(57)【要約】【課題】太陽光発電システムにおいて、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力先のインバータが停止すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力には、太陽電池セルの軽負荷時における電圧上昇だけでは説明がつかない程の電圧上昇が発生し、インバータを必要以上の高入力電圧に設計する必要が生じる。【解決手段】太陽電池１の出力電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータを、太陽電池１の出力電力をスイッチングするスイッチング素子３３、３４および駆動回路４６、スイッチングされた電力を昇圧するトランス１５、昇圧された電力を整流する整流回路３６、並びに、整流された電力の電圧を抑制する電圧抑制回路６２で構成する。【選択図】    図８
2004336942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の出力電圧を昇圧する電力変換装置であって、
前記太陽電池の出力電力をスイッチングするスイッチング回路と、
スイッチングされた電力を昇圧するトランスと、
昇圧された電力を整流する整流回路と、
整流された電力の電圧を抑制する電圧抑制回路とを有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング回路は負帰還制御を行わないことを特徴とする請求項１に記載された電力変換装置。
【請求項３】
前記電圧抑制回路は、前記電力変換装置の出力電圧が所定電圧を超える場合、前記整流電力の一部を消費することで、前記出力電圧を抑制することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電力変換装置。
【請求項４】
さらに、前記電圧抑制回路と前記電力変換装置の出力端子との間に、逆流防止ダイオードを有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載された電力変換装置。
【請求項５】
前記所定電圧を、前記太陽電池の開放電圧と前記トランスの変圧比に基づき設定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載された電力変換装置。
【請求項６】
前記所定電圧を（前記開放電圧×前記変圧比）に設定することを特徴とする請求項５に記載された電力変換装置。
【請求項７】
前記電圧抑制回路は、前記トランスの一次巻線および二次巻線の外に設けられた、前記トランスの第三の巻線に接続されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載された電力変換装置。
【請求項８】
前記電圧抑制回路は、前記トランスの二次巻線に設けられたタップに接続されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載された電力変換装置。
【請求項９】
前記電圧抑制回路に供給される電圧が、前記太陽電池の開放電圧、前記トランスの一次巻線数、および、前記電圧抑制回路用の巻線数に基づき設定される電圧を超えると、前記電圧抑制回路は出力電圧を抑制することを特徴とする請求項７または請求項８に記載された電力変換装置。
【請求項１０】
前記出力電圧の抑制開始電圧は（前記開放電圧×前記制御回路用の巻線数／前記一次巻線数）で表されることを特徴とする請求項９に記載された電力変換装置。
【請求項１１】
太陽電池と、
請求項１から請求項１０の何れかに記載された電力変換装置と、
前記電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータとを有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１２】
複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池それぞれに接続される、請求項１から請求項１０の何れかに記載された電力変換装置を複数と、
前記複数の電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータとを有することを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力変換装置および太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素などの排出による地球温暖化、原子力発電所の事故や放射性廃棄物による放射能汚染などの問題が深刻になり、地球環境とエネルギに対する関心が高まっている。このような状況の下、無尽蔵かつクリーンなエネルギ源として太陽光を利用する太陽光発電が世界中で実用化されている。
【０００３】
太陽電池を利用した太陽光発電の形態としては、数Ｗから数千ｋＷまでの出力規模に応じた種々の形態がある。太陽電池を使用した代表的なシステムとしては、太陽電池によって発電された直流電力をインバータなどにより交流電力に変換（直交変換）して需要家の負荷や、商用電力系統（以下「系統」と呼ぶ）に供給するシステムがある。
【０００４】
図１は太陽光発電システムの概観図、図２は太陽発電システムの接続を示すブロック図である。
【０００５】
図１および２に示す太陽電池モジュール７５は、出力電圧が数Ｖの太陽電池セルを複数枚直列接続したもので、２０Ｖ程度の電圧を出力する。さらに、太陽電池モジュール７５を複数枚直列接続して、２００Ｖ程度の出力電圧が得られる太陽電池ストリング７６を構成し、単数または必要ならば複数の太陽電池ストリング７６を、系統７２に連系するインバータ７１に接続することで、系統連系型の太陽光発電システムを構築する。
【０００６】
ところで、太陽光発電システムを構成する太陽電池セルには、その特性上、負荷によって電圧が変わる性質がある。無負荷時の開放電圧は、太陽電池セルの出力が最大になる最適動作点電圧よりも必ず高くなる。発電装置として効率よく使用するには太陽電池セルを最適動作点で作動させればよい（すなわち最適な負荷を与えればよい）が、負荷が軽くなる（すなわち負荷抵抗値が大きくなる）ような場合、太陽電池セルの電圧が上昇する。従って、インバータ７１が停止状態になると、太陽電池セルの電圧は開放電圧まで上昇するから、太陽電池セルを直列接続した太陽電池ストリング７６につながれるインバータ７１などの電力変換装置は、この電圧上昇に耐え得るものでなければならない。
【０００７】
太陽電池セルの開放電圧など出力電圧の上昇対策として、特開２０００−２２８５２９公報に示されるように、太陽電池セルやモジュールに電圧抑制素子を取り付けて、電圧上昇を抑制する方法が知られている。図３および４は、特開２０００−２２８５２９公報に開示された電圧上昇抑制方法を示す図である。太陽電池セル７７にバイパスダイオード７８および電圧抑制素子７９を並列接続して、電圧抑制素子７９の順方向降下電圧やツェナー電圧によって、太陽電池セル７の出力電圧の上昇を抑制する。
【０００８】
このような太陽光発電システムに対して、本発明者らは、太陽光発電システムの有効な形態として高昇圧オープンループＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、単に「ＤＣ／ＤＣコンバータ」と呼ぶ）を用いる太陽光発電システムの検討を行った。この太陽光発電システムは、太陽電池モジュール７５や太陽電池ストリング７６のように、太陽電池セルを多数直列化したものをインバータ７１に接続する構成ではなく、単セルもしくは数枚のセルを直列化し、その近傍に、定電圧制御や最大動作点追尾などの負帰還制御を行わない、オープンループのＤＣ／ＤＣコンバータを配置して、ＤＣ／ＤＣコンバータ付き太陽電池モジュールを構成し、その出力をインバータに供給するものである。このような太陽光発電システムの優位性として、以下が挙げられる。
【０００９】
（１）一般の太陽電池モジュールは、系統電圧に対して、かなり低い出力電圧を有す。そのため、一般の太陽電池モジュールを用いて系統連系型の太陽光発電システムを形成すると、数多くの太陽電池モジュールを直列接続して必要な電圧を得るしかない。その結果、小規模な太陽光発電システムを構築することはできない。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ付き太陽電池モジュールによれば、高い出力電圧を有する太陽電池モジュールを構成できるので、小容量の太陽光発電システムでも容易に構成できる。
【００１０】
（２）一般の太陽電池モジュールを直列接続して高電圧化する場合、必然的に、太陽電池モジュール内の太陽電池素子には高電圧がかかった部分が存在する。このような事情から、一般の太陽電池モジュールは、万一の被覆破れに対応するために被覆材（絶縁材）のコストが大きくなる。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ付き太陽電池モジュールは、太陽電池素子の被覆（絶縁）を薄くすることができ、その結果、大幅なコスト削減が可能になる。
【００１１】
（３）単セルを使用する場合、直列化工程が不要で、直列するセル間の距離をとる必要がないためにアクティブエリアが広い。
【００１２】
発明者らは、ＤＣ／ＤＣコンバータ付き太陽電池モジュールを使用する太陽光発電システムを検討する過程で、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力先のインバータが停止した際に、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に、前述した太陽電池セルの軽負荷時における電圧上昇だけでは説明がつかない程の異常な電圧上昇が発生し、インバータを必要以上の高入力電圧に設計する必要が生じる問題に遭遇した。
【００１３】
この現象をもう少し詳しく説明する。例えば、太陽電池の開放電圧をＶｏｃ、最適動作点電圧をＶｐｍ、フルデューティで動作するオープンループのＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧比をＮとする。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、インバータが動作中は略Ｖｐｍ×Ｎ［Ｖ］、インバータが停止すれば理論的にはＶｏｃ×Ｎ［Ｖ］になるはずである。しかし、現実に、インバータが停止時の出力電圧を測定すると、Ｖｏｃ×Ｎ［Ｖ］を遥かに超えた電圧になる。発明者らは、この現象を「異常電圧上昇」と名付けた。
【００１４】
【特許文献】
特開２０００−２２８５２９公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するためのもので、異常電圧上昇の抑制を目的とする。
【００１６】
【発明が解決する手段】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【００１７】
本発明の、太陽電池の出力電圧を昇圧する電力変換装置は、太陽電池の出力電力をスイッチングするスイッチング回路、スイッチングされた電力を昇圧するトランス、昇圧された電力を整流する整流回路、および、整流された電力の電圧を抑制する電圧抑制回路を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の太陽光発電装置は、太陽電池、上記の電力変換装置、および、電力変換装置から出力される直流電力を交流電力に変換するインバータを有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態の太陽光発電システム（装置）を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
発明者らは、太陽光発電システムの一つの有効な形態として「高昇圧オープンループＤＣ／ＤＣコンバータ」の開発を行った。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷として接続されるインバータが、充分な電流を入力しない場合や、停止した際に、異常電圧上昇が発生し、インバータに必要以上の高耐圧が要求されるという課題に遭遇した。以下、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用したシステム、ＤＣ／ＤＣコンバータの構成、動作、そして異常電圧上昇とその対策について順を追って説明する。
【００２１】
【第１実施形態】
［太陽光発電システムの構成］
図５はＤＣ／ＤＣコンバータを使用した太陽光発電システムの構成例を示すブロック図である。
【００２２】
太陽電池１の発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２によって昇圧され、インバータ３によって交流電力に変換されて系統４へ連系される。なお、図５に示すシステムでは、太陽電池１とＤＣ／ＤＣコンバータ２のセットを複数組並列接続してインバータ３に接続し、インバータ３から系統４に電力を逆潮流する系統連系システムを構成する。
【００２３】
●太陽電池
太陽電池１は、太陽光が遮られることがない屋根などの屋外に設置され、直列接続数を制限して出力電圧が低電圧になるように構成する。太陽電池１には、アモルファスシリコン系、多結晶シリコン系、結晶シリコン系などの太陽電池が使用可能である。実施形態においては、アモルファスシリコン系を三層に積層した積層型太陽電池セルを太陽電池１に使用した。その特性を以下に示す。また、図６は太陽電池１の出力特性を示す図である。
定格日射量      １ｋＷ／ｍ２  周囲温度  ２５℃
短絡電流        Ｉｓｃ  ＝  １２．４５Ａ
開放電圧        Ｖｏｃ  ＝  １．４Ｖ
最大動作点電流  Ｉｐｍ  ＝  １０．０Ａ
最大動作点電圧  Ｖｐｍ  ＝  １．０Ｖ
最大出力電力    Ｐｍａｘ  ＝  １０Ｗ
【００２４】
●ＤＣ／ＤＣコンバータ
太陽電池１の近傍に、低電圧大電流である太陽電池１の出力を昇圧して高電圧小電流に変換するオープンループコンバータ２を設ける。これは、例えば屋内に配置されたインバータ３までの送電路における送電ロスを低減するためである。なお、太陽電池１とＤＣ／ＤＣコンバータ２を一体化（積層）したモジュールとして構成することもできる。こうすれば、太陽電池１とＤＣ／ＤＣコンバータ２の間の配線を短くして、配線抵抗によるロスを効果的に低減することができる。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２のゲート駆動回路４６は、位相が逆の二つのゲート駆動信号を、プッシュプルスイッチング回路を構成するスイッチング素子３３および３４のゲートに供給する。なお、ゲート駆動信号（矩形波）のでデューティは固定にするが、プッシュプルスイッチング回路の最大デューティである５０％が変換効率が高く好ましい。ゲート駆動信号のデューティを５０％（または５０％弱）に固定にするのは、フィードバック回路をなくして、スイッチング制御回路をシンプル化することによるコストダウンおよび信頼性の向上のためである。なお、スイッチング周波数は、スイッチングによる損失電力と、トランスの小型化のトレードオフにより、２０ｋＨｚから数百ｋＨｚの間に設定する。
【００２６】
スイッチング素子３３および３４は、太陽電池１の出力電圧が低いため、オン抵抗が低いＭＯＳＦＥＴが好ましい。現時点では、ユニポーラ素子であるＭＯＳＦＥＴが、オン抵抗の面でとくに優れている。
【００２７】
入力キャパシタ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電力供給源が電圧源とみなせるように、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さく、高周波特性に優れるＯＳコン（三洋電機製）を使用することが好ましい。その他、積層セラミックキャパシタ、タンタル電解キャパシタなどＥＳＲが小さいものが使用可能である。入力キャパシタ３２によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の電力供給源は電圧源とみなせるようになり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２はいわゆる電圧型コンバータと呼ばれるものになる。
【００２８】
トランス１５の変圧比（巻線比）は、太陽電池１の運転電圧が最小時に、インバータ３が交流電圧１００Ｖを出力するために必要な直流電圧（例えば１５０Ｖ以上）がインバータ３に供給されるように設定する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、スイッチング回路が常に最大デューティで運転されるために、入力電圧にトランス１５の変圧比を掛けた値になる。
【００２９】
太陽電池の最適動作点は高温、低日射時に低電圧になる特性がある。実施形態においては、太陽電池の動作最低電圧を０．７５Ｖと設定し、そのとき出力電圧１５０Ｖに昇圧可能とする巻線比をトランス１５に設定する。
巻線比      ０．７５：１５０
一次側巻線  ２ターン×２
二次側巻線  ４００ターン
【００３０】
トランス１５の後段には、トランス１５の高周波交流出力を整流する整流回路３６、および、平滑する平滑回路３７を設ける。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力先であるインバータ３の入力キャパシタ５１の静電容量が充分に大きい場合は平滑回路３７のキャパシタはなくてもよい。
【００３１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２には、太陽電池１から直流電力が入力される。入力された直流電力は、ゲート駆動回路４６、スイッチング素子３３および３４、並びに、トランス１５から構成される昇圧回路によって昇圧される。トランス１５の二次巻線から出力される高周波交流電力は、ダイオードブリッジ３６で整流され、平滑回路３７で平滑された後、インバータ３へ供給される。
【００３２】
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の変換効率は概ね９５％であるから、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の最大出力電力は、太陽電池１の最大出力電力の約９５％になる。
【００３３】
●インバータ
インバータ３の制御回路５３は、入力電圧検出器５４および入力電流検出器５５により、ＤＣ／ＤＣコンバータ２から入力される電圧および電流をモニタして、インバータブリッジ５２のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。この制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧、出力電流が制御され、その結果、太陽電池１の動作点電圧および電流を制御することができる。言い換えれば、制御回路５３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と太陽電池１とを併せた最大電力追尾制御（ＭＰＰＴ制御）を行うことで、太陽電池１の発電電力を有効に活用する。インバータ３へ入力される直流電力は、インバータブリッジ５２および連系リアクタを含むフィルタ５８によって交流電力に変換され、系統４へ供給される。インバータ３の入力電圧および入力電流をモニタして、インバータブリッジ５２をＰＷＭ制御する方法は、公知公用の多数の方法が知られているので、その説明は省略する。
【００３４】
このようなインバータ３のＰＷＭ制御により、太陽電池１およびＤＣ／ＤＣコンバータ２から最大電力を引き出しつつ（ＭＰＰＴ制御）、系統４と同一の電流位相をもつ力率が１の交流電力を出力する。
【００３５】
［ＤＣ／ＤＣコンバータの動作］
上記の構成において、後述する出力電圧抑制回路を設けない状態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力特性を説明する。
【００３６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力先であるインバータ３が停止した場合、コンバータ２および太陽電池１はほぼ無負荷（出力電流がほぼ零の状態）になる。すなわち、太陽電池１は図６に示すＡ点で動作し、コンバータ２には定格時の１．４倍の電圧が入力される。
【００３７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチング回路のデューティは固定されているから、通常負荷運転時は入力電圧と出力電圧との比は一定になる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は下式で表され、太陽電池１の動作点電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は比例して変動する。
Ｖｄ  ＝  Ｔｒ×Ｖｏｐ
ここで、ＶｄはＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧
Ｖｏｐは太陽電池１の動作電圧
Ｔｒは昇圧比（巻線比）
【００３８】
ところが、無負荷時または負荷電流が少ない状態では異常電圧上昇が発生する。その結果、定格日射１ｋＷ／ｍ２照射時のＤＣ／ＤＣコンバータ２のＩＶカーブ特性は図７に示すようになり、最大電力出力時の出力電圧が２００Ｖであるにも関わらず、無負荷電圧は４５０Ｖ（Ｂ点）にもなる。図７において、低電流時の電圧が高電圧（２８０から４５０Ｖ）になるのは異常電圧上昇に起因する。
【００３９】
［電圧抑制回路］
図８はＤＣ／ＤＣコンバータ２に出力電圧抑制回路６２を取り付けた構成例を示すブロック図である。
【００４０】
●逆流防止ダイオード
出力電圧抑制回路６２と出力端子の間に逆流防止ダイオード１９を設ける。出力電圧抑制回路６２に使用する部品は、その抑制電圧に応じた定格電圧を有する部品を使用するが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を複数並列接続すると、他のＤＣ／ＤＣコンバータ２において過電圧が発生した場合に、その過電圧が出力電圧抑制回路６２に流入して、部品の定格電圧を超える場合がある。そこで、逆流防止ダイオード１９を設けて、他のＤＣ／ＤＣコンバータ２から過電圧の流入を防ぐ。
【００４１】
●出力電圧抑制回路
出力電圧抑制回路６２を構成する抵抗器８２および８２によって分圧された、平滑回路３７の出力電圧は、ＦＥＴ  ８４のゲートに入力される。従って、平滑回路３７の出力電圧を分圧した電圧がゲート閾値電圧を超えるとＦＥＴ  ８４のドレインソース間が導通し、電力消費用抵抗器８３を介して電流が流れる。ゲート入力電圧がゲート閾値電圧を超える、平滑回路３７の出力電圧（抑制電圧と呼ぶ）は３００Ｖに設定するが、これは以下の理由による。
【００４２】
図に示す電圧上昇特性において、太陽電池１による電圧上昇とＤＣ／ＤＣコンバータ２による電圧上昇とを切り分けると、下式で示す電圧Ｖ１以下は太陽電池１による電圧上昇、Ｖ１を超える電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ２による電圧上昇と判断できる。
Ｖ１  ＝  Ｖｏｃ×Ｎｓ／Ｎｐ
ここで、Ｖｏｃは開放電圧
Ｎｐはトランスの一次側巻線数
Ｎｓはトランスの二次側巻線数
【００４３】
太陽電池１の開放電圧Ｖｏｃが１．４Ｖ、トランス５１の一次巻線数Ｎｐが２、二次巻線数Ｎｓが４００であるからＶ１＝２８０Ｖになる。図３から明らかなように、電圧Ｖ１＝２８０Ｖ以上においては、電圧は高くとも、出力電力は非常に小さい。なお、実施形態では、出力電圧のリップル量や、分圧抵抗器の公差などを考慮して２８０Ｖより若干高い３００Ｖを抑制電圧に設定する。
【００４４】
抑制電圧を３００Ｖとする場合の、出力電圧抑制回路６２の構成部品は以下のようになる。
抵抗器８１  ＝  ４．７ＭΩ
抵抗器８２  ＝  ３９ｋΩ
ＦＥＴ  ８４のゲート閾値電圧  ＝  ２．５Ｖ
抑制電圧  ＝  ２．５×（４７００  ＋  ３９）／３９≒３００Ｖ
【００４５】
また、電力消費抵抗器８３の抵抗値および電力値は、抑制電圧における消費電力量（図７のＣ点、３００Ｖ、３ｍＡ）から設定する。
電力消費抵抗器８３  ＝  １００ｋΩ
電力消費抵抗器８３の電力値≧３００Ｖ×３ｍＡ  ＝  ９００ｍＷ
【００４６】
図９はＦＥＴ  ８４のゲート閾値電圧が個体差によってばらつく場合を考慮した、出力電圧抑制回路６２の構成例を示すブロック図である。比較器８５は、平滑回路３７の出力電圧の分圧値と、別個に設けられた基準電圧８６（この実施形態では２．５Ｖ）とを比較して、分圧値＞基準電圧８６ならば、ＦＥＴ  ８４のゲートを充分に駆動することができる電圧（例えば５Ｖ程度）を出力する。この構成によれば、平滑回路３７の出力電圧の分圧値が２．５Ｖを超えれば、確実にＦＥＴ  ８４のドレインソース間が導通して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を抑制することができる。
【００４７】
図１０は、図８または９に示すＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力特性例を示す図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が３００Ｖ付近から上では、出力電圧抑制回路６２によって出力電圧が抑制されている。
【００４８】
このように、出力電圧抑制回路６２によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を抑制電圧Ｖ１に抑制することができ、小さな電力定格の電力消費抵抗器８３により、充分な出力電圧の抑制効果を得ることができる。言い換えれば、小型で、無負荷電圧を抑制したＤＣ／ＤＣコンバータ２の提供が可能になる。
【００４９】
なお、インバータ３が通常運転に戻ると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は最適動作点である２００Ｖ近辺になるため、出力電圧抑制回路６２のＦＥＴ  ８４はオフになり、電力消費抵抗器８３による電力消費はなくなる。つまり、インバータ３の停止時や、異常電圧上昇が発生するような軽負荷時には自動的に出力電圧抑制回路６２が動作し、インバータ３が通常運転（最適動作点運転）を再開した際はＤＣ／ＤＣコンバータ２も自動的に通常運転に移行する。
【００５０】
さらに、インバータ３の動作が停電などにより停止している時も、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は異常電圧以下の電圧を出力し続ける。その結果、インバータ３の起動準備はいつでもできていることになり、停電が解消するとインバータ３は速やかに系統連系運転を開始することができる。
【００５１】
【第２実施形態】
以下、本発明にかかる第２実施形態の太陽光発電システムを説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００５２】
第１実施形態の出力電圧抑制回路６２は、電圧検出器（抵抗器８１および８２）、ＦＥＴ  ８４、電力消費抵抗器８３から構成したが、第２実施形態においては、ＦＥＴのような素子を用いずに、複数のツェナーダイオードを直列接続して出力電圧抑制回路を構成する例を説明する。なお、使用する太陽電池１やトランス１５の巻線比などは、第１実施形態１と同じであるから、第２実施形態の抑制電圧も３００Ｖとする。
【００５３】
図１１は第２実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成例を示すブロック図である。
【００５４】
ツェナー電圧が５０Ｖ、約１７０ｍＷ以上の消費電力に耐えるツェナーダイオードを六本直列にした出力電圧抑制回路６４を構成する。この構成により、抑制電圧３００Ｖ（＝５０×６）、消費電力１Ｗ以上（＝０．１７×６）になり、第１実施形態と同様の出力特性（図１０参照）を得ることができる。
【００５５】
なお、出力電圧抑制回路６４をツェナーダイオードのみで構成するえ例を示したが、ツェナーダイオードと抵抗器、ツェナーダイオードとダイオードなど、様々な構成で同様の効果を得ることが可能である。
【００５６】
【第３実施形態】
以下、本発明にかかる第３実施形態の太陽光発電システムを説明する。なお、第３実施形態において、第１実施形態と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００５７】
第１、第２実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側に出力電圧抑制回路を接続する例を示した。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力側（高電圧ライン）に出力電圧抑制回路を直接取り付ける場合、以下の問題がある。
（１）  高電圧であるため、使用部品、基板のパターン間距離などに配慮が必要
（２）  安全対策上の理由で、使用可能な電気部品に制限がある
（３）  主回路パターンをコンパクトにしづらい
【００５８】
これらの問題を考慮して、第３実施形態では、トランス１５に出力電圧を抑制する回路専用の出力タップを設けて出力電圧を抑制する。図１２は第３実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成例を示すブロック図である。
【００５９】
トランス１５には、電圧抑制回路６６専用の低電圧出力タップを用意し、このタップから出力される電力を整流・平滑回路６５で整流平滑して電圧抑制回路６６に供給する。トランス１５の巻線構成は以下のようにする。
入力巻線数  ２ターン×２
出力巻線数  ８ターン  ＋  ３９２ターン（合計４００ターン）
【００６０】
つまり、電圧抑制回路６６専用に８ターンの低電圧巻線を用意する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２（主回路）の出力電圧が３００Ｖで抑制される特性にするには、電圧抑制回路６６の抑制電圧を、トランス１５の巻線比によって、下記のように６Ｖに設定する。
４００：８  ＝  ３００：６
【００６１】
図１２には電圧抑制回路６６の具体的な構成は示さないが、第１実施形態のように電圧検出器、ＦＥＴなどの素子、電力消費抵抗器の構成してもよいし、第２実施形態のようにツェナーダイオードなどの構成でもよい。何れの場合も主回路が３００Ｖ出力時に、電圧抑制回路６６に約９００ｍＷを消費させる。このような構成により、第１実施形態１のＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力特性（図１０参照）と同様の特性を得ることができる。
【００６２】
なお、第３実施形態の構成では、電圧抑制回路６６が整流回路３６よりも入力側にあり、他のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される構成ではないために、第１、第２実施形態のような逆流防止ダイオード１９は不要である。
【００６３】
【第４実施形態】
以下、本発明にかかる第４実施形態の太陽光発電システムを説明する。なお、第４実施形態において、第１実施形態と略同様の構成については、同一符号を付して、その詳細説明を省略する。
【００６４】
第３実施形態においては、電圧抑制回路６６およびトランス１５に電圧抑制回路６６専用の低電圧出力タップを設ける方法を説明したが、第４実施形態では、低電圧出力タップではなく、電圧抑制回路６６専用の別巻線を設ける例を説明する。
【００６５】
図１３は第４実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成例を示すブロック図である。
【００６６】
第４実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２のトランス１５には、電圧抑制回路６６専用の低電圧巻線を用意し、この巻線から出力される電力を整流・平滑回路６５で整流平滑して電圧抑制回路６６に供給する。トランス１５の巻線構成は以下のようにする。
入力巻線数  ２ターン×２
出力巻線数  ４００ターン
電圧抑制用巻線  ８ターン
【００６７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２（主回路）の出力電圧が３００Ｖで抑制される特性にするには、第３実施形態と同様に、電圧抑制回路６６の抑制電圧を６Ｖに設定する。
【００６８】
このような構成により、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第４実施形態においても、電圧抑制回路６６が整流回路３６よりも入力側にあり、他のＤＣ／ＤＣコンバータに接続される構成ではないために、第１、第２実施形態のような逆流防止ダイオード１９は不要である。
【００６９】
【発明の効果】
以上発明したように、本発明によれば、異常電圧上昇を抑制することができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータの接続先であるインバータを必要以上の高入力電圧に設計する必要がなく、インバータを含む太陽光発電装置（システム）のトータルコストの削減に貢献する。
【００７０】
さらに、インバータの動作が停電などにより停止している時も、ＤＣ／ＤＣコンバータは異常電圧以下の電圧を出力し続ける。その結果、インバータの起動準備はいつでもできていることになり、停電が解消するとインバータは速やかに系統連系運転を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽光発電システムの概観図、
【図２】太陽発電システムの接続を示すブロック図、
【図３】電圧上昇抑制方法を示す図、
【図４】電圧上昇抑制方法を示す図、
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータを使用した太陽光発電システムの構成例を示すブロック図、
【図６】太陽電池の出力特性を示す図、
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータのＩＶカーブ特性を示す図、
【図８】ＤＣ／ＤＣコンバータに出力電圧抑制回路を取り付けた構成例を示すブロック図、
【図９】出力電圧抑制回路の第二の構成例を示すブロック図、
【図１０】図８または９に示すＤＣ／ＤＣコンバータの出力特性例を示す図、
【図１１】第２実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示すブロック図、
【図１２】第３実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示すブロック図、
【図１３】第４実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータの構成例を示すブロック図である。
【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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