(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大定格電圧が１６Ｖ、最大出力が５０Ｗの直流電力を出力し、かつ、支持フレームを含む全体質量が３ｋｇである球状シリコン型の太陽電池と、
前記太陽電池とは独立の装置で、前記太陽電池の出力電圧を１００Ｖの直流電圧に昇圧する昇圧回路、及び、２つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが直列接続されたアーム回路が２つ並列接続されて前記１００Ｖの直流電力を１００Ｖ５０Ｈｚまたは１００Ｖ６０Ｈｚの正弦波交流電力に変換するインバーター回路を含み、定格出力が３００Ｗで、全体質量が１．３ｋｇである直交電力変換装置と、
前記太陽電池及び前記直交電力変換装置を互いに電気的に接続する電力線と、
互いに電気的に接続された前記太陽電池及び前記直交電力変換装置を設置目的地に設置するための設置具と、
で構成され、二次電池を含まないことを特徴とする可搬型太陽光発電給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の可搬型太陽光発電給電システムにおいて、
前記太陽電池が４台並列に接続され、最大定格電圧が１６Ｖ、最大出力が２００Ｗの直流電力を出力し、かつ、支持フレームを含む全体質量が１２ｋｇである太陽電池接続体と、
定格出力が３００Ｗの前記直交電力変換装置の１台とが前記電力線で接続されていることを特徴とする可搬型太陽光発電給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬型太陽光発電給電システムに係り、発電機能と給電機能が可搬型の１つのシステムにまとめられた可搬型太陽光発電給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電は無尽蔵でクリーンなエネルギー源として実用化されつつあるが、現在の太陽光発電パネルは、据置型を前提として適当な強度を有する構造であるので、装置重量が重い。また、太陽光パネルで発電されるのは直流電力であるので、商用交流電力で動作する照明や機器等を直接駆動することができない。発電給電装置として１台の装置にまとめるには、太陽光発電パネルの他に直流電力を商用交流電力に変換する正弦波インバーター等が必要であるが、この正弦波インバーター等の電力変換装置の変換効率が低いと、せっかく発電した太陽光エネルギーを十分に利用できない。
【０００３】
特許文献１には、太陽電池等の直流電力を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波交流電力に変換する電力変換装置の損失を電流共振型のソフトスイッチング方式で低減する技術が開示されている。ここでは従来技術として、昇圧コンバータと、４つのスイッチング素子から構成されるフルブリッジ型インバーターと、正弦波基準信号を三角波と比較してＰＷＭ制御信号を４つのスイッチング素子に供給する回路を含む構成が述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、軽量でフレキシブルな光電変換装置として、ほぼ球状のシリコン光電変換素子とこれを支持するための複数の六角形凹部を有する支持体を含む構成が開示されている。球状のシリコン光電変換素子の直径は約１ｍｍ、支持体はアルミニウム薄板でその凹部の開口面積Ｓ１と球状のシリコン光電変換素子の横断面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２＝４である。
【０００５】
また、本発明に関連する技術について、特許文献３には、双方向交流スイッチングと高耐圧と低いオン抵抗を有する交流スイッチとして、Ｎチャネル炭化珪素（ＳｉＣ）ＭＯＳＦＥＴを２つ用い、それぞれのソースを互いに接続し、それぞれのゲートを接続して１つの制御端子とし、それぞれのドレインを２つの出力端子とする直列接続構成が開示されている。炭化珪素ＭＯＳＦＥＴは、ｎ+ＳｉＣ基板上にｎ-ＳｉＣエピタキシャル層を形成し、その表層部にｐウエル、ｎ+ソースが形成されるプレーナ構造である。ｎ-ＳｉＣエピタキシャル層の厚さｔを４μｍ、ｎ-濃度を１×１０16／ｃｍ3とすることでオフ時耐圧を４００Ｖとでき、ｔを６μｍとすることでオフ時耐圧を６００Ｖとでき、ｔを１０μｍとしてｎ-濃度を５×１０15／ｃｍ3とすることでオフ時耐圧を１２００Ｖとできると述べている。また、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴは単位面積当たりのオン抵抗が低いので、この双方向交流スイッチの２つの炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが共にオンしたときのオン抵抗を１０ｍΩ〜２０ｍΩにできると述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９０９１９号公報
【特許文献２】特開２００６−２４５１３４号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４４３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
東北大震災等を契機として、緊急時に被災地等に配置できる可搬型の太陽光発電給電システムが要望されてきた。従来、太陽光発電パネルと、正弦波インバーター等の電力変換装置とは、個別の技術として発展してきているので、例えば、可搬性に優れる球状シリコン光電変換装置と、従来の正弦波インバーター等の電力変換装置とを単に組み合わせても、電力変換装置の変換効率が低いと、せっかく発電した太陽光エネルギーを十分に利用できず、緊急時の対策として不十分なものとなる。
【０００８】
本発明の目的は、太陽光エネルギーによって発電し、これを交流電力に変換して給電するシステムについて、システム全体の可搬性を確保しながら、システム全体の電力変換効率の向上を図ることができる可搬型太陽光発電給電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る可搬型太陽光発電給電システムは、最大定格電圧が１６Ｖ、最大出力が５０Ｗの直流電力を出力し、かつ、支持フレームを含む全体質量が３ｋｇである球状シリコン型の太陽電池と、太陽電池とは独立の装置で、太陽電池の出力電圧を１００Ｖの直流電圧に昇圧する昇圧回路、及び、２つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが直列接続されたアーム回路が２つ並列接続されて１００Ｖの直流電力を１００Ｖ５０Ｈｚまたは１００Ｖ６０Ｈｚの正弦波交流電力に変換するインバーター回路を含み、定格出力が３００Ｗで、全体質量が１．３ｋｇである直交電力変換装置と、太陽電池及び直交電力変換装置を互いに電気的に接続する電力線と、互いに電気的に接続された太陽電池及び直交電力変換装置を設置目的地に設置するための設置具と、で構成され、二次電池を含まないことを特徴とする。
本発明に係る可搬型太陽光発電給電システムにおいて、太陽電池が４台並列に接続され、最大定格電圧が１６Ｖ、最大出力が２００Ｗの直流電力を出力し、かつ、支持フレームを含む全体質量が１２ｋｇである太陽電池接続体と、定格出力が３００Ｗの直交電力変換装置の１台とが電力線で接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の可搬型太陽光発電給電システムは、装置の重さ１ｋｇ当り１５Ｗ以上の直流電力の出力を可能とする薄型軽量のフレームに支持された球状シリコン型の太陽電池と、４つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴで構成される直交電力変換装置とを備える。装置の重さ１ｋｇ当り１５Ｗ以上の太陽電池は、従来市販されている据置型の太陽電池パネルに比べ、装置の重さ１ｋｇ当りの発電電力が約２倍であるので、可搬性が向上する。また、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴはシリコンＭＯＳＦＥＴに比べオン抵抗を低くできる。この組合せによって、太陽光発電給電システム全体の可搬性を確保しながら、太陽光発電給電システム全体の電力変換効率の向上を図ることができる。
【００１３】
また、可搬型太陽光発電給電システムにおいて、直交電力変換装置は、２つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが直列接続されたアーム回路が２つ並列接続されて構成されるインバーター回路を含む。４つの炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのオンオフを適切に制御し、それぞれのアームにおける２つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの直列接続点からそれぞれ出力端子を引き出すことで、正弦波交流電力を効率よく取り出すことができるので、太陽光発電給電システム全体の電力変換効率の向上を図ることができる。
【００１４】
また、可搬型太陽光発電給電システムにおいて、直交電力変換装置は、他の構成を同じとして、４つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのみを同等のゲート閾値電圧を有する４つのＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴに置き替えたときに比べ、電力変換効率が２％以上向上する動作範囲を有する。通常の直交電力変換装置の最大変換効率は８５％程度であるので、電力変換効率における向上可能な範囲は約１５％である。その中での２％以上の向上は、向上可能な範囲の約１５％近い改善に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態の可搬型太陽光発電給電システムの構成図である。図１（ａ）は、全体図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ部分の拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の可搬型太陽光発電給電システムで用いた球状シリコン型の太陽電池と、市販型の据置用太陽電池との間の仕様比較図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の可搬型太陽光発電給電システムで用いた炭化珪素ＭＯＳＦＥＴと、これとゲート閾値電圧が同等なシリコンＭＯＳＦＥＴとの間の仕様比較図である。
【図４】図１の構成の直交電力変換装置の単体について、外部から定電圧直流電源によって入力電力を供給し、負荷に出力される交流電力との比較によって直交電力変換装置の単体の電力変換効率を求めた図である。図４において実線が炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを用いたときの特性線で、破線がシリコンＭＯＳＦＥＴを用いたときの特性線である。
【図５】図１の構成について、球状シリコン型の太陽電池で発電された直流電力を入力し、負荷に出力される交流電力との比較によって、可搬型太陽光発電給電システム全体についての電力変換効率を求めた図である。図５において実線が炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを用いたときの特性線で、破線がシリコンＭＯＳＦＥＴを用いたときの特性線である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、特定のメーカの太陽電池、Ｎチャネルトランジスタ、交直電力変換装置等について述べるが、これらは、実験に用いた例示であって、これ以外のメーカのものであっても構わない。
【００１７】
以下で述べる形状、寸法、個数、電流値、電圧値、電力値等は例示であって、可搬型太陽光発電給電システムの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において、対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、可搬型太陽光発電給電システム１０の構成図である。図１（ａ）は全体の構成を示す図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢ部分の拡大図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。以下では、可搬型太陽光発電給電システム１０を、特に断らない限り、システム１０と呼ぶ。
【００１９】
可搬型太陽光発電給電システム１０は、商用電源の供給を受けることができない場所に一時的に搬入して設置し、このシステム１０のみで商用交流電力と同等の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで実効電圧値が１００Ｖの正弦波交流電力を給電することができるシステムである。
【００２０】
このシステム１０のみで、とは、例えば自家発電機のように燃料や蓄電装置等を要することがない、との意味である。このような場所の例としては、震災等で一時的に商用交流電力の供給が不可能になった被災地や、商用電源線が敷設されていない高地や僻地等が挙げられる。
【００２１】
可搬型とは、自動車やヘリコプタ等の移動装置に積載して、このシステム１０の全体をそのまま運搬でき、場合によっては、各構成要素の単体に分けて、人力で運搬できることを意味する。
【００２２】
システム１０は、複数の球状シリコン型の太陽電池１２と、直交電力変換装置１４と、これらを互いに電気的に接続する電力線１６と、図示しないが、これらの要素を目的地に設置するための複数の設置具で構成される。設置具の例としては、折り畳み式の架台等である。負荷１８は、システム１０が供給する正弦波交流電力によって動作する機器等で、図１では、負荷１８の例として照明装置を図示した。破線枠で示した入力側電力計測装置２０と出力側電力計測装置２２は、システム１０の構成要素ではないが、後述する電力変換効率を測定するために用いられる装置である。
【００２３】
球状シリコン型の太陽電池１２は、装置の重さ１ｋｇ当り１５Ｗ以上の直流電力の出力を可能とする薄型軽量のフレームに支持された太陽電池パネルである。図１では、４つの球状シリコン型の太陽電池１２が電力線によって並列接続される。図２に、球状シリコン型の太陽電池１２の代表的仕様を示した。比較例として、市販されている据置型の太陽電池の代表的仕様も示した。球状シリコン型の太陽電池１２としては、クリーンベンチャー２１社の型式ＣＶＦＭ−０５４０Ｔ２−ＷＨを示し、市販されている据置型の太陽電池としては、シャープ社の多結晶シリコンを用いた型式ＮＤ−１４２ＣＵを示した。シャープ社のこの太陽電池は自家発電用で、例えば、家屋の屋根に据付設置して用いられる。
【００２４】
図２に示されるように、球状シリコン型の太陽電池１２は、市販の据置型太陽電池に比べ、際立って相違する点が２つある。１つは、厚さが４ｍｍで、市販の据置型太陽電池の厚さ４６ｍｍの１／１２であり、手で撓ませることができる。これは、市販の据置型の太陽電池が厚いガラスで受光面側の保護がなされているのに対し、球状シリコン型の太陽電池１２はガラスレスで済むからである。もう１つは、厚さが薄いことによって、単位重さ当たりの発電電力が多いことである。最大定格出力／重さで比較すると、球状シリコン型の太陽電池１２は、５４Ｗ／３．０ｋｇで、１ｋｇ当り１５Ｗ以上の１８Ｗである。これに対し、市販の据置型の太陽電池は、１４２Ｗ／１４．５ｋｇで、１ｋｇ当り９．８Ｗである。つまり、単位重さ当たりで比較すると、球状シリコン型の太陽電池１２は、市販の据置型の太陽電池約２倍の最大定格出力を有する。この相違から、球状シリコン型の太陽電池１２が市販の据置型太陽電池に比べ可搬性に優れていることが分かる。また、球状シリコン型の太陽電池１２の重さが３．０ｋｇであるので、人力で容易に運搬できるが、市販の据置型太陽電池は、１つの重さが１４．５ｋｇであり、人力での運搬があまり容易ではない。
【００２５】
再び図１に戻り、図１（ｂ），（ｃ）を用いて、球状シリコン型の太陽電池１２が薄型と軽量の特徴を有する理由となっている球状シリコン型の光電変換部分の構造を説明する。図１（ａ）に示すように、球状シリコン型の太陽電池１２は、複数の太陽電池ブロック３２が互いに直列及び並列に接続され、これらがフレーム３０によって外形が保持される構造を有する。
【００２６】
図１（ｂ）は、（ａ）におけるＢ部分についての受光面側の拡大図である。球状シリコン型の太陽電池１２の太陽電池ブロック３２は、直径が約１ｍｍの球状シリコン３４が、六角形の輪郭線を有する凹部３６の底部に固定されたものを１つの光電変換素子として、これを２次元平面上で多数配置したものである。六角形の互いに平行な輪郭線の間の間隔は約２．３ｍｍである。凹部３６は、底部に球状シリコン３４を安定して固定する機能と共に、入射される太陽光を反射して球状シリコン３４に集光させる機能を有する。複数の凹部３６の外側底面は、適当な絶縁層を介し、アルミニウム板等で構成されるフレーム３０によって支持される。
【００２７】
図１（ｃ）は、（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。１つの球状シリコン３４は、コア部分がｐ型シリコン４０で、その外周面を覆うシェル部分がｎ型シリコン４２で、この２つの間のｐｎ接合によって太陽光エネルギーが電気エネルギーに変換される。凹部３６は、絶縁層４４を介して外面側の導電層４６がｐ型シリコン４０に電気的に接続して一方側の電極とされ、内面側の導電層４８がｎ型シリコン４２に電気的に接続して他方側の電極となる。図１（ｃ）の例では、複数の球状シリコン３４における各導電層４６が互いに接続され、各導電層４８も互いに接続されるので、複数の球状シリコン３４による複数の光電変換素子が互いに並列に接続される。
【００２８】
このように、球状シリコン型の太陽電池１２においては、複数の凹部３６がその内面に入射した太陽光を球状シリコン３４に集光する機能を有しているので、市販の据置型の太陽電池のように厚い保護ガラスを特に必要としない。フレーム３０は複数の凹部３６の集合体を単に支持することで足りるので、薄いアルミニウム板等で構成でき、軽量で可撓性を有する太陽電池とできる。
【００２９】
直交電力変換装置１４は、立方体の筐体を有する独立の装置である。筐体には、直流電力を受け取る入力端子５０，５２と、正弦波交流電力を出力する出力端子５４，５６が設けられる。なお、図１では図示されていないが、正弦波交流電力の周波数を５０Ｈｚと６０Ｈｚの間で切り替えられる切替スイッチも設けられる。それ以外の端子は特に必要なく、筐体内部の回路は、入力端子５０，５２から入力される直流電力のみに基づいて動作する。
【００３０】
直交電力変換装置１４は、内部に直交電力変換を行う回路を備える。直交電力変換を行う回路は、昇圧回路５８と、正弦波インバーター６０と、ローパスフィルタ６２と、ＰＷＭ回路６４と、正弦波基準信号発生器６６と、三角波信号発生器６８を含んで構成される。
【００３１】
昇圧回路５８は、入力端子５０，５２に入力される直流電力の電圧値を１００Ｖの直流電圧に昇圧する回路である。昇圧回路５８としては、スイッチング素子とリアクトルと容量素子とで構成され、リアクトルに一時的に蓄積された電磁エネルギーを容量素子に放出して昇圧するリアクトル型の回路を用いることができる。昇圧比は、電磁エネルギーを蓄積する時間と放出する時間の比についてスイッチング素子のオンオフのデューティ比によって設定することで行うことができる。
【００３２】
これに代えて、入力された直流電力をその電圧値を有する交流電力に一旦変換し、トランスの１次側巻線と２次側巻線の間の巻線比を用いて入力側交流電力の電圧値を昇圧して出力側の交流電力に交流電圧変換し、昇圧された交流電力を再び直流電力に変換して、昇圧された電圧値を有する直流電力とするトランス型の回路を用いてもよい。
【００３３】
正弦波インバーター６０は、１００Ｖの電圧値を有する直流電力を１００Ｖの実効交流電圧値を有する５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波交流電力に変換するインバーター回路である。正弦波インバーター６０は、２つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴである２つのスイッチングトランジスタ７０，７２が直列接続された第１アーム回路と、２つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴである２つのスイッチングトランジスタ７４，７６が直列接続された第２アーム回路とが互いに並列接続されて構成される。第１アーム回路においてスイッチングトランジスタ７０，７２が互いに接続される接続点から第１の出力線が引き出され、第２アーム回路においてスイッチングトランジスタ７４，７６が互いに接続される接続点から第２の出力線が引き出される。第１の出力線と第２の出力線は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの低周波信号のみを通過させるローパスフィルタ６２を介して、出力端子５４，５６にそれぞれ接続される。
【００３４】
ＰＷＭ回路６４は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波基準信号発生器６６から出力される正弦波基準信号と、三角波信号発生器６８から出力される三角波信号を比較して正弦波インバーター６０の４つのスイッチングトランジスタ７０，７２，７４，７６に対する制御信号を生成する回路である。ＰＷＭ回路６４は、正弦波基準信号が三角波信号よりも大きな電圧値を有する期間をＨレベルとし、正弦波基準信号が三角波信号よりも小さな電圧値を有する期間をＬレベルとする矩形波のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。そして、このＰＷＭ信号に基づいて４つの制御信号を生成し、これらを正弦波インバーター６０の４つのスイッチングトランジスタ７０，７２，７４，７６にそれぞれ供給する制御信号とする。
【００３５】
このように正弦波基準信号を４つのＰＷＭ制御信号に変換して、これを４つのスイッチングトランジスタ７０，７２，７４，７６にそれぞれ供給することで、出力端子５４，５６の間には、複数の矩形波の集合で形成されたデジタル波形が出力される。複数の矩形波の集合で形成されたデジタル波形は、平滑化した波形の一周期が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波となる模擬的な正弦波波形である。このようにして、出力端子５４，５６に、実効電圧値が１００Ｖで一周期が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波交流信号が出力される。
【００３６】
かかる直交電力変換装置１４としては、大自工業社の型式ＳＸＣＤ−３００の正弦波インバーター３００Ｗ（商品名）を改造したものを用いることができる。型式ＳＸＣＤ−３００の正弦波インバーター３００Ｗ（商品名）は、縦横寸法が１４７ｍｍ×１８２ｍｍで高さ寸法が１１０ｍｍの立方体の外形を有し、重さは１．３０ｋｇで、１２Ｖの直流電力を、実効電圧値１００Ｖで５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周期を有する正弦波交流電力を出力できる。定格出力は３００Ｗであり、これ１台で、球状シリコン型の太陽電池１２を５つまで並列接続したものから出力される直流電力を、実効電圧値１００Ｖで５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周期を有する正弦波交流電力に変換して出力することができる。
【００３７】
ただし、型式ＳＸＣＤ−３００の正弦波インバーター３００Ｗ（商品名）は、正弦波インバーター６０を構成する４つのスイッチングトランジスタ７０，７２，７４，７６が、いずれもＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴであり、Ｎチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴではない。そこで、この４つのＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴを、４つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに置き替え、その他の構成はそのままとした改造版を、図１に示す直交電力変換装置１４として用いた。なお、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴをＳｉＣＭＯＳＦＥＴとすると、ＣＭＯＳと紛らわしいので、ＳｉＣに代えて炭化珪素とした。
【００３８】
具体的には、型式ＳＸＣＤ−３００の正弦波インバーター３００Ｗ（商品名）の正弦波インバーター６０を構成する４つのＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴは、フェアチャイルド社の型式ＦＱＰＦ１６Ｎ２５Ｃであるが、これらを、同等のゲート閾値電圧を有するローム社の型式ＳＣＴ２１２０ＡＦのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに置き替えた。
【００３９】
図３は、フェアチャイルド社の型式ＦＱＰＦ１６Ｎ２５ＣのＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴと、ローム社の型式ＳＣＴ２１２０ＡＦのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの代表的特性をまとめた比較図である。型式ＳＣＴ２１２０ＡＦのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴは、型式ＦＱＰＦ１６Ｎ２５ＣのＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴに比べ、際立って相違する点が２つある。１つは、最大定格ドレインソース間電圧で、ＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴが２５０Ｖの耐圧であるのに対し、Ｎチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが６５０Ｖの高耐圧を有することである。図１のシステム１０では、実効電圧値が１００Ｖであるので、この特性の相違は関係がない。もう１つは、ドレインソース間オン抵抗で、ＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴが２２０ｍΩ〜２７０ｍΩであるのに対し、Ｎチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが１２０ｍΩ〜１５６ｍΩとかなり低い値である。これは、特許文献３に述べられているように、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴはその構造上、シリコンＭＯＳＦＥＴに比べて単位面積当たりのオン抵抗が低いためである。この低いドレインソース間オン抵抗によって、正弦波インバーター６０において直流電力から交流電力への変換効率が向上することが期待される。
【００４０】
以下では、型式ＳＸＣＤ−３００の正弦波インバーター３００Ｗ（商品名）の４つのスイッチングトランジスタ７０，７２，７４，７６を炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに交換した改造版を直交電力変換装置１４とし、型式ＳＸＣＤ−３００の正弦波インバーター３００Ｗ（商品名）のままで４つのスイッチングトランジスタがシリコンＭＯＳＦＥＴである改造前のものを直交電力変換装置１５として区別する。
【００４１】
図４は、直交電力変換装置１４の単体と直交電力変換装置１５の単体のそれぞれについて、電力変換効率を比較した実験結果を示す図である。この実験では、入力端子５０，５２に、球状シリコン型の太陽電池１２を接続せず、独立の定電圧直流電源を接続した。負荷１８には可変抵抗器を接続し、定電圧直流電源の出力電圧は１１．９８Ｖに固定し、出力側電力計測装置２２の値ＷOUTが所定の段階的出力電力値となるように、負荷１８である可変抵抗値を変更し、そのときの入力側電力計測装置２０の値ＷINを求め、電力変換効率を（ＷOUT／ＷIN）×１００％として求めた。
【００４２】
実験では、定電圧直流電源として菊水電子工業社の型式ＰＡＴ６０−１３３Ｔを用いた。出力側電力計測装置２２として横河電機社の型式２０４１の携帯型単相電力計を用い、その読み値を出力側電力値ＷOUTとした。入力側電力計測装置２０としては、単体の電力計でなく、シャント抵抗と２つの電圧計を用いて計算によって入力側電力値ＷINを取得した。すなわち、入力端子５０，５２の間に三和電気計器社の型式ＰＣ５０００ａの直流電圧計を接続してその読み値を入力電圧値ＶINとした。また、入力端子５０と上記菊水電子工業社の型式ＰＡＴ６０−１３３Ｔプラス側端子との間に抵抗値が予め正確にわかっているシャント抵抗を接続し、その両端の電圧値をＡＤＣＭＴ社の型式７４６１のデジタルマルチメータで読み、その読み値をシャント抵抗の抵抗値で除して入力電流値ＩINとした。そして、入力側電力をＷIN＝ＶIN×ＩINの式から求めた。なお、入力端子５２には菊水電子工業社の型式ＰＡＴ６０−１３３Ｔのマイナス側端子を接続した。
【００４３】
図４の横軸の出力電力は、上記のようにして取得したＷOUTの値である。縦軸の電力変換効率は、ＷOUTを上記のようにして取得したＷINで除して百分率で示した値である。実線が直交電力変換装置１４の特性線で、破線が直交電力変換装置１５の特性線である。
【００４４】
図４に示されるように、出力電力が約５０Ｗ〜約１６０Ｗの広い範囲で、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを用いた直交電力変換装置１４の電力変換効率がシリコンＭＯＳＦＥＴを用いた直交電力変換装置１５の電力変換効率よりも約１〜２％改善される。
【００４５】
図５は、入力端子５０，５２に、球状シリコン型の太陽電池１２を４つ並列に接続し、直交電力変換装置１４を用いた場合と直交電力変換装置１５を用いた場合のそれぞれについて、システム１０の全体の電力変換効率を比較した実験結果を示す図である。図５の横軸と縦軸は、図４と同じであるが、測定は、出力電力の約３０Ｗから約１２０Ｗの範囲とし、その範囲の測定点を増やした。また、直交電力変換装置１４，１５の入力電力源を定電圧電源から球状シリコン型の太陽電池１２に変更すると、測定値にある程度のばらつきが生じる。これは、球状シリコン型の太陽電池１２が定電圧源でないためと考えられる。そこで、図５では、測定におけるばらつき範囲も合わせて示した。実線が直交電力変換装置１４を用いたときの特性線で、破線が直交電力変換装置１５を用いたときの特性線である。
【００４６】
図５に示されるように、出力電力が約３０Ｗ〜約１２０Ｗの広い範囲で、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを用いる直交電力変換装置１４の電力変換効率がシリコンＭＯＳＦＥＴを用いる直交電力変換装置１５の電力変換効率よりも、ばらつきを考慮しても、約１〜３％改善される。
【００４７】
図４、図５から、直交電力変換装置１４は、他の構成を同じとして、４つのＮチャネル炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのみを同等のゲート閾値電圧を有する４つのＮチャネルシリコンＭＯＳＦＥＴに置き替えたときに比べ、出力電力のかなり広い範囲に渡って電力変換効率が改善され、電力変換効率が２％以上向上する動作範囲を有することが分かる。
【００４８】
このように、従来型のシリコンＭＯＳＦＥＴを内蔵する正弦波インバーターによる直交電力変換装置を用いる太陽光発電給電システムと比較して、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを内蔵する正弦波インバーターによる直交電力変換装置と軽量で可撓性を有する球状シリコン型の太陽電池を用いる太陽光発電給電システムの電力変換効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  （可搬型太陽光発電給電）システム、１２  球状シリコン型の太陽電池、１４，１５  直交電力変換装置、１６  電力線、１８  負荷、２０  入力側電力計測装置、２２  出力側電力計測装置、３０  フレーム、３２  太陽電池ブロック、３４  球状シリコン、３６  凹部、４０  ｐ型シリコン、４２  ｎ型シリコン、４４  絶縁層、４６，４８  導電層、５０，５２  入力端子、５４，５６  出力端子、５８  昇圧回路、６０  正弦波インバーター、６２  ローパスフィルタ、６４  ＰＷＭ回路、６６  正弦波基準信号発生器、６８  三角波信号発生器、７０，７２，７４，７６  スイッチングトランジスタ。
【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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