度以上となったときには、太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの発電電圧が、リチウムイオン電池ＬｉＢの使用電圧範囲の上限電圧以下となるように、太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃに含まれる太陽電池セル２４の数を定めることが好ましい。このようにすれば、リチウムイオン電池ＬｉＢの温度が第２の所定温度以上となったときには、たとえトランジスタＴｒ２がオンしたとしても充電が禁止される。逆に、ダイオードＤ１（あるいは、トランジスタＴｒ２）を介して太陽電池パネル側への放電が強制的に行われるようになり、高温時の満充電状態を解消することができる。
【００５３】
（変形例２）
図１５は、変形例２による太陽電池分散蓄電システム１０の全体構成を示している。上述した実施形態では、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの発電電力及び／又はリチウムイオン電池ＬｉＢの放電電力を用いて、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃごとの単位で、電力系統への逆潮流を行なっていた。しかしながら、この場合には、トランスＴ１における変換前後の電圧の電位差が大きいため、その電圧変換時にある程度の損失が発生することは避けられない。
【００５４】
そのため、変形例２による太陽電池分散蓄電システム１０では、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの単位で電力系統への逆潮流を行うのではなく、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃでの発電電力による電圧及び／又は各リチウムイオン電池ＬｉＢの放電電力による電圧を積算することにより、電圧を高めた上で、一括してＤＣ／ＡＣ変換を行うこととした。
【００５５】
具体的には、図１５に示すように、充放電回路３０の後段に、トランスやＤＣ／ＡＣインバータ部を備えた電圧変換回路４０ではなく、ＭＰＰＴ制御を行うとともに、太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃによる発電電力及び／又はリチウムイオン電池ＬｉＢからの放電電力に基づく電圧を、直流のまま電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５０が設けられている。
【００５６】
また、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃごとに設けられた各ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力端子が直列に接続され、各ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力電圧が積算されるように構成されている。さらに、図１５に示す変形例では、１つのＤＣ／ＡＣインバータ６０が設けられており、このＤＣ／ＡＣインバータ６０が、積算された出力電圧をまとめて直流交流変換する。
【００５７】
このような構成を採用することにより、大きな電位差が生じるような昇圧を行う必要がないので、そのような電圧変換による損失を回避することができる。
【００５８】
ここで、変形例２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０を設けた理由は、太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃの発電による電圧が、日射量や気温などによって変動した場合であっても、常に一定の電圧をＤＣ／ＡＣインバータ６０に入力可能とするためである。つまり、ＤＣ／ＡＣインバータ６０の入力電圧が過大であると、電力系統の電圧と電圧差が生じて、変換ロスが発生したり、逆に、入力電圧が過小であると、電力系統への逆潮流を行うことができなくなってしまう。このような理由から、ＤＣ／ＡＣインバータ６０への入力電圧は、常に一定であることが好ましい。例えば、電力系統の電圧を２００Ｖと仮定した場合、ＤＣ／ＡＣインバータ６０の入力電圧は、約３２０Ｖ（≒２００×√２＋α）であることが望ましい。
【００５９】
そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、ＤＣ／ＡＣインバータ６０に入力される電圧が所望の電圧となるように、各ＤＣ−ＤＣコンバータ５０への入力電圧に応じて、昇圧動作と降圧動作とを切り換えて実行する。
【００６０】
図１６（ａ）は、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃによる発電量が多く、電圧が高い状況において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が降圧動作を行う場合の、各トランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１１の駆動波形を示している。この場合、トランジスタＴｒ８は、ＭＰＰＴ制御を行うため、ＰＷＭ信号によりオンオフ駆動される。その間、トランジスタＴｒ９は常時オンされる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０の出力端子からは、ＰＷＭ信号のデューティに応じて降圧された電圧が出力される。なお、降圧動作の間は、トランジスタＴｒ１０、Ｔｒ１１はオフされたままである。ただし、トランジスタＴｒ１０は、トランジスタＴｒ８とのオンオフ状態と反転した関係でオンオフ駆動しても良い。
【００６１】
図１６（ｂ）は、各太陽電池パネル２２Ａ〜２２Ｃによる発電量が少なく、電圧が低い状況において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０が昇圧動作を行う場合の、各トランジスタＴｒ８〜Ｔｒ１１の駆動波形を示している。この場合、トランジスタＴｒ８は常時オンされる。そして、トランジスタＴｒ８がオンしている間に、トランジスタＴｒ１１が、ＭＰＰＴ制御のため、ＰＷＭ信号によりオンオフ駆動される。すると、トランジスタＴｒ１１がオンしているときにコイルＬ４に蓄積されたエネルギーが、トランジスタＴｒ１１のオフ時にダイオードＤ３を介して一気に放出される。このようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０は、入力電圧を昇圧する。なお、トランジスタＴｒ9の内蔵ダイオードを使用する場合は、ダイオードＤ３は省略可能である。
【００６２】
また、直列接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ５０の数が少ない場合などは、充放電回路３０とＤＣ／ＤＣコンバータ５０との間に、トランス等などからなる昇圧回路を挿入して、その昇圧された電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ５０に入力するようにしても良い。
【００６３】
（変形例３）
上述した実施形態では、太陽電池パネル２２Ａから、直接、電力系統への逆潮流を行うことができる太陽電池分散蓄電システムについて説明した。
【００６４】
しかしながら、図１７に示すように、太陽電池パネル２２Ａの発電電力は、リチウムイオン電池ＬｉＢを充電するために使用し、電力系統への逆潮流は、リチウムイオン電池ＬｉＢから放電される電力を用いて行うようにしても良い。なお、図１７に示す構成のように、トランジスタＴｒ１をダイオードＤ４に置換しても良く、トランジスタＴｒ１による放電機能は、トランジスタＴｒ３が兼備したものとなっている。
（変形例４）
上述した実施形態では、トランスＴ１を用いて、太陽電池パネル２２Ａの発電電力による電圧及び／又はリチウムイオン電池ＬｉＢの放電電力による電圧を昇圧していた。しかしながら、昇圧を行う回路はトランスに限られる訳ではなく、例えば図１８に示すような、コイルＬ５とトランジスタＴｒ３とからなる昇圧チョッパによって昇圧を行なっても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１０  太陽電池分散蓄電システム
２０  太陽電池アレイ
２２Ａ〜２２Ｃ  太陽電池パネル
２４  太陽電池セル
３０  充放電回路
４０  電力変換回路
５０  ＤＣ／ＤＣコンバータ
６０  ＤＣ／ＡＣインバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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