(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、整流電圧が上限電圧を超えると駆動パルスの供給を停止させ、その後、整流電圧が下限電圧を下回ると駆動パルスの供給を再開させる制御回路１４７などで構成する。【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に駆動パルスを供給する駆動回路と、
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】
前記電力変換装置はオープンループである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、前記整流電圧が第一の所定値を超えると前記駆動パルスの供給を停止し、その後、前記整流電圧が前記第一の所定値より低い第二の所定値を下回ると前記駆動パルスの供給を再開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】
前記第一の所定値は、前記太陽電池の開放電圧をＶｏｃ、前記トランスの変圧比をｎとすると、Ｖｏｃ×ｎであることを特徴とする請求項３に記載された電力変換装置。
【請求項５】
前記第二の所定値は、前記電力変換装置の負荷として接続される、ＭＰＰＴ機能を有するインバータのＭＰＰＴ入力電圧範囲の上限値以上であ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】
前記第二の所定値は、前記電力変換装置の負荷として接続される、入力電圧一定制御機能を有するインバータの一定制御電圧値以上であ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７】
前記電圧抑制回路は、前記整流電圧が所定値を超える場合、前記駆動パルスを間引く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８】
前記所定値は、前記電力変換装置の負荷として接続される、ＭＰＰＴ機能を有するインバータのＭＰＰＴ入力電圧範囲の上限値以上であることを特徴とする請求項７に記載された電力変換装置。
【請求項９】
前記所定値は、前記電力変換装置の負荷として接続される、入力電圧一定制御機能を有するインバータの一定制御電圧値以上であることを特徴とする請求項７に記載された電力変換装置。
【請求項１０】
太陽電池からの入力値を検出する検出器、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に駆動パルスを供給する駆動回路、スイッチングされた電力を昇圧するトランス、および、昇圧された電力を整流する整流回路を有し、前記太陽電池の出力電圧を昇圧する電力変換装置の制御方法であって、
整流電圧が第一の所定値を超えると前記駆動パルスの供給を停止し、その後、前記整流電圧が前記第一の所定値より低い第二の所定値を下回ると前記駆動パルスの供給を再開することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
太陽電池からの入力値を検出する検出器、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に駆動パルスを供給する駆動回路、スイッチングされた電力を昇圧するトランス、および、昇圧された電力を整流する整流回路を有し、前記太陽電池の出力電圧を昇圧する電力変換装置の制御方法であって、
整流電圧が所定値を超える場合、前記駆動パルスを間引くことを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
太陽電池と、
請求項１から請求項９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１３】
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９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その制御方法、並びに、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】
【課題を解決するための手段】
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に駆動パルスを供給する駆動回路と、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。
【００１８】
また、本発明の制御方法は、上記電力変換装置の制御方法であって、整流電圧が第一の所定値を超えると駆動パルスの供給を停止し、その後、整流電圧が第一の所定値より低い第二の所定値を下回ると駆動パルスの供給を再開する、あるいは、整流電圧が所定値を超える場合、駆動パルスを間引くことを特徴とする。
【００１９】
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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。
【００２２】
【第一実施形態】
［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。
【００２３】
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。
【００２４】
●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
【００２５】
●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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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キャパシタを使用することが好ましく、例えばＯＳコン（三洋電機製）、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
●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。
【００３５】
本実施形態のインバータ３は、ＭＰＰＴ制御による入力電圧１５０Ｖ〜２５０Ｖの範囲で運転される。この入力電圧範囲は、太陽電池１の日射、温度による最大電力点の変化と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の変圧比とスイッチングデューティによって決定される。なお、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２は昇圧スイッチングのオンデューティが固定されているため、オンデューティによる昇圧比への影響はない。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
［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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）
【００４１】
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。
【００４２】
［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を取り付けた構成例を示すブロック図である。
【００４３】
インバータ３が通常動作をしている場合、出力電圧抑制回路は動作しない。何故ならば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、インバータ３のＭＰＰＴ制御により１５０Ｖ〜２５０Ｖの範囲に制御されるからである。つまり、出力電圧抑制回路は、インバータ３が停止、または、何らかの異常により低電流出力状態になると、図７に示す異常電圧上昇が発生しないように、言い換えればＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が所定電圧（上限電圧）以上にならないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２を制御する。さらに、インバータ３の運転が再開されると直に系統連系運転が可能なように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が所定電圧（下限電圧）以下にならないようにＤＣ／ＤＣコンバータ２を制御する。
【００４４】
●出力電圧検出回路
出力電圧検出回路６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を検出するために、平滑回路３７とＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力端の間に設けられた抵抗分圧器である。出力電圧検出回路６３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧を、信号処理し易い低電圧に分圧して比較器８４および８５に送る。
【００４５】
●基準電圧源
基準電圧源Ｖｒｅｆ１およびＶｒｅｆ２は、出力電圧検出回路６３から供給される電圧と比較すべき電圧（上記の上限電圧および下限電圧に対応する電圧）を供給する。
【００４６】
本実施形態は上限電圧を３００Ｖとするが、これは次の理由による。図７に示されるＩＶカーブ特性において、太陽電池１による電圧上昇とＤＣ／ＤＣコンバータ２による異常電圧上昇を切り分けると、次式で示される電圧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２２による異常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１５の一次巻線数
Ｎｓはトランス１５の二次巻線数
【００４７】
太陽電池１の開放電圧Ｖｏｃ＝１．４Ｖ、トランス１５の一次巻線数Ｎｐ＝２、二次巻線数Ｎｓ＝４００であるからＶ１＝２８０Ｖになるが、出力電圧のリップル分や、分圧抵抗器の誤差などを考慮して、２８０Ｖより若干高い３００Ｖを上限電圧にする。
【００４８】
一方、下限電圧は、インバータ３が正常運転に復帰すると直に系統連系運転を再開させることを考慮して、インバータ３の正常動作範囲であるＭＰＰＴ動作範囲の上限値である２５０Ｖ以上に設定する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力やインバータ３の入力に逆流防止ダイオードが直列に挿入されている場合、その順電圧降下分を下限電圧に加える必要がある。例えば、逆流防止ダイオードの順電圧降下が１Ｖであれば、下限電圧は２５１Ｖ以上に設定する。勿論、ＤＣ／ＤＣコンバータ２とインバータ３の間の配線の抵抗分による電圧降下も考慮する必要がある。以上を考慮して、本実施形態の下限電圧は２５５Ｖにする。
【００４９】
●制御回路
制御回路１４７は、比較器８４および８５の出力信号ＳＩＧ１およびＳＩＧ２を入力して、ＡＮＤ回路１４６に信号ＳＩＧ３を出力する。なお、トランス１５の一次−二次間を絶縁する必要がある場合は、制御回路１４７の出力にフォトカプラなどを配して、絶縁機能をもたせる。
【００５０】
●ＡＮＤ回路
ＡＮＤ回路１４６は、ゲート駆動回路４６から５０％デューティのゲート駆動パルスを入力し、制御回路１４７から信号ＳＩＧ３を入力して、それら信号の論理積信号をスイッチング素子３３および３４のゲートパルス信号Ｇ１およびＧ２として出力する。
【００５１】
●ＤＣ／ＤＣコンバータの動作
図９および１０は、上記の出力電圧抑制回路を有するＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を説明する図で、インバータ３がタイミングｔ１で停止し、タイミングｔ４で運転を再開する際のＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を説明する。
【００５２】
タイミングｔ１以前にインバータ３がＭＰＰＴ動作をしている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、図１０に示すインバータＭＰＰＴ動作電圧範囲の１５０Ｖから２５０Ｖである。タイミングｔ１においてインバータ３が停止すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流の低下により、その出力電圧は図１０に示す矢印Ａの方向に移動し、平滑回路３７のキャパシタおよびインバータ３の入力平滑キャパシタを充電して、出力電圧は徐々に増加し（図９に示すｔ１からｔ３の期間）、タイミングｔ２においてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が下限電圧（２５５Ｖ）に達し、比較器８５の出力信号ＳＩＧ２がＬレベルからＨレベルに遷移する。
【００５３】
タイミングｔ３においてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が上限電圧（３００Ｖ）に達すると、比較器８４の出力信号ＳＩＧ１はＬレベルからＨレベルに遷移し、制御回路１４７の出力信号ＳＩＧ３はＨレベルからＬレベルに遷移する（図１１参照）。信号ＳＩＧ３がＬレベルの状態で、ＡＮＤ回路１４６は駆動パルスＧ１およびＧ２の出力を停止し（図１２参照）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、平滑回路３７のキャパシタおよびインバータ３の入力平滑キャパシタの放電に伴い、徐々に低下する（図９に示すｔ３からｔ４の期間）。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が上限電圧（３００Ｖ）を下回ると、信号ＳＩＧ１はＨレベルからＬレベルに遷移するが、信号ＳＩＧ３の状態は遷移せずＬレベルが維持される（図１１参照）。
【００５４】
タイミングｔ４においてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が下限電圧（２５５Ｖ）に達すると、信号ＳＩＧ２はＨレベルからＬレベルに遷移し、信号ＳＩＧ３はＬレベルからＨレベルに遷移し（図１１参照）、ＡＮＤ回路１４６は、駆動パルスＧ１およびＧ２の出力を再開する。なお、Ｖｒｅｆ１とＶｒｅｆ２の関係から、通常、ＳＩＧ１がＨレベルでＳＩＧ２がＬレベルになることはないが、図１１にはＳＩＧ１、ＳＩＧ２およびＳＩＧ３のすべての状態を示してある。
【００５５】
以降、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、インバータ３が停止中、ｔ２からｔ４と同様の動作を繰り返し、タイミングｔ６においてインバータ３が運転を再開すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、インバータＭＰＰＴ動作電圧範囲（図１０に示す矢印Ｂの方向）に移動し、下限電圧（２５５Ｖ）に達すると（ｔ７）、信号ＳＩＧ２はＬレベルに、信号ＳＩＧ３はＨレベルになり、ＡＮＤ回路１４６は駆動パルスＧ１およびＧ２を出力する。その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧はインバータＭＰＰＴ動作電圧範囲に維持されるため、ＡＮＤ回路１４６は駆動パルスの出力を維持する。
【００５６】
このように、停電などによってインバータ３の運転が停止している間、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は異常電圧上昇を防ぎながら、出力電圧を下限電圧から上限電圧の範囲に維持する。さらに、インバータ３が通常の運転に復帰すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２も自動的に通常運転に移行する。その結果、停電などが復旧すると、インバータ３は速やかに系統連系運転を再開することができる。
【００５７】
【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。
【００５８】
第二実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が上限電圧に達した場合、駆動パルスを完全に停止せず、駆動パルスを間引く例を説明する。
【００５９】
図１３は第二実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成例を示すブロック図である。第１実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２と異なり、基準電圧は「抑制電圧」に対応する一つである。
【００６０】
抑制電圧をインバータＭＰＰＴ動作範囲の上限値である２５０Ｖ以上に設定すれば、インバータ３が停止するとＤＣ／ＤＣコンバータ２を出力電圧抑制運転に、インバータ３が運転を再開するとＤＣ／ＤＣコンバータ２を通常運転にすることが可能である。ただし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力や、インバータ３の入力に逆流防止ダイオードが直列に挿入されている場合、上述したように、その順電圧降下分や、配線の電圧降下分を抑制電圧に加える必要があり、これらを考慮して抑制電圧を２５５Ｖにする。
【００６１】
図１４および１５は、上記の出力電圧抑制回路を有するＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を説明する図で、インバータ３がタイミングｔ１で停止し、タイミングｔ３で運転を再開する際のＤＣ／ＤＣコンバータ２の動作を説明する。
【００６２】
タイミングｔ１以前にインバータ３がＭＰＰＴ動作をしている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、図１５に示すインバータＭＰＰＴ動作電圧範囲の１５０Ｖから２５０Ｖである。タイミングｔ１においてインバータ３が停止すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電流の低下により、その出力電圧は図１５に示す矢印Ａの方向に移動し、平滑回路３７のキャパシタおよびインバータ３の入力平滑キャパシタを充電して、出力電圧は徐々に増加し（図１４に示すｔ１からｔ３の期間）、タイミングｔ２においてＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が抑制電圧（２５５Ｖ）に達し、比較器１８４の出力信号ＳＩＧ４がＬレベルからＨレベルに遷移する。
【００６３】
信号ＳＩＧ４がＨレベルになると、制御回路１４８は、出力信号ＳＩＧ５をＨレベルから間引きパターン（図１４参照）に遷移させる（間引きモード）。ＡＮＤ回路１４６は、ゲート駆動回路４６から供給される駆動パルスと間引きパターンのパルスとの論理積信号を駆動パルスＧ１およびＧ２として出力する。従って、駆動パルスのパルス数が削減され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が抑制される。
【００６４】
なお、間引きパターンのパルスと駆動パルスとを同期させるため、ゲート駆動回路４６から制御回路１４８へ同期信号ＳＹＮＣ（または、駆動パルスやクロック信号）を供給する。また、トランス１５の偏磁を防ぐために、間引きパターンの各パルスの幅は、ゲート駆動回路４６から供給される駆動パルスＧ１とＧ２のパルス幅の和に合わせる。さらに、駆動パルスの間引きレートは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧が目標の最大電圧（例えば３００Ｖ）に抑制されるように設定すればよい。
【００６５】
このように、インバータ３が停止中、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、間引きパターンにより抑制される。
【００６６】
次に、タイミングｔ３においてインバータ３が運転を再開すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧は、インバータＭＰＰＴ動作電圧範囲（図１５に示す矢印Ｂの方向）に移動し、抑制電圧（２５５Ｖ）に達すると（ｔ４）、信号ＳＩＧ４はＬレベルに、信号ＳＩＧ５はＨレベルになり（間引きモード解除）、ＡＮＤ回路１４６は間引きなしの駆動パルスＧ１およびＧ２を出力する。その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電圧はインバータＭＰＰＴ動作電圧範囲に維持されるため、ＡＮＤ回路１４６は通常の駆動パルスの出力を維持する。
【００６７】
このように、停電などによってインバータ３の運転が停止している間、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は異常電圧上昇を防ぎながら、出力電圧を目標の最大電圧に維持する。さらに、インバータ３が通常の運転に復帰すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２も自動的に通常運転に移行する。その結果、停電などが復旧すると、インバータ３は速やかに系統連系運転を再開することができる。
【００６８】
【第３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。
【００６９】
上述した第１および第２実施形態においては、インバータ３がＭＰＰＴ制御機能を有するが、入力電圧一定制御のインバータを使用する場合を、第３実施形態として説明する。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成は図８、図１３と同じであるが、第１実施形態における下限電圧、第２実施形態における抑制電圧の設定が異なる。
【００７０】
●下限電圧の設定
入力電圧一定制御のインバータを接続する場合は、下限電圧をインバータが正常に動作する電圧値以上に設定すればよい。例えば、インバータの正常動作電圧の下限が２００Ｖであれば、下限電圧を２００Ｖ以上に設定する。勿論、逆流防止ダイオードの順方向電圧降下分や配線の電圧降下分も考慮する。
【００７１】
●抑制電圧の設定
入力電圧一定制御のインバータを接続する場合は、抑制電圧もインバータが正常に動作する電圧値以上に設定すればよい。勿論、逆流防止ダイオードの順方向電圧降下分や配線の電圧降下分も考慮する。
【００７２】
上記のように、下限電圧または抑制電圧を設定すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２は第１または第２実施形態と同様の動作になり、異常電圧上昇を抑制することができる。
【００７３】
上述した各実施形態によれば、太陽電池の発電電力を入力とするオープンループコンバータの異常電圧上昇を抑制して、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力（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。
【００７４】
また、停電などによってインバータが停止している場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータは異常電圧上昇を防いで、設定された電圧以下の出力電圧を維持する。その結果、インバータの起動準備ができていることになり、停電などが解消してインバータの運転が再開されると、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。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、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。
【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】出力電圧抑制回路を有するＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図、
【図１０】出力電圧抑制回路を有するＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図、
【図１１】制御回路の入出力関係を示す図、
【図１２】ＡＮＤ回路の入出力関係を示す図、
【図１３】第二実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ２の構成例を示すブロック図、
【図１４】出力電圧抑制回路を有するＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図、
【図１５】出力電圧抑制回路を有するＤＣ／ＤＣコンバータの動作を説明する図である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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