(57)【要約】【課題】  太陽電池といった受動型発電装置が発電能力をより高く発揮することができるパワーコンディショナを提供する。【解決手段】  受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路の動作電力は、前記電圧コンバータの入力以外の点から供給される。または、従来通りの点から供給されるが、太陽電池アレイの動作状態において、制御回路とインピーダンス不整合が生じないよう、負荷特性を改良する。【選択図】        図１
2004312994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、
受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、
前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、
前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、
前記制御回路の動作電力は、前記電圧コンバータの出力から供給されることを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項２】
受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、
受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、
前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、
前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、さらに、
前記電圧コンバータの出力、または電圧コンバータの入力のうち一方からの電力を前記制御回路の動作電力として選択し供給する、電力選択部を有することを特徴とするパワーコンディショナ。
【請求項３】
受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、
受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、
前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、
前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、さらに、
前記受動型発電装置とは別の発電装置から電力供給可能な制御回路用電源部を有することを特徴とするパワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、風力発電、または燃料電池といった、エネルギー源の能動的な制御が困難な受動型発電装置に接続して用いられるパワーコンディショナに関し、特に、太陽電池といった発電装置の発電能力を高く機能させるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなパワーコンディショナが用いられる受動型発電装置出力システムとして、例えば、太陽電池を備える太陽光発電システムがある。
【０００３】
太陽電池の発電特性である出力電流と電圧の関係すなわちＩ−Ｖ特性は、日射強度、セル温度、スペクトル分布などの環境条件により変化する。また、実際に屋外へ長期に暴露した場合、日陰、表面の汚れ、太陽電池セルの劣化によっても影響を受ける。そのため、最適に動作させるための電圧が絶えず変化するという扱いの難しい電源である。
【０００４】
このような太陽電池の出力を取得するパワーコンディショナには、その時々の環境条件におけるＩ−Ｖ特性から最大出力を取り出すため、入力インピーダンスを変化させながら、最適な動作点を絶えず追尾する機能が備えられている。この機能を行う装置を、最大出力点追尾装置（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｅｒ）といい、ＭＰＰＴと略記される。ＭＰＰＴは、具体的にはＤＣ−ＤＣコンバータ、すなわち電圧コンバータを用いて実現される。パワーコンディショナは、太陽電池アレイより出力される最大電力を直流として取得し、交流に変換し、そして出力する。
【０００５】
図６は、従来の受動型発電システムの一例である、太陽光発電システムの構成を示す図である。
【０００６】
太陽光発電システム１０は、太陽電池アレイ１３およびこの太陽電池アレイ１３が接続されるパワーコンディショナ１５から構成されている。太陽光発電システム１０には、発電した電力により駆動される負荷３１が接続されている。
【０００７】
太陽電池アレイ１３は、複数の太陽電池モジュールが直並列接続により組み合わされたものである。パワーコンディショナ１５は、太陽電池アレイ１３の出力に直列接続される逆流防止用のダイオード１７と、ダイオード１７の出力側に接続される電力変換回路１９と、この電力変換回路１９の制御を行うための制御回路２１とを備える。電力変換回路１９は、負荷３１へ供給する電力の変換を行う。ここで、制御回路２１には、電力変換回路１９を直接に制御する回路以外にも、一般の商用交流系統の状態を監視する回路、蓄電池を備えるシステムにおいては蓄電池の状態を監視する回路、独立運転防止機能を含む様々な保護装置、ユーザの操作部やそのインターフェースのための回路も含む。電力変換回路１９は、環境の変動に応じて変化する太陽電池アレイ１３の電流および電圧を監視しながら、入力される電力が常に最大となるようインピーダンスを変動させるとともに、入力電圧を一定の電圧値に変換するための、ＤＣ−ＤＣコンバータからなるＭＰＰＴ装置２３を備える。また、ＭＰＰＴ装置２３から出力される直流電力を一般の商用電力系統と同じ電圧、周波数の交流に変換するＤＣ−ＡＣインバータ２５を備え、この電力は負荷３１に供給される。なお、図６に示す太陽光発電システム１０においては、太陽電池アレイ１３の出力点をＩＶ１、ダイオード１７の出力点をＩＶ２、電力変換回路１９の入力点をＩＶ３、電力変換回路１９の出力点をＡＣ４、としている。
【非特許文献１】「太陽電池とその応用」桑野・中野・岸・大西，パワー社，ｐ．５８−５９，（１９９４）
【非特許文献２】「太陽光発電」浜川，シーエムシー，ｐ．２０２，（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
制御回路が動作するためには電力を必要とするが、この電力は、太陽電池アレイより電力変換回路と並列で取得されている。この取得の形態を（陽取得）と名付ける。これらの制御回路用電力が、太陽電池アレイより出力される電力に占める割合は、少なく抑えられている。しかし、太陽電池の出力特性との動的な整合性は考慮されていないため、太陽電池の出力動作電圧が出力特性の最適点からわずかにずれることになり、発電能力を十分発揮できない。
【０００９】
太陽電池のＩ−Ｖ特性は、図６中のパワーコンディショナ１５におけるＩＶ１、ＩＶ２、ＩＶ３の各点において微妙に変化している。１〜２では逆流防止ダイオードにより電圧がわずかに降下し、２〜３では制御回路用に電力を取得しており、その負荷特性に影響を受けている。
【００１０】
図７は、制御回路２１の負荷特性である電圧と電力の関係を示すグラフである。この関係は、式（１）の電力特性の近似式から求められる。
【００１１】
【数１】
2004312994.tif 000003
【００１２】
なお、図７のグラフにおいて、ＶＲ＝３００Ｖ、ＰＣ０＝３０Ｗと設定している。図６および式（１）に示される制御回路２１の動作電力の特性は、逆流防止ダイオード出力部ＩＶ２点（図６）から、ＭＰＰＴ装置の最大出力点検索用電流、電圧計測点である電力変換回路１９の入力点ＩＶ３（図６）に至るまでに失う電力の特性ということができる。
【００１３】
図６のＭＰＰＴでは、ＩＶ３における電流、電圧を制御回路２１で検出し、電流、電圧の積である出力電力が最大になる点で動作させている。上述した制御回路２１の負荷特性、および、太陽電池アレイ１３の出力特性Ｐｓｔｃ（Ｖ）から、ＩＶ３におけるＩ−Ｖ特性カーブは、Ｐｄｙｃ（Ｖ）として（１）、（２）式で求めることができる。ここでＶは、電力変換回路１９の入力点ＩＶ３における電圧である。なお、ダイオード１７の順方向電圧は、常にほぼ一定であり、パワーコンディショナ１５の定格電圧に比較して非常に低い。このため、ダイオード１７の順方向電圧は無視し、ＩＶ１における電圧は、ＩＶ２における電圧に等しい電圧とみなすことができる。また、制御回路２１は電力変換回路１９に並列接続されており、ＩＶ２における電圧は、ＩＶ３における電圧に等しい。つまり、ＩＶ１、ＩＶ２、ＩＶ３の電圧は等しく、電圧Ｖとみなすことができる。
【００１４】
【数２】
2004312994.tif 000004
【００１５】
ここで、太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性は、環境条件（日射強度、セル温度、入射光スペクトル）ごとに異なるものであり、太陽電池セルの等価回路モデルに、環境因子を示す環境条件データを適用することによって計算により求められるものである。また、太陽電池モジュールの測定値を用いて求められる場合もある。
【００１６】
図８は、Ｐｓｔｃ（Ｖ）が最大となる電圧Ｖｐｍａｘが定格の３００Ｖに等しくなる環境条件でのＰｓｔｃ（Ｖ）、そして（１）、（２）式により求めたＰｃｔｒｌ（Ｖ）、Ｐｄｙｃ（Ｖ）のグラフを示す。ここで、図６で示した太陽電池アレイ１３の容量は約１０ｋＷを想定した。この例の環境条件の場合、ＭＰＰＴ機能により設定される動作電圧ＶｏｐはＰｄｙｃ（Ｖ）が最大となる電圧の３００Ｖであり、Ｖｐｍａｘに等しい。このときの動作電圧は最適動作電圧からずれず、
【００１７】
【数３】
2004312994.tif 000005
【００１８】
となる。これにより、太陽電池の発電能力は高く機能する。
【００１９】
図９は、図８の場合とは異なる環境条件で、Ｐｓｔｃ（Ｖ）が最大となる電圧Ｖｐｍａｘが定格電圧の３００Ｖよりも小さい場合のＰｓｔｃ（Ｖ）、Ｐｃｔｒｌ（Ｖ）、およびＰｄｙｃ（Ｖ）のグラフを示す。
【００２０】
このときの太陽電池アレイの出力点ＩＶ１の最適動作電圧Ｖｐｍａｘと、ＩＶ３の最適動作電圧Ｖｏｐを比較すると、
【００２１】
【数４】
2004312994.tif 000006
【００２２】
の関係になり、実際の動作電圧は、太陽電池アレイの出力点における最大出力動作電圧に対しずれる。これより、Ｐｓｔｃ（Ｖ）の最大出力Ｐｓｔｃ（Ｖｐｍａｘ）に比べ、Ｐｄｙｃ（Ｖ）の最適動作電圧Ｖｏｐで動作させた最大出力Ｐｓｔｃ（Ｖｏｐ）はわずかに小さいことが分かる。
【００２３】
【数５】
2004312994.tif 000007
【００２４】
つまり、制御回路用電力を太陽電池アレイより図６のように取得すると、Ｉ−Ｖ特性が変化し、太陽電池アレイの発電能力を十分発揮させることができない。
【００２５】
本発明では、太陽電池といった受動型発電装置が発電能力をより高く発揮することができるパワーコンディショナ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】
【００２６】
本発明は、ＩＶ２およびＩＶ３におけるＩ−Ｖカーブの変化で起こる問題を分析した結果に基づき、それを改善したパワーコンディショナを提供する。具体的には、受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路の動作電力は、前記電圧コンバータの入力部以外の点から供給されることを特徴とするパワーコンディショナを提供する。より具体的には、以下のようなものを提供する。
【００２７】
（１）  受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路の動作電力は、前記電圧コンバータの出力から供給されることを特徴とするパワーコンディショナ。
【００２８】
（１）によれば、パワーコンディショナの制御回路の動作電力は、電圧コンバータの入力点ではなく電圧コンバータの出力点から供給される。このように、制御回路の動作電力を、制御対象である電圧コンバータの電力入力点からではなく電力出力点から取り出すことを、「陰取得」と名付ける。この陰取得では、従来のパワーコンディショナのような「陽取得」と異なり、電圧コンバータの入力点において制御回路の動作電力特性に影響されないため、電源装置のＩ−Ｖ特性を直接に監視することができる。したがって、ここで動作電圧がずれることがなく、発電能力を高く保つことができる。
【００２９】
ここで、受動型発電装置とは、エネルギー源の能動的な制御が困難な受動型発電装置であり、太陽電池、風力発電、または燃料電池等も含む意味である。
【００３０】
（２）  受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、さらに、前記電圧コンバータの出力、または電圧コンバータの入力のうち一方からの電力を前記制御回路の動作電力として選択し供給する、電力選択部を有することを特徴とするパワーコンディショナ。
【００３１】
（２）によれば、これまでのパワーコンディショナと異なり、例えば図３に示すようにＭＰＰＴ後、すなわち電圧コンバータの出力に新たに蓄電池を含む充放電システムを接続し、制御回路用に電力を供給する。ただし、日照開始時におけるシステム起動電源として、これまでのように、電圧コンバータの入力部に電源取得部を設ける。そして、最初に蓄電池に必要な電力が取得されたら、この部分は切り離す。これにより、制御用電力の陰取得が可能となった場合には、太陽電池アレイの最適動作点がずれて効率が低下することがなくなり、発電能力を高く保つことができる。
【００３２】
ここで、電圧コンバータの入力点の部分に設けた電源取得部を、単に太陽電池アレイの発電開始を感知する電圧センサのみにし、発電開始を感知したら充放電システムが制御回路を動作させる方法も可能である。このシステムだと入力点の電源取得部から制御回路電力の間に必要になるＤＣ−ＤＣコンバータが不要である。
【００３３】
（３）  受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、さらに、前記受動型発電装置とは別の発電装置から電力供給可能な制御回路用電源部を有することを特徴とするパワーコンディショナ。
【００３４】
（３）によれば、制御回路用の電力は、例えば図４に示すように充放電システムを設けた小容量の、受動型発電装置とは別の発電装置（サブ太陽光発電システム）より供給する。この制御回路用電力を供給するサブシステムは風力発電など別種の電源発生装置でも構わない。サブシステムを含む本発明のパワーコンディショナでは、これまでのパワーコンディショナのように電圧コンバータの電力入力点から取得することがないため、電圧コンバータの入力点において制御回路の動作電力の取得点（ＩＶ２とＩＶ３との違い）がない。つまり、ここで動作電圧がずれることがなく、発電能力を高く保つことができる。
【００３５】
（４）  受動型発電装置用のパワーコンディショナであって、受動型発電装置から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータと、前記電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータと、前記電圧コンバータの動作などを制御する制御回路と、を有し、前記制御回路の動作電力は、図６に示すように従来どおりＭＰＰＴ装置２３の入力部から供給されるが、その制御回路の動作電力特性が太陽電池アレイと完全に整合するよう考慮して設計されたことを特徴とするパワーコンディショナ。
【００３６】
（４）によれば、制御回路用電源の負荷特性が、以下のようになるように設計された回路を有するパワーコンディショナを提供する。
【００３７】
【数６】
2004312994.tif 000008
【００３８】
つまり、以下のようになる。
【００３９】
【数７】
2004312994.tif 000009
【００４０】
これは、太陽電池アレイ１３と制御回路２１のインピーダンスが完全に整合するよう意図したものである。このようなパワーコンディショナでは、最適動作電圧はずれず、
【００４１】
【数８】
2004312994.tif 000010
【００４２】
となる。これにより、太陽電池の発電能力は高く機能する。また、図７や式（２）で示したＰｃｔｒｌ（Ｖ）の最小値をとる電圧ＶＲを、環境条件に対して変化する太陽電池のＶｐｍａｘに絶えず合わせて、変えられるよう設計された回路についても、同様に太陽電池の発電能力を高く機能させることができる。
【発明の効果】
【００４３】
パワーコンディショナにおける制御回路用電力の取得方法を考慮することで、最適動作点がずれず、太陽電池の発電能力を高く保つことができる。パワーコンディショナの高機能化により費用が増加するのに比較して、発電電力の増加が多ければ、システム全体の価格が低下することにつながる。また、本発明のパワーコンディショナに、制御回路用電力を供給する充放電システムが備えられる場合には充放電システムにおける電力の損失に比べ、太陽電池の発電能力が高く機能すれば、システム全体の発電効率は増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の実施形態である、受動型発電装置用のパワーコンディショナとして、太陽光発電のパワーコンディショナの例により説明する。
【００４５】
［第１実施形態］
図１は、太陽光発電システムの構成を示す。太陽光発電システム１００は、受動型発電装置としての太陽電池アレイ１１３およびこの太陽電池アレイ１１３が接続されるパワーコンディショナ１１５から構成されている。太陽光発電システム１００には、発電した電力により駆動される負荷１３１が接続されている。
【００４６】
太陽電池アレイ１１３は、複数枚の太陽電池モジュールが直並列に接続されたものである。パワーコンディショナ１１５は、太陽電池アレイ１１３に直列接続される逆流防止用のダイオード１１７と、そのダイオード１１７を介して接続される電力変換回路１１９と、この電力変換回路１１９の制御などを行うための制御回路１２１とを備える。ここで、制御回路１２１には、電力変換回路１１９を直接に制御する回路以外にも、一般の商用交流系統の状態を監視する回路、蓄電池を備えるシステムにおいては蓄電池の状態を監視する回路、ユーザの操作部やそのインターフェースのための回路を含む。
【００４７】
電力変換回路１１９は、太陽電池アレイ１１３が置かれる環境の変化に応じて変化する電流および電圧を監視しながら、入力電力が常に最大となるようインピーダンスを変動させ、その出力電圧を一定の値に変換するための、ＤＣ−ＤＣコンバータからなるＭＰＰＴ装置１２３と、この出力電力を交流に変換するためのＤＣ−ＡＣインバータ１２５とを備え、交流出力は負荷１３１に供給される。すなわち、ＭＰＰＴ装置１２３は、太陽電池アレイ１１３から入力される直流電力の電圧を変更する電圧コンバータとして機能し、ＤＣ−ＡＣインバータ１２５は、電圧コンバータの出力電力を交流電力に変換するインバータとして機能する。なお、図１に示す太陽光発電システム１００において、太陽電池アレイ１１３の出力点をＩＶ１０１、ダイオード１１７の出力点をＩＶ１０２、電力変換回路１１９の入力点をＩＶ１０３、電力変換回路１１９の出力点をＡＣ１０４、としている。
【００４８】
パワーコンディショナ１１５はさらに、ＭＰＰＴ装置１２３の出力から制御回路１２１へ動作電力を供給する充放電システム１２６を備えている。充放電システム１２６は、太陽電池アレイ１１３の出力変動に対応できるよう、蓄電池を内蔵する。パワーコンディショナ１１５では、太陽電池からの発生電力をＭＰＰＴ後に蓄電池に充電し、その電力を制御用電力として陰取得する。
【００４９】
制御回路１２１では、ＭＰＰＴ装置１２３の入力点ＩＶ１０３における電圧および電流を監視する。具体的には、ダイオード１１７とＭＰＰＴ装置１２３との間に、電圧、電流センサを挿入して、図１の破線の経路により検知する。制御回路１２１は、この検知結果に基づいてＭＰＰＴ装置１２３とＤＣ−ＡＣインバータ１２５の制御を行う。
【００５０】
このシステムでは、太陽電池アレイ１１３で発生した電力のＩ−Ｖ特性は、他の特性に影響されることなくほぼ総てＭＰＰＴ装置１２３に入力される。したがって、太陽電池アレイ１１３の環境条件に拘わらず、太陽電池アレイ１１３の出力特性Ｐｓｔｃ（Ｖ）は、電力変換回路１１９の入力点ＩＶ３での電力特性Ｐｄｙｃ（Ｖ）に等しく保たれる（図２参照）。したがって、環境条件の変動により太陽電池アレイ１１３の出力特性が変化しても、ＭＰＰＴ装置１２３が設定する入力電圧Ｖｏｐは、その環境条件下での、太陽電池アレイ１１３の最大出力動作電圧Ｖｐｍａｘと等しくなる。つまり、太陽電池アレイ１１３の発電能力は高く機能する。なお、発電が行われているとき、充放電システム１２６は、ＭＰＰＴ装置１２３からの出力電力の一部を、内蔵する蓄電池に充電する。そして、日照が極度に少なく、太陽電池アレイ１１３が制御回路１２１の動作のため十分な電力を供給できないとき、充電した電力を制御回路１２１に供給して、ＭＰＰＴ装置１２３などが動作を継続できるようにする。
【００５１】
上述の実施形態における方式が、図６に示す従来の方式よりも太陽電池の発電能力が高く機能することを確認する場合には、図６、図１のそれぞれのシステムにおいて、ＩＶ１、ＩＶ１０１での電流、電圧、電力を測定、比較する。このとき、電流、電圧の計測で回路システムに影響が出ないようにする。パワーコンディショナ内における逆流防止ダイオード、ＭＰＰＴ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣインバータ等共通の機能は、特性が同じものを用いる。
【００５２】
また、システム全体の発電効率が高いことを確認するには、図６、図１においてＡＣ４とＡＣ１０４での交流出力を測定、比較する。
【００５３】
パワーコンディショナが動作している状態では、太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性は取得できないので、Ｐｓｔｃ（Ｖ）の計算値から最大出力動作電圧Ｖｐｍａｘを導く。そして、Ｐｓｔｃ（Ｖｐｍａｘ）の計算値を求め、太陽電池アレイ１１３出力部ＩＶ１０１の実際の測定値と比較する。
【００５４】
［第２実施形態］
図３は、別の太陽光発電システムの構成の例を示す。本実施形態では、充放電システム２２６がＭＰＰＴ装置２２３の入力部と接続される点が第１実施形態と異なる。他の点は、同様なので説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のパワーコンディショナ２１５では、第１実施形態と同様、充放電システム２２６を設けている。また、日照開始時などのシステム起動電源として、これまでのようにＩＶ２０２とＩＶ２０３の間に電源の陽取得部を設けている。充放電システム２２６は、ＭＰＰＴ装置２２３の入力部からの電力も、制御回路２２１の動作電力として供給する。つまり、太陽電池アレイ２１３の発電開始時に、ＭＰＰＴ装置２２３の入力部からの電力を選択して、電力を制御回路２２１に送る。蓄電池に必要な電力が取得されたら、この部分は切り離す。そして、ＭＰＰＴ装置２２３の出力からの電力を選択して制御回路２２１に送る。すなわち、充放電システム２２６は、電力選択部として機能する。このようにして、蓄電池に電力がなく、制御回路２２１が動作しない状態でも、太陽電池アレイ２１３から直接に電力の供給を受け、十分に発電を行い、ＭＰＰＴ装置２２３が動作するようになった後に、その出力電力を蓄えることができる。これにより、制御回路用電力の陰取得が可能となった場合には、太陽電池アレイ２１３の最適動作点がずれて効率が低下することがなくなり、発電能力を高く保つことができる。
【００５６】
パワーコンディショナ２１５内の制御を開始するために、日照開始時におけるシステム起動電源として、ＭＰＰＴ装置２２３の入力部からの経路である電源取得部を設けることにより、蓄電池の容量を小さく設定できる。ＭＰＰＴ制御で制御用電力以上の発電が開始されれば、充放電システムにも電力は供給され始め、制御回路用電力も安定して供給される。
【００５７】
上述の実施形態における方式が、図６に示す従来の方式よりも太陽電池の発電能力が高く機能することを確認する場合には、図６、図３のそれぞれのシステムにおいて、ＩＶ１、ＩＶ２０１での電流、電圧、電力を測定、比較する。このとき、電流、電圧の計測で回路システムに影響が出ないようにする。パワーコンディショナ内における逆流防止ダイオード、ＭＰＰＴ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＤＣ−ＡＣインバータ等共通の機能は、特性が同じものを用いる。
【００５８】
また、システム全体の発電効率が高いことを確認するには、図６、図３においてＡＣ４とＡＣ２０４での交流出力を測定、比較する。
【００５９】
パワーコンディショナが動作している状態では、太陽電池アレイのＩ−Ｖ特性は取得できないので、Ｐｓｔｃ（Ｖ）の計算値から最大出力動作電圧Ｖｐｍａｘを導く。そして、Ｐｓｔｃ（Ｖｐｍａｘ）の計算値を求め、太陽電池アレイ２１３出力部ＩＶ２０１の実際の測定値と比較する。ただし、制御回路用電力を陽取得しているときは、予め取得しておいた制御回路の負荷特性Ｐｃｔｒｌ（Ｖ）をもとに、式（１）および式（２）から最適動作電圧Ｖｏｐを導き、Ｐｓｔｃ（Ｖｐｍａｘ）の計算値を求め、比較する。
【００６０】
［第３実施形態］
図４は、さらに別の太陽光発電システムの構成の例を示す。本実施形態では、充放電システム３２６が太陽電池アレイ３１３とは別に設けられた太陽電池モジュール３２８に接続される点が第１実施形態と異なる。この小容量のサブ太陽光発電システムより、制御回路用に電力を供給する以外の点は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００６１】
図４の充放電システム３２６は、太陽電池アレイ３１３とは別の発電装置である太陽電池モジュール３２８より電力を供給されており、制御回路３２１に必要な動作電力を供給する。充放電システム３２６は、充放電制御装置、蓄電池から成る。蓄電池の容量は、悪天候が続いた後でも、制御を行えるよう設定する必要があるが、大きくすることでパワーコンディショナを含むシステムの費用が増加するので、最小限に留める。
【００６２】
図６のシステムより図４の方が、電力が増えていることを確認する場合には、図６のＡＣ４および図４のＡＣ３０４における電力を比較する。このとき、図６の太陽電池アレイ容量と図４の太陽電池アレイ容量、太陽電池モジュール容量合計は等しくなるよう設定する。このシステムでは、充放電システム３２６に電圧切り替えの機能を設ける必要がないため、パワーコンディショナ３１５の構成は簡潔である。
【００６３】
［第４実施形態］
さらに別の実施形態であるパワーコンディショナを説明する。図６のブロック図に示す、従来の接続構成によるパワーコンディショナ１５において、制御回路２１の動作電力の特性が、ほぼ下式に示されるものとなるよう設計する。
【００６４】
【数９】
2004312994.tif 000011
【００６５】
つまり、以下のようになる。
【００６６】
【数１０】
2004312994.tif 000012
【００６７】
このようなパワーコンディショナでは、制御回路２１の動作電力が一定になるため、Ｐｓｔｃ（Ｖ）＞Ｃの電圧範囲では、Ｐｓｔｃ（Ｖ）とＰｄｙｃ（Ｖ）との差が一定となる。この場合Ｐｓｔｃ（Ｖ）とＰｄｙｃ（Ｖ）が最大となる電圧も等しい。すなわち、
【００６８】
【数１１】
2004312994.tif 000013
【００６９】
となる。このような太陽電池アレイ１３と制御回路２１のインピーダンスが完全に整合するよう意図されたパワーコンディショナでは、最適動作電圧はずれず、これにより、太陽電池の発電能力は高く機能する。
【００７０】
以上、実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００７１】
本実施形態においては、太陽電池を用いた太陽光発電システムを説明したが、本発明の対象となるものはこれに限らない。すなわち本発明は、太陽電池のほか風力発電機といった、発生エネルギーが受動的である受動型発電装置を用いた出力システムに広く適用可能である。例えば火力発電や水力発電装置は発生エネルギーを能動的に制御するといったことが容易である。しかし、上述の受動型発電装置は、発電装置に与えられるエネルギー源の状態に応じてパワーコントローラのインピーダンスを動的に十分適応させる必要がある。図５には、太陽電池と別の受動型発電装置の例としての風力発電装置における出力電力−電圧特性の例を示す。回転数が増加するにつれ、出力が増加しているが、同時に、最大出力になる電圧も増加している。このような受動型発電システムにおいては、これまでの実施形態と同様に、接続される制御回路の動作電力の供給経路を変えるなどしてインピーダンスの整合性を十分考慮することにより、発電能力を高く保つことができる。
【００７２】
また、燃料電池でも、自動車や一般家庭用途のように動的に変動する負荷に電力を供給する場合を想定すると、発生エネルギーを変化させる必要が生じる（例えば、電気学会・燃料電池発電次世代システム技術調査専門委員会編「燃料電池の技術」ｐ．７０−７１、オーム社）。燃料電池のように出力電力−電圧特性が、負荷の変動に対して状態が変化する点では、太陽光発電システムや風力発電システムと同様、受動型としての性質を有し、制御回路の電力供給経路を変えるなどしてインピーダンスの整合性を十分考慮することにより、発電能力を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる太陽光発電システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる太陽光発電システムにおいて、電力変換回路の入力点で表れる電力−電圧特性の例を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる太陽光発電システムのブロック図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる太陽光発電システムのブロック図である。
【図５】風力発電装置の出力電力−電圧特性の例を示すグラフである。
【図６】従来の太陽光発電システムのブロック図である。
【図７】従来の太陽光発電システム中の制御回路の動作に要する電力−電圧特性の例を示すグラフである。
【図８】従来の太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナの定格入力電圧値と太陽電池アレイの最適動作電圧が等しいときの電力−電圧特性の例を示すグラフである。
【図９】従来の太陽光発電システムにおいて、パワーコンディショナの定格入力電圧値よりも太陽電池アレイの最適動作電圧が小さいときの電力−電圧特性の例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１０，１００，２００，３００    太陽光発電システム
１３，１１３，２１３，３１３    太陽電池アレイ（受動型発電装置）
１５，１１５，２１５，３１５    パワーコンディショナ
１７，１１７，２１７，３１７    ダイオード
１９，１１９，２１９，３１９    電力変換回路
２１，１２１，２２１，３２１    制御回路
２３，１２３，２２３，３２３    ＭＰＰＴ装置（電圧コンバータ）
２５，１２５，２２５，３２５    ＤＣ−ＡＣインバータ
３１，１３１，２３１，３３１    負荷
１２６，２２６，３２６    充放電システム
３２８    太陽電池モジュール（サブ電源）
【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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