(57)【要約】【課題】  太陽光発電システムの一部の太陽電池の出力が、日陰等によって低下した場合に、システムの電流電圧特性に現れる段差を平滑化して発電効率を高めることのできる、太陽電池の電力配分回路を提供する。【解決手段】  第１のスイッチング素子Ｓ１と第２のスイッチング素子Ｓ２を、相補的且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行うことで、電力配分用コンデンサＣ１、第１のインダクタＬ１、及び、第２のインダクタＬ２を介して、発電出力の大きい太陽電池Ｍ１（又は太陽電池Ｍ２）から小さい太陽電池Ｍ２（又は太陽電池Ｍ１）へ電力配分を連続的に行い、両者の発電出力を均等化する。この際、第１の平滑コンデンサＣ２と第２の平滑コンデンサＣ３は、これらのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の発生するノイズを軽減するとともに、外部負荷を流れる電流の変動を平滑化する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数直列に接続された太陽電池の相互間に設けられる電力配分回路であって、
一方の端が前段の太陽電池の正極端子に導通し、他方の端が連絡線路の一方の端に接続された第１の充放電路と、
一方の端が後段の太陽電池の負極端子に導通し、他方の端が前記連絡線路の他方の端に接続された第２の充放電路と、
前記連絡線路の途中位置に組み込まれた電力配分用コンデンサと、
前記連絡線路の一方の端と前記電力配分用コンデンサ間に、当該電力配分用コンデンサと直列に組み込まれた第１のインダクタと、
前記連絡線路の他方の端と前記電力配分用コンデンサ間に、当該電力配分用コンデンサと直列に組み込まれた第２のインダクタと、
一方の端が前記連絡線路の第１のインダクタと電力配分用コンデンサ間に接続され、他方の端が前段の太陽電池の負極端子と後段の太陽電池の正極端子間を繋ぐ連結線路に導通する第３の充放電路と、
一方の端が前記連絡線路の第２のインダクタと電力配分用コンデンサ間に接続され、他方の端が前記連結線路に導通する第４の充放電路と、
前記第３の充放電路の途中位置に組み込まれた第１のスイッチング素子と、
前記第４の充放電路の途中位置に組み込まれた第２のスイッチング素子と、
前記第１の充放電路の途中位置と、第３の充放電路の他方の端から第１のスイッチング素子までの途中位置の間に跨って接続された第１の平滑用コンデンサと、
前記第２の充放電路の途中位置と、第４の充放電路の他方の端から第２のスイッチング素子までの途中位置の間に跨って接続された第２の平滑用コンデンサと、
前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を、相補的且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦの切換を行うスイッチング制御回路とを備えたことを特徴とする太陽電池の電力配分回路。
【請求項２】
スイッチング制御回路は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が同時にＯＦＦになる短絡防止期間が存在するように、各スイッチング素子の切り換えタイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の電力配分回路。
【請求項３】
連絡線路と太陽電池との間を流れる電流を計測する電流センサと、前記電流センサと接続されたマイクロコンピュータを備え、前記マイクロコンピュータは、スイッチング制御回路を起動した後、所定の時間間隔で前記電流センサによる電流計測を行い、前記電流が流れていないと判断した場合には、次回の電流計測を行うまでスイッチング制御回路への電源供給を遮断してその動作を停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池の電力配分回路。
【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に用いられる太陽電池の設置環境が悪く、一部が日陰等になった場合や、太陽電池間の出力特性にバラツキを生じた場合でも、システム全体の発電効率を高めることのできる、太陽電池の電力配分回路に関する。
【０００２】
なお、ここで「太陽電池」という用語は、複数直列接続された太陽電池セル（光発電素子）のストリングの両端に、バイパスダイオードが並列接続されたクラスタと、このようなクラスタを、単一もしくは複数直列接続して構成される太陽電池モジュールの両方を意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
現在、太陽光発電システムの発電効率を上げるために、変換効率が高い太陽電池セル（モジュール）やパワーコンディショナの開発が進められている。現用されている太陽光発電システムは、特許文献１に記載されているように、複数の太陽電池モジュールを直並列に接続して、電圧を高めた後に、インバータで交流に変換する集中型インバータ方式が主流となっている。
【０００４】
しかしながら、このような集中型インバータ方式の太陽光発電システムは、実際の使用時においては、一部の太陽電池モジュールが、日陰等の設置環境下に置かれるために、それぞれの部位の太陽電池モジュールの発電能力を十分に発揮させることができない場合がある。
【０００５】
図１７は、２枚の直列接続された太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２からなる太陽光発電システムを模式的に示した図であって、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２は、同一仕様のものが用いられている。
【０００６】
また、前記太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２のそれぞれの正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２間にはバイパスダイオードＤが接続されているとともに、太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１と太陽電池ジュールＭ２の負極端子Ｐ２はそれぞれ、出力線路Ａを介して外部負荷に接続されている。
【０００７】
これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２が両方とも日向に設置されていて、十分な太陽光が当たっている場合には、これらを総合した外部出力は、図１８に太い実線で表示したような、最大出力動作点をＰとする電流・電圧特性を示す。
【０００８】
ところが、例えば、一方の太陽電池モジュールＭ２が日陰に入った場合には、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２は、出力電流に違いが生じて、図１９に太い実線で表示したような、階段状の電流電圧特性を示す。
【０００９】
図１９において、領域（１）と領域（３）の面積を合わせたものは、太陽電池モジュールＭ１の出力電力を表し、また、領域（２）の面積は、太陽電池モジュールＭ２の出力電力を表している。
【００１０】
このような電流・電圧特性において、最大出力動作点Ｐが同図に示す位置にあった場合に得られる出力電力は、領域（１）と領域（２）の面積の和となり、領域（３）の部分は発電出力には寄与することができないため損失となる。
【００１１】
一方、特許文献２に記載されているように、個々の太陽電池モジュールに、マイクロコンバータを搭載したＡＣ太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムがある。この方式は、各々の太陽電池モジュールに対して最大電力追従（ＭＰＰＴ）制御を行い、その出力をＤＣ／ＡＣ変換するようにした太陽電池モジュールで、日陰等による損失が少ないとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−３４７７５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３１８０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前述したような、ＡＣ太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムでは、複雑な変換回路を有するため、個々の太陽電池モジュールの製造コストが高くなるとともに、常時変換動作を行っているため、日陰が無い状態においても変換ロスが発生する問題があった。
【００１４】
また、変換回路が故障した場合には、これを搭載している太陽電池モジュール自体が使用できなくなるため、信頼性にも問題があった。このようなことから、今後如何なる設置環境に対しても、高いシステム効率を維持できるシステムの開発が望まれる。
【００１５】
そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題点を解決し、太陽光発電システムの一部の太陽電池の出力が、日陰等によって低下した場合に、システムの電流電圧特性に現れる段差を平滑化して発電効率を高めることのできる、太陽電池の電力配分回路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】
【００１６】
前記目的のために提供される本発明の電力配分回路は、複数直列に接続された太陽電池の相互間に設けられる電力配分回路であって、一方の端が前段の太陽電池の正極端子に導通し、他方の端が連絡線路の一方の端に接続された第１の充放電路と、一方の端が後段の太陽電池の負極端子に導通し、他方の端が前記連絡線路の他方の端に接続された第２の充放電路と、前記連絡線路の途中位置に組み込まれた電力配分用コンデンサと、前記連絡線路の一方の端と前記電力配分用コンデンサ間に、当該電力配分用コンデンサと直列に組み込まれた第１のインダクタと、前記連絡線路の他方の端と前記電力配分用コンデンサ間に、当該電力配分用コンデンサと直列に組み込まれた第２のインダクタと、一方の端が前記連絡線路の第１のインダクタと電力配分用コンデンサ間に接続され、他方の端が前段の太陽電池の負極端子と後段の太陽電池の正極端子間を繋ぐ連結線路に導通する第３の充放電路と、一方の端が前記連絡線路の第２のインダクタと電力配分用コンデンサ間に接続され、他方の端が前記連結線路に導通する第４の充放電路と、前記第３の充放電路の途中位置に組み込まれた第１のスイッチング素子と、前記第４の充放電路の途中位置に組み込まれた第２のスイッチング素子と、前記第１の充放電路の途中位置と、第３の充放電路の他方の端から第１のスイッチング素子までの途中位置の間に跨って接続された第１の平滑用コンデンサと、前記第２の充放電路の途中位置と、第４の充放電路の他方の端から第２のスイッチング素子までの途中位置の間に跨って接続された第２の平滑用コンデンサと、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子を、相補的且つ周期的にＯＮ／ＯＦＦの切換を行うスイッチング制御回路とを備えている。
【００１７】
本発明の太陽電池の電力配分回路においては、スイッチング制御回路は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が同時にＯＦＦになる短絡防止期間が存在するように、各スイッチング素子の切り換えタイミングを制御することが望ましい。
【００１８】
また、本発明の太陽電池の電力配分回路においては、連絡線路と太陽電池との間を流れる電流を計測する電流センサと、前記電流センサと接続されたマイクロコンピュータを備え、前記マイクロコンピュータは、スイッチング制御回路を起動した後、所定の時間間隔で前記電流センサによる電流計測を行い、前記電流が流れていないと判断した場合には、次回の電流計測を行うまでスイッチング制御回路への電源供給を遮断してその動作を停止させることも望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載された発明によれば、太陽光発電システムに使用される各太陽電池間に、日陰や受光面の汚れ、経年劣化等によって、発電出力にバラツキが生じた場合に、各太陽電池間でバランス良く電力を配分することができる。
【００２０】
その結果、太陽光発電システム全体の電流電圧特性の段差が平滑化されて、本来、出力電力として利用することができなかった電力が利用可能となるため、発電効率を高めることができる。また、電流電圧特性の段差が平滑化されるため、パワーコンディショナの最大出力動作点の計測が容易となり、ＭＰＰＴミスマッチ損失を回避することができる。
【００２１】
また、従来のＡＣ太陽電池モジュールを用いたシステムでは、日陰が無い時も、常時ＡＣ／ＤＣ変換による回路損失が生じているのに対して、本発明の電力配分回路は、日陰が無い場合にはその動作を停止して回路損失を無くすことができるため、発電効率の低下を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の電力配分回路の主要部分が、コンデンサ、インダクタ、及び、ＦＥＴやリレー等のスイッチング素子から構成される簡単な回路で構成されているため、故障が発生し難く高い信頼性が得られる。
また、太陽電池間で電力配分を行うために必要なスイッチング素子の数が２つのみで済むため、スイッチング動作に伴うノイズの発生を少なくすることができる。
【００２３】
さらに、従来のＡＣ太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムでは、太陽電池モジュールに搭載されているマイクロコンバータが故障すると、太陽電池モジュール自体も使用不能となるが、本発明の電力配分回路では、万一回路に故障が発生してその機能が損なわれた場合でも、システム本体の機能に支障を生じる恐れがない。
【００２４】
請求項２に記載された発明によれば、２つのスイッチング素子が同時にＯＦＦになる短絡防止期間を設けることで、安定したＯＮ／ＯＦＦの切換動作を行うことができるため、太陽電池相互間での電力の配分動作を確実に行うことができる。
【００２５】
請求項３に記載された発明によれば、太陽電池相互間で発電出力に差が無く、電力配分回路を動作させる必要が無い場合には、電力配分回路への電源供給を自動的に遮断してその動作を停止させることができる。
【００２６】
その結果、スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作させるために、電力配分回路自体が消費する無駄な電力を抑えることができるとともに、スイッチング素子等の劣化を最小限にとどめることができるため、電力配分回路の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の電力配分回路の１実施形態を示す、直列接続された２つの太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムの模式図である。
【図２】本発明の電力配分回路の１実施形態における、スイッチング制御回路のブロック図である。
【図３】本発明の電力配分回路の１実施形態における、２つのスイッチング素子の動作タイミングを示す図である。
【図４】太陽電池モジュールＭ１の出力電力が太陽電池モジュールＭ２の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のインダクタＬ１（第１のインダクタ）への磁気エネルギの蓄積過程を示す図である。
【図５】太陽電池モジュールＭ１の出力電力が太陽電池モジュールＭ２の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のコンデンサＣ１（電力配分用コンデンサ）の充電過程を示す図である。
【図６】太陽電池モジュールＭ１の出力電力が太陽電池モジュールＭ２の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のコンデンサＣ１の放電過程ならびに、インダクタＬ１及びインダクタＬ２（第２のインダクタ）の磁気エネルギの蓄積過程を示す図である。
【図７】太陽電池モジュールＭ１の出力電力が太陽電池モジュールＭ２の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のコンデンサＣ１の充電過程及びインダクタＬ２の放電過程を示す図である。
【図８】電力配分回路によって改善されたシステムの電流電圧特性を示す図である。
【図９】太陽電池モジュールＭ２の出力電力が太陽電池モジュールＭ１の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のインダクタＬ２への磁気エネルギの蓄積過程を示す図である。
【図１０】太陽電池モジュールＭ２の出力電力が太陽電池モジュールＭ１の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のコンデンサＣ１の充電過程を示す図である。
【図１１】太陽電池モジュールＭ２の出力電力が太陽電池モジュールＭ１の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のコンデンサＣ１の放電過程ならびに、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の磁気エネルギの蓄積過程を示す図である。
【図１２】太陽電池モジュールＭ２の出力電力が太陽電池モジュールＭ１の出力電力より大きい場合における、電力配分回路のコンデンサＣ１の充電過程及びインダクタＬ１の放電過程を示す図である。
【図１３】本発明の電力配分回路の別の実施形態を示す、直列接続された２つの太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムの模式図である。
【図１４】本発明の電力配分回路の別の実施形態における、マイクロコンピュータで制御されるスイッチング制御回路のブロック図である。
【図１５】本発明の電力配分回路の別の実施形態における、マイクロコンピュータの内部で処理される演算のフローを示す図である。
【図１６】本発明の電力配分回路のさらに別の実施形態を示す、３つの太陽電池モジュールが直列接続された太陽光発電システムの模式図である。
【図１７】２枚の太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムを模式的に示す図である。
【図１８】両方の太陽電池モジュールが日向にある場合の電流電圧特性を示す図である。
【図１９】一方の太陽電池モジュールが日陰に入った場合の電流電圧特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１に示す実施形態は、直列に接続された２つの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２に、本発明の電力配分回路１を組み込んだものであって、前段の太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１と、後段の太陽電池モジュールＭ２の負極端子Ｐ２は、出力線路Ａを介して外部負荷と接続されている。
【００２９】
また、前段の太陽電池モジュールＭ１の負極端子Ｐ２と後段の太陽電池モジュールＭ２の正極端子Ｐ１間は連結線路Ｂによって繋がれており、これらの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２の正極端子Ｐ１と負極端子Ｐ２の間にはそれぞれ、バイパスダイオードＤが接続されている。
【００３０】
前記電力配分回路１は、一方の端が前段の太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１と出力線路Ａを介して導通し、他方の端が連絡線路２の一方の端に接続されている充放電路３（第１の充放電路）と、一方の端が後段の太陽電池モジュールＭ２の負極端子Ｐ２と出力線路Ａを介して導通し、他方の端が前記連絡線路２の他方の端に接続されている充放電路４（第２の充放電路）を有している。
【００３１】
前記連絡線路２の途中位置には、コンデンサＣ１（電力配分用コンデンサ）が組み込まれている。また、この連絡線路２には、このコンデンサＣ１の両側にそれぞれ、インダクタＬ１（第１のインダクタ）とインダクタＬ２（第２のインダクタ）が当該コンデンサＣ１と直列に組み込まれている。
【００３２】
また、電力配分回路１は、一方の端が、インダクタＬ１とコンデンサＣ１との間の接続点Ｊ１で連絡線路２と接続され、他方の端が接続点Ｊ３で略Ｔ字状の中継線路５と接続されている充放電路６（第３の充放電路）と、一方の端が、インダクタＬ２とコンデンサＣ１との間の接続点Ｊ２で連絡線路２と接続され、他方の端が、接続点Ｊ４で前記中継線路５と接続されている充放電路７（第４の充放電路）を有している。
【００３３】
中継線路５は接続点Ｊ５で連結線路Ｂに接続されていて、充放電路６と充放電路７は、この中継線路５を介して連結線路Ｂに導通している。なお、充放電路６と充放電路７のそれぞれの他方の端は、中継線路５を介さずに直接連結線路Ｂに接続されていてもよい。
【００３４】
これらの充放電路６と充放電路７の途中位置にはそれぞれ、スイッチング素子Ｓ１（第１のスイッチング素子）とスイッチング素子Ｓ２（第２のスイッチング素子）が組み込まれている。これらのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２には、トランジスタ（ＦＥＴ）を使用している。なお、これらのスイッチング素子にはリレーを使用してもよい。
【００３５】
また、充放電路３の途中の接続点Ｊ６と、充放電路６の他方の端の中継線路５との接続点Ｊ３との間に跨って、コンデンサＣ２（第１の平滑用コンデンサ）が接続されており、充放電路４の途中の接続点Ｊ７と、充放電路７の他方の端の中継線路５との接続点Ｊ４との間に跨って、コンデンサＣ３（第２の平滑用コンデンサ）が接続されている。
【００３６】
また、図１には図示していないが、電力配分回路１は、前記２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ動作させるための、図２に示すスイッチング制御回路８を備えている。
【００３７】
このスイッチング制御回路８は、パルス発振器、相補回路、及び、ドライバ回路Ａ、ドライバ回路Ｂから構成されており、パルス発振器は、図３の（１）に示す、周期的なパルス信号を生成する。
【００３８】
パルス発振器により生成されたパルス信号は相補回路に入力される。相補回路は前記パルス信号に基づいて、図３の（２）と（３）に示す、２種類のＯＮ／ＯＦＦ信号を生成し、その一方をドライバ回路Ａに、他方をドライバ回路Ｂに出力する。
【００３９】
ドライバ回路Ａは、図３の（２）のＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、図１に示すスイッチング素子Ｓ１をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。また、ドライバ回路Ｂは、図３の（３）のＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ２をＯＮ／ＯＦＦ動作させる。
【００４０】
なお、本実施形態のものにおいては、図３に示すように、ドライバ回路Ａへ入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号（２）とドライバ回路Ｂへ入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号（３）との間に、両方のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が同時にＯＦＦになる短絡防止期間ａを存在させて、スイッチング素子Ｓ１と、スイッチング素子Ｓ２間で、ＯＮ／ＯＦＦの切換動作が確実に行われるようにしてある。
【００４１】
次に、前述したように構成されている電力配分回路１の動作について説明する。
図１に示すシステムにおいて、前段の太陽電池モジュールＭ１が発電する電力が、後段の太陽電池モジュールＭ２が発電する電力より大きい場合、同図のようにスイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２の両方がＯＦＦ（電力配分回路１が停止して機能していない状態）のときは、このシステムは、図１９に示すように、最大出力動作点をＰとする階段状の電流電圧特性を示す。
【００４２】
この状態から電力配分回路１を起動して、図４に示すように、スイッチング素子Ｓ１をＯＮ、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦにすると、太陽電池モジュールＭ１が出力する一部の電流Ｉ１（矢印付きの点線で表示）が当該太陽電池モジュールＭ１の正極端子Ｐ１から、出力線路Ａ、充放電路３を経由して連絡線路２のインダクタＬ１に流れ、さらに、充放電路６、中継線路５、連結線路Ｂを経由して当該太陽電池モジュールＭ１の負極端子Ｐ２へ還流する。
【００４３】
この際、太陽電池モジュールＭ１の発電する電力の一部がインダクタＬ１に磁気エネルギとして蓄積される。このとき、太陽電池モジュールＭ２の出力電流は、コンデンサＣ１とインダクタＬ２のインピーダンスよりも外部負荷側のインピーダンスの方が小さいため、中継線路５から電力配分回路１側には流れ込まない。
【００４４】
次に、図５に示すように、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ２をＯＮに切り換えると、電流の経路は同図に矢印付きの点線で表示している電流Ｉ２のように切り替わり、インダクタＬ１と太陽電池モジュールＭ１がコンデンサＣ１に対して直列接続された状態になる。
【００４５】
その結果、インダクタＬ１に蓄えられていた磁気エネルギが解放される際に発生する電圧と太陽電池モジュールＭ１の電圧が加算された電圧でコンデンサＣ１が充電され、太陽電池モジュールＭ１の出力する電力の一部が当該コンデンサＣ１に静電エネルギの形で蓄えられる。
【００４６】
次いで、図６に示すように、再びスイッチング素子Ｓ１をＯＮ、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦに切り換えると、コンデンサＣ１の電圧は太陽電池モジュールＭ２の出力電圧よりも高いため、放電されて電流Ｉ３（矢印付きの点線で表示）を生じる。
【００４７】
前記電流Ｉ３は、外部負荷側から出力線路Ａを太陽電池モジュールＭ２へ流れる電流の一部が充放電路４に分流して太陽電池モジュールＭ２を迂回し、連絡線路２のインダクタＬ２を流れる。このとき、インダクタＬ２には磁気エネルギが蓄積される。
【００４８】
また、スイッチング素子Ｓ１がＯＮになることによって、前述した図４の場合と同様に、インダクタＬ１にも再び電流Ｉ１（矢印付きの点線で表示）が流れてここに磁気エネルギが蓄積される。
【００４９】
さらに、図７に示すように、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ２をＯＮに切り換えると、インダクタＬ２に蓄積されていた磁気エネルギが解放されて電流Ｉ４を生じ、太陽電池モジュールＭ２の出力電流に加えられる。
【００５０】
一方、コンデンサＣ１には、前述した図５の場合と同様に、電流Ｉ２によって静電エネルギが再び蓄積される。以下、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦの切り換え動作を図６と図７の間で相補的且つ周期的に繰り返すことによって、太陽電池モジュールＭ１が発電した電力の一部が太陽電池モジュールＭ２に連続的に配分される。
【００５１】
その結果、先に述べた図１９に示した領域（３）は分割されてその一部が図８に示すように、領域（２）の電流に加算されることで、システムは平滑化された電流電圧特性に改善され、本来出力として得られずに損失となっていた電力を有効に利用することが可能となる。
【００５２】
なお、前述した電力配分回路１の動作の過程において、コンデンサＣ２（第１の平滑コンデンサ）とコンデンサＣ３（第２の平滑コンデンサ）は、充放電路３、４及び中継線路５を流れる電流の変動を平滑化するとともに、各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が発生するスイッチングノイズを低減する役割を果たしている。
【００５３】
次に、図１のシステムにおいて、後段の太陽電池モジュールＭ２が発電する電力が、前段の太陽電池モジュールＭ１が発電する電力より大きい場合の電力配分回路１の動作について説明する。
【００５４】
この場合においても、図１のようにスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２が両方ともＯＦＦになっている停止状態においては、このシステムは、図１９の場合と同様に、最大出力動作点をＰとする階段状の電流電圧特性を有している。
【００５５】
この状態から電力配分回路１を起動して、図９に示すように、スイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ２をＯＮに切り換えると、太陽電池モジュールＭ２が出力する一部の電流ｉ１（矢印付きの点線で表示）がその正極端子Ｐ１から連結線路Ｂを介して中継線路５に流れ、さらに、充放電路７から連絡線路２のインダクタＬ２、充放電路４、出力線路Ａを経由して当該太陽電池モジュールＭ２の負極端子Ｐ２へ還流する。
【００５６】
この際、太陽電池モジュールＭ２の出力する電力の一部がインダクタＬ２に、磁気エネルギとして蓄積される。このとき、太陽電池モジュールＭ１の出力電流は、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１のインピーダンスよりも外部負荷のインピーダンスの方が小さいため、充放電路３から電力配分回路１側には流れ込まない。
【００５７】
次に、図１０に示すように、スイッチング素子Ｓ１をＯＮ、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦに切り換えると、電流の経路は同図に矢印付きの点線で表示している電流ｉ２のように切り替わり、インダクタＬ２と太陽電池モジュールＭ２がコンデンサＣ１に直列接続された状態になる。
【００５８】
その結果、インダクタＬ２に蓄えられていた磁気エネルギが解放される際に発生する電圧と太陽電池モジュールＭ２の電圧が加算された電圧でコンデンサＣ１が充電され、太陽電池モジュールＭ２の出力する電力の一部が当該コンデンサＣ１に静電エネルギの形で蓄えられる。
【００５９】
次いで、図１１に示すように、再びスイッチング素子Ｓ１をＯＦＦ、スイッチング素子Ｓ２をＯＮに切り換えると、コンデンサＣ１の電圧は太陽電池モジュールＭ１の出力電圧よりも高いため放電されて、電流ｉ３（矢印付きの点線で表示）を生じる。
【００６０】
前記電流ｉ３は、後段の太陽電池モジュールＭ２の出力電流の一部が連結線路Ｂから中継線路５に分流して、太陽電池モジュールＭ１を迂回し、充放電路７から連絡線路２のコンデンサＣ１及びインダクタＬ１を流れる。このとき、インダクタＬ１には、電流ｉ３によって磁気エネルギが蓄積される。
【００６１】
また、スイッチング素子Ｓ２がＯＮになることによって、前述した図９の場合と同様に、インダクタＬ２にも再び電流ｉ１（矢印付きの点線で表示）が流れてここに磁気エネルギが蓄積される。
【００６２】
さらに、図１２に示すように、スイッチング素子Ｓ１をＯＮ、スイッチング素子Ｓ２をＯＦＦに切り換えると、インダクタＬ１に蓄積されていた磁気エネルギは解放されて電流ｉ４を生じ、これが太陽電池モジュールＭ１の出力電流に加えられる。
【００６３】
一方、コンデンサＣ１には、前述した図１０の場合と同様に、電流ｉ２によって静電エネルギが再び蓄積される。以下、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦの切り換え動作を図１１と図１２の間で相補的且つ周期的に繰り返すことによって、太陽電池モジュールＭ２が発電した電力の一部が太陽電池モジュールＭ１に連続的に配分される。
【００６４】
前述した電力配分回路１は、太陽電池モジュールＭ１と太陽電池モジュールＭ２の出力電力が等しい場合には不要であり、このような場合に動作させておくと、スイッチングＳ１、Ｓ２の切り換え動作を行うためにスイッチング制御回路８が消費する電力がロスになる。
【００６５】
このような場合には、スイッチング制御回路８を電力供給を遮断して停止させ、図１のように、電力配分回路１の両方のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２をＯＦＦにすることで、前記電力ロスを回避し、図１７に示すような従来のシステムとして運用することができる。
【００６６】
図１３は、本発明の電力配分回路の別の実施形態を示す、直列接続された２つの太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムの模式図であって、同図に示す電力配分回路１Ａは、前述した図１中の電力配分回路１の充放電路３に電流センサ９を設けてある。
【００６７】
また、図１４に示すように、この電力配分回路１Ａは、スイッチング制御回路８の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御するマイクロコンピュータ１０を備えている。このマイクロコンピュータ１０は、スイッチング制御回路８を起動した後、前記電流センサ９によって充放電路３を流れる電流を所定の時間間隔で計測し、その測定値から充放電路３に電流が流れていないと判断した場合には、次回の電流測定を行うまでスイッチング制御回路８への電源供給を遮断してその動作を停止させる機能を有する。
【００６８】
図１５は、前記マイクロコンピュータ１０の内部で処理される演算のフローを示す図であって、マイクロコンピュータ１０が起動されると、スイッチング制御回路８を起動させ（ステップ１）、次いで、電流センサ９により充放電路３を流れる電流を計測する（ステップ２）。
【００６９】
次に、電流センサ９の計測結果から、マイクロコンピュータ１０が充放電路３に電流が流れていると判断した場合（ステップ３のＹｅｓ）にはステップ４で所定の時間待ちをした後、ステップ２に戻り電流センサ９による電流計測をしてステップ３の判断を再度実行する。
【００７０】
一方、マイクロコンピュータ１０が充放電路３に電流が流れていないと判断した場合（ステップ３のＮｏ）にはステップ５を実行し、スイッチング制御回路８への電源供給を遮断して当該回路を停止させる。
【００７１】
その後、マイクロコンピュータ１０は、ステップ６で所定の時間待ちをした後、ステップ１に処理を戻し、スイッチング制御回路８を再び起動して、前述した各ステップの処理を反復する。
【００７２】
本実施形態における電力配分回路１Ａは、機能していない場合に、スイッチング制御回路８を自動的に停止させることができるため、無駄な消費電力を低減させることができるとともに、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２等の劣化を最小限に抑えることができ、電力配分回路１の寿命を延ばすことができる。
【００７３】
なお、スイッチング制御回路８の電源制御は、マイクロコンピュータ１０に代えて、これと同等の機能を備えた専用の回路で行うようにしてもよい。また、この実施形態では、電流センサ９を充放電路３に設けているが、これに限定するものではなく、他の充放電路４、６、７や中継線路５、連絡線路２に設けてもよく、要は、太陽電池Ｍ１又は太陽電池Ｍ２と連絡線路２との間に流れる電流の有無を測定できればよい。
【００７４】
次に、図１６は、本発明の電力配分回路のさらに別の実施形態を示す、３つの太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２、Ｍ３が直列接続された太陽光発電システムの模式図であって、このシステムには２つの電力配分回路１、１’が組み込まれている。
【００７５】
同図において、太陽電池モジュールＭ２、Ｍ３間に組み込まれている電力配分回路１’は、太陽電池モジュールＭ１、Ｍ２間に設けられている電力配分回路１と同一の構成であり、両者で対応する部分には同一の符号を用いている。
【００７６】
なお、これらの符号については、図１で説明した電力配分回路１と同じであり、また、図１６中には、それぞれの電力配分回路１、１’のスイッチング制御回路については、図１と同様に、図示を省略してある。
【００７７】
これらの電力配分回路１、１’は、互いに独立して動作させることが可能であり、両者の間では、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦタイミングを同期させる必要な無い。
【００７８】
また、これらの電力配分回路１、１’に代えて、前述した電力配分回路１Ａをそれぞれ、隣合う太陽電池モジュール間に組み込むことも可能である。さらに、本発明の電力配分回路は、太陽電池モジュールの直列数が４つ以上の場合にも、太陽電池モジュールの数に応じて数を増やし、同様に実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の太陽電池の電力配分回路は、太陽光発電システムの日陰等による太陽電池モジュールやクラスタの発電効率低下を改善するために有効に利用することができる。
また、特性の異なる種類の太陽電池モジュールを組み合わせた太陽光発電システムや、フレキシブルな太陽電池を含む複数の太陽電池モジュールが、異なる向きに設置された太陽光発電システム、さらに、追尾集光型の高効率太陽光発電システムのような、集光レンズの集光特性によって個々の太陽電池セルの出力特性が異なるシステム等、様々なケースにおいて発電効率を高める手段としても利用可能である。
【００８０】
また、本発明の太陽電池の電力配分回路は、既設の太陽光発電システムにおいて、経年劣化や受光面の汚れ等によって太陽電池モジュール間の出力特性にバラツキが生じた場合における発電効率改善にも利用可能である。
【００８１】
さらに、太陽光発電の分野だけでなく、太陽電池モジュールと同様な電流電圧特性を示す、バッテリーや燃料電池等を直並列に接続した電力供給システムにおいても、利用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１、１Ａ、１’          電力配分回路
２                      連絡線路
３                      充放電路（第１の充放電路）
４                      充放電路（第２の充放電路）
５                      中継線路
６                      充放電路（第３の充放電路）
７                      充放電路（第４の充放電路）
８                      スイッチング制御回路
９                      電流センサ
１０                    マイクロコンピュータ
Ａ                      出力線路
Ｂ                      連結線路
Ｃ１                    コンデンサ（電力配分用コンデンサ）
Ｃ２、                  コンデンサ（第１の平滑用コンデンサ）
Ｃ３                    コンデンサ（第２の平滑用コンデンサ）
Ｄ                      バイパスダイオード
Ｊ１〜Ｊ７              接続点
Ｌ１                    インダクタ（第１のインダクタ）
Ｌ２                    インダクタ（第２のインダクタ）
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３        太陽電池モジュール（太陽電池）
Ｐ１                    正極端子
Ｐ２                    負極端子
【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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【図１９】
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