(57)【要約】【課題】不均一日射条件下でも常に最大効率で太陽電池から電力を得ることができる太陽光発電装置を提供する。【解決手段】太陽電池モジュールＰＶＭは、太陽電池モジュールＰＶＭ毎に設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶのスイッチング制御により、最大電力点Ｐｍａｘをとるように追従制御されるため常にその日照条件下で最大の電力が出力され、この太陽電池モジュールＰＶＭを直列もしくは直並列に複数個接続される太陽光発電装置４０も常に最大の電力を負荷側に出力することが出来る。【選択図】  図１
2007058843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの太陽電池素子からもしくは複数の太陽電池素子を直列接続または直並列接続してからなる太陽電池本体と、前記太陽電池本体毎に設けられるとともに入力端がそれぞれの太陽電池本体の両極に接続され出力端が負荷側に接続された電荷移送回路とを有する複数の太陽電池モジュールが、直列接続または直並列接続してなり、
それぞれの太陽電池本体に設けられた前記電荷移送回路は、前記太陽電池本体の出力の最大電力点の追従制御を行う制御部を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路は、前記太陽電池本体と出力端との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第１半導体スイッチ素子の出力端側に前記太陽電池本体と並列に接続された第２半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体の動作電圧をモニターする電圧計と、当該電圧計から得られる太陽電池本体の動作電圧から前記太陽電池本体の出力が最大電力点に追従するように第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第２半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路は、前記太陽電池本体と出力端との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第１半導体スイッチ素子の出力端側に前記太陽電池本体と並列に接続された第２半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体の動作電流をモニターする電流計と、当該電流計から得られる太陽電池本体の動作電流から前記太陽電池本体の出力が最大電力点に追従するように第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第２半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路は、前記太陽電池本体と出力端との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第１半導体スイッチ素子の出力端側に前記太陽電池本体と並列に接続された第２半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体の動作電圧をモニターする電圧計と、前記太陽電池本体の動作電流をモニターする電流計と、前記電圧計から得られる太陽電池本体の動作電圧と前記電流計から得られる太陽電池本体の動作電流とから前記太陽電池本体の出力が最大電力点に追従するように第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第２半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項５】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路は、前記太陽電池本体と出力端との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第１半導体スイッチ素子の出力端側に前記太陽電池本体と並列に接続された第２半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体の動作電圧をモニターする電圧計と、温度をモニターする温度検知素子と、前記電圧計から得られる太陽電池本体の動作電圧と前記温度検知素子から得られる温度とから前記太陽電池本体の出力が最大電力点に追従するように第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第２半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路は、前記太陽電池本体と出力端との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第１半導体スイッチ素子の出力端側に前記太陽電池本体と並列に接続された第２半導体スイッチ素子と、前記太陽電池本体の動作電流をモニターする電流計と、温度をモニターする温度検知素子と、前記電流計から得られる太陽電池本体の動作電流と前記温度検知素子から得られる温度とから前記太陽電池本体の出力が最大電力点に追従するように第１半導体スイッチ素子、もしくは第１半導体スイッチ素子及び第２半導体スイッチ素子のスイッチング制御を行う制御部と、を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項７】
直列接続された複数の太陽電池モジュールの各電荷移送回路におけるスイッチング制御の周期が、太陽電池モジュールごとに独立していることを特徴とする請求項１乃至６に記載の太陽光発電装置。
【請求項８】
直列接続された複数の太陽電池モジュールの各電荷移送回路におけるスイッチング制御の周期が同期していることを特徴とする請求項１乃至６に記載の太陽光発電装置。
【請求項９】
直列接続された複数の太陽電池モジュールで構成されたストリングを複数並列接続した請求項１乃至６に記載の太陽光発電装置において、各ストリングを構成する複数の太陽電池モジュールの各電荷移送回路におけるスイッチング制御の周期をストリング毎に同期させるとともに、各ストリングのスイッチング制御の周期が一定の位相差を有することを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１０】
直列接続された複数の太陽電池モジュールで構成されたストリングを複数並列接続した請求項１乃至６に記載の太陽光発電装置において、各ストリングを構成する複数の太陽電池モジュールの各電荷移送回路におけるスイッチング制御の周期を、太陽電池モジュールごとに独立して行うとともに、各ストリングと太陽光発電装置の出力端との間にダイオードを設けたことを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１１】
ストリングもしくは並列接続された複数のストリングと太陽光発電装置の出力端との間にコイルを設けたことを特徴とする請求項７乃至１０記載の太陽光発電装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた前記電荷移送回路は、当該太陽電池本体の出力電力を電荷の形で蓄える複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの接続を切り替える複数の半導体スイッチ素子と、当該太陽電池本体に対する出力の最大電力点の追従制御及び回路の出力電圧を負荷側の端子電圧と略同等になるように追従させて前記コンデンサに蓄えられた電荷を負荷側に移送する出力制御を前記複数の半導体スイッチ素子のスイッチング制御によって行う制御部と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路における複数のコンデンサは、当該太陽電池本体の±両極間にそれぞれ第１／第２の半導体スイッチ素子群を介して並列接続が可能であり、各コンデンサ間に挿入された第３の半導体スイッチ素子群を介して直列接続が可能であり、直列接続の各コンデンサ間と電荷移送回路の＋出力端または／及び−出力端との間に挿入された第４または／及び第５の半導体スイッチ素子群によって各コンデンサに充電された電荷を選択的に負荷側に移送することが可能であり、前記太陽電池本体の＋極と接地間に挿入された第６の半導体スイッチ素子または太陽電池本体の−極と接地間に挿入された第７の半導体スイッチ素子によって直列接続のコンデンサの一方端を接地電位に設定可能であるように接続されており、
前記電荷移送回路における制御部は、前記太陽電池本体に対する最大電力点の追従制御を、前記太陽電池本体の出力電圧と出力電流とをモニターして、回路の入力電圧が前記太陽電池本体の最大電力点の電圧と一致するように前記複数のコンデンサの充放電のタイミングを前記半導体スイッチ素子のスイッチングによって制御し、且つ、電荷移送回路の出力電圧をモニターして、前記半導体スイッチ素子の選択的なスイッチング制御で装置の出力電圧を負荷側の端子電圧と略同等になるように追従させて前記コンデンサに蓄えられた電荷を負荷側に移送する出力制御を行うことを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池から効率よく電力を得て二次電池への充電や電力系統に連係させるための太陽光発電装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子（セル）は、電流源と１個のダイオード（太陽電池そのもの）で等価回路が表現される発電の最小単位であるが、その出力密度は小さく、通常は複数個の太陽電池素子を面一に並べて直列接続または直並列接続した構成を基本単位とする。
【０００３】
そして、実用上は、例えば図２０の等価回路のように、複数の太陽電池素子を直列に接続した太陽電池本体ＳＣ（図２０は太陽電池素子７個直列の例であり、１つの電流源と７つの直列ダイオードで表現されている。）と、これに発電しない素子が現れた場合の対策に挿入されているバイパスダイオードＤｂと、逆流防止ダイオードＤａとを接続した構成の太陽電池モジュールとして作られている。
【０００４】
さらに、一般の太陽光発電装置では、上記太陽電池モジュールを複数個、直並列に接続した太陽電池アレイ若しくは太陽電池パネルとして用いている。
【０００５】
上記太陽電池アレイを利用した典型的な太陽光発電装置（或いは同義の太陽光発電システム）としては、図２１に示される太陽光発電装置３０のように、複数の太陽電池アレイ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・と、集電箱２３と、電力変換装置２６とを備え、各太陽電池アレイ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・は太陽電池モジュール２２をマトリックス状に直並列に接続してなり、集電箱２３は各太陽電池モジュール２２から太陽電池アレイ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・を通じて出力される直流出力を集電し、電力変換装置２６は前記集電箱２３で集電された太陽電池アレイ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，・・の集電出力を電力系統２７に連係させた状態で交流に変換するインバータ２４と、該インバータ２４を制御する制御部２５などから構成され、変換された交流出力を電力系統２７に連係した状態で負荷２８に供給するという構成のものがある。
【０００６】
一方、実用化されている太陽電池には、結晶系シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物半導体太陽電池、有機半導体太陽電池などの種類があるが、何れもその太陽電池の出力特性（出力電流Ｉ−出力電圧Ｖ曲線）は概ね図２２のようなＩ−Ｖ特性曲線となり、効率的に太陽電池から最大電力を取り出すには、太陽電池の実際の動作点Ｐ（動作電流Ｉｏｐｅ×動作電圧Ｖｏｐｅ）を可及的に最大電力点Ｐｍａｘ（最適動作電流Ｉｏｐ×最適動作電圧Ｖｏｐ）で動作させるようにすることが重要となる。
【０００７】
この点、上記太陽光発電装置３０を含む現在の太陽光発電装置（システム）では、太陽電池アレイの出力が常に最大電力点Ｐｍａｘで動作するように出力電圧、出力電流を追従制御するいわゆる最大電力点追従（Maximum Power Point Tracking：ＭＰＰＴ）制御が多く採用されている。このＭＰＰＴ制御には種々の方法が考案されているが、例えば太陽電池アレイの出力電圧を開放電圧から減少させていき、その間電力値を走査して最大電力点Ｐｍａｘを測定し、その最大電力点Ｐｍａｘまで動作点を移動させるスキャンニング法がある。
【０００８】
ところで、現実の太陽光発電装置（システム）では、太陽電池全体が常に均一な条件で太陽光が照射されているわけではなく、雲や樹木などの影に隠れたりして部分的に出力が弱くなる部分陰影照射の状態となったり、設置場所の向きの違い、温度環境の違いによって日射条件が異なるような、いわゆる不均一日射条件下での動作状態になることがある（寧ろこれが通常とも言える）。
【０００９】
上記のような不均一日射条件下では、設置された太陽電池全体に対する単一のＭＰＰＴ制御では効率的な電力の取り出しは望むべくもない。
【００１０】
この点、前記不均一日射条件下（例えば、前記部分日陰条件下の場合。）における太陽電池発電装置の非効率の問題を解決すべく、多数の解決策が提案されている。
【００１１】
例えば、下記［特許文献１］には、太陽電池群（太陽電池アレイ）毎に設けられたＤＣ−ＤＣコンバータによってＭＰＰＴ制御を行うことにより、効率よく太陽電池の出力を取り出すことができるとする技術が開示されている。
【００１２】
また、下記［特許文献２］には、直並列接続された複数の太陽電池素子からなる太陽電池モジュールと、前記太陽電池モジュールの複数の太陽電池素子が発電した直流電力を降圧するコンバータと、を基板上に備え、前記コンバータはＭＰＰＴ制御を行うとする構成の太陽電池モジュールが提案されている。
【００１３】
また、下記［特許文献３］には、太陽電池パネルの複数ブロック毎に昇圧チョッパ回路を設けてブロック毎に個別にＭＰＰＴ制御で直流電圧変換し、それらを統合して系統に流す構成の太陽光発電装置が提案されている。
【００１４】
さらに、下記［特許文献４］には、複数の太陽電池アレイを並列接続して入力される系統連係インバータにおいて、各太陽電池アレイに対して独立にＤＣ−ＤＣコンバータによってＭＰＰＴ制御を行わせて発電効率の向上を図った構成の太陽光発電用電力変換装置が提案されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−１１２５４５号公報
【００１６】
【特許文献２】特開２００３−１２４４９２号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４６６７号公報
【特許文献４】特開２００４−１９４５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
複数の太陽電池モジュールを直並列接続した太陽電池アレイを不均一日射条件下で動作させた場合に、その出力特性に電力極大点が複数現れるいわゆる複峰性のあることが最近報告されている（ＩＥＥＪ  Ｔｒａｎｓ．ＩＡ．Ｖｏｌ．１２４，Ｎｏ．８，２００４、鷹野一朗ほか）。
【００１８】
即ち、図２４に示されるように、縦軸に太陽電池の電流Ｉまたは電力Ｐ、横軸に太陽電池の電圧Ｖを採ると、図２０に示される太陽電池モジュールが複数個並列接続された太陽電池アレイの電流−電圧特性、電力−電圧特性には、複数（図２４では２つ）の電力極大点Ｐ１，Ｐ２が現れている。この複峰性は直列接続の場合も現れ、それらの特性曲線は不均一日射条件によって様々に変化する。例えば部分陰影条件下では陰影領域の変化で千差万別に変化し、電力極大点も２つに限らず多数現れる可能性がある。
【００１９】
本発明者は、図２０に示されるような太陽電池モジュールを２個直列接続し、それぞれの電流源に電流差（光の強さの差）が生じたとき、電流の少ないほうの太陽電池モジュールに電流を流しきれず、これが太陽電池モジュール毎に設けられているバイパスダイオードＤｂに流れることを原因として出力特性に顕著な複峰性が現れることを究明した。
また、上記太陽電池モジュールを２個並列接続し、それぞれのモジュール間に両者の温度差によって電圧差が現れたときにも複峰性が現れ、その原因が逆流防止ダイオードＤａの影響であることを究明した。
【００２０】
然るに、従来の太陽電池モジュール複数個を直並列に接続した太陽電池アレイの場合は、それぞれのモジュールの電流、電圧の変化の影響で多数の電力極大点が出現する可能性がある。
【００２１】
上記のような不均一条件下で複峰性が不可避的に現れる従来の太陽光発電装置（システム）においては、仮に太陽電池アレイや太陽電池モジュールに対する単純な最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御、或いは複峰性を考慮した改善された精度の高いＭＰＰＴ制御で図２４の電力極大点Ｐ２で制御が収束しても、太陽電池アレイや太陽電池モジュール内部で損失が発生してしまい、真の最大の電力が得られず、最悪条件下では約６０％もの損失が発生している可能性があることが本発明者の研究で判明した。
【００２２】
このように、部分陰影などの不均一条件下の場合に太陽電池アレイの出力特性に現れる前記複峰性は、図２０のような太陽電池モジュールにおける逆流防止ダイオードＤａやバイパスダイオードＤｂに起因するものであるが、このような複峰性の現れる部分陰影条件下などでも常に最大の電力を太陽電池から取り出すためには、従来のような複数の太陽電池モジュールから構成される太陽電池アレイや太陽電池モジュールに対する最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御の手段或いはその精度を高める手段では難しいと考えられる。
【００２３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、不均一日射条件下においても、常に効率よく太陽電池から最大の電力を取り出し、損失も殆ど発生しない太陽光発電装置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】
【００２４】
本発明は、
（１）１つの太陽電池素子からもしくは複数の太陽電池素子を直列接続または直並列接続してからなる太陽電池本体ＳＣと、前記太陽電池本体ＳＣ毎に設けられるとともに入力端４３がそれぞれの太陽電池本体ＳＣの両極に接続され出力端４７が負荷側に接続された電荷移送回路ＣＯＮＶとを有する複数の太陽電池モジュールＰＶＭが、直列接続または直並列接続してなり、
それぞれの太陽電池本体ＳＣに設けられた前記電荷移送回路ＣＯＮＶは、前記太陽電池本体ＳＣの出力の最大電力点Ｐｍａｘの追従制御を行う制御部４４を有することを特徴とする太陽光発電装置４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）上記（１）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体ＳＣに設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶａは、前記太陽電池本体ＳＣと出力端４７との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第１半導体スイッチ素子ＳＷ１の出力端４７側に前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続された第２半導体スイッチ素子ＳＷ２と、前記太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅをモニターする電圧計４６と、当該電圧計４６から得られる太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅから前記太陽電池本体ＳＣの出力が最大電力点Ｐｍａｘに追従するように第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２のスイッチング制御を行う制御部４４ａと、を有することを特徴とする太陽光発電装置４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）上記（１）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体ＳＣに設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶｂは、前記太陽電池本体ＳＣと出力端４７との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第１半導体スイッチ素子ＳＷ１の出力端４７側に前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続された第２半導体スイッチ素子ＳＷ２と、前記太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅをモニターする電流計５２と、当該電流計５２から得られる太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅから前記太陽電池本体ＳＣの出力が最大電力点Ｐｍａｘに追従するように第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２のスイッチング制御を行う制御部４４ｂと、を有することを特徴とする太陽光発電装置４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）上記（１）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体ＳＣに設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶｃは、前記太陽電池本体ＳＣと出力端４７との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第１半導体スイッチ素子ＳＷ１の出力端４７側に前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続された第２半導体スイッチ素子ＳＷ２と、前記太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅをモニターする電圧計４６と、前記太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅをモニターする電流計５２と、前記電圧計４６から得られる太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅと前記電流計５２から得られる太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅとから前記太陽電池本体ＳＣの出力が最大電力点Ｐｍａｘに追従するように第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２のスイッチング制御を行う制御部４４ｃと、を有することを特徴とする太陽光発電装置４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）上記（１）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体ＳＣに設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶｄは、前記太陽電池本体ＳＣと出力端４７との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第１半導体スイッチ素子ＳＷ１の出力端４７側に前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続された第２半導体スイッチ素子ＳＷ２と、前記太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅをモニターする電圧計４６と、温度をモニターする温度検知素子５４と、前記電圧計４６から得られる太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅと前記温度検知素子５４から得られる温度とから前記太陽電池本体ＳＣの出力が最大電力点Ｐｍａｘに追従するように第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２のスイッチング制御を行う制御部４４ｄと、を有することを特徴とする太陽光発電装置４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（６）上記（１）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体ＳＣに設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶｅは、前記太陽電池本体ＳＣと出力端４７との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第１半導体スイッチ素子ＳＷ１の出力端４７側に前記太陽電池本体ＳＣと並列に接続された第２半導体スイッチ素子ＳＷ２と、前記太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅをモニターする電流計５２と、温度をモニターする温度検知素子５４と、前記電流計５２から得られる太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅと前記温度検知素子５４から得られる温度とから前記太陽電池本体ＳＣの出力が最大電力点Ｐｍａｘに追従するように第１半導体スイッチ素子ＳＷ１、もしくは第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２のスイッチング制御を行う制御部４４ｅと、を有することを特徴とする太陽光発電装置４０を提供することにより、上記課題を解決する。
（７）直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭの各電荷移送回路ＣＯＮＶにおけるスイッチング制御の周期が、太陽電池モジュールＰＶＭごとに独立していることを特徴とする（１）乃至（６）に記載の太陽光発電装置４０ａを提供することにより、上記課題を解決する。
（８）直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭの各電荷移送回路ＣＯＮＶにおけるスイッチング制御の周期が同期していることを特徴とする（１）乃至（６）に記載の太陽光発電装置４０ｂを提供することにより、上記課題を解決する。
（９）直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭで構成されたストリングＰＶＳを複数並列接続した（１）乃至（６）に記載の太陽光発電装置において、各ストリングＰＶＳを構成する複数の太陽電池モジュールＰＶＭの各電荷移送回路ＣＯＮＶにおけるスイッチング制御の周期をストリングＰＶＳ毎に同期させるとともに、各ストリングＰＶＳのスイッチング制御の周期が一定の位相差を有することを特徴とする太陽光発電装置４０ｃを提供することにより、上記課題を解決する。
（１０）直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭで構成されたストリングＰＶＳを複数並列接続した（１）乃至（６）に記載の太陽光発電装置において、各ストリングＰＶＳを構成する複数の太陽電池モジュールＰＶＭの各電荷移送回路ＣＯＮＶにおけるスイッチング制御の周期を、太陽電池モジュールＰＶＭごとに独立して行うとともに、各ストリングＰＶＳと太陽光発電装置４０ｄの出力端との間にダイオードを設けたことを特徴とする太陽光発電装置４０ｄを提供することにより、上記課題を解決する。
（１１）ストリングＰＶＳもしくは並列接続された複数のストリングＰＶＳと太陽光発電装置の出力端との間にコイルＬ２を設けたことを特徴とする（７）乃至（１０）記載の太陽光発電装置を提供することにより、上記課題を解決する。
（１２）上記（１）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた前記電荷移送回路は、当該太陽電池本体の出力電力を電荷の形で蓄える複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサの接続を切り替える複数の半導体スイッチ素子と、当該太陽電池本体に対する出力の最大電力点の追従制御及び回路の出力電圧を負荷側の端子電圧と略同等になるように追従させて前記コンデンサに蓄えられた電荷を負荷側に移送する出力制御を前記複数の半導体スイッチ素子のスイッチング制御によって行う制御部と、を備えることを特徴とする太陽光発電装置を提供することにより、上記課題を解決する。
（１３）上記（１２）に記載の太陽光発電装置において、
それぞれの太陽電池本体に設けられた電荷移送回路における複数のコンデンサは、当該太陽電池本体の±両極間にそれぞれ第１／第２の半導体スイッチ素子群を介して並列接続が可能であり、各コンデンサ間に挿入された第３の半導体スイッチ素子群を介して直列接続が可能であり、直列接続の各コンデンサ間と電荷移送回路の＋出力端または／及び−出力端との間に挿入された第４または／及び第５の半導体スイッチ素子群によって各コンデンサに充電された電荷を選択的に負荷側に移送することが可能であり、前記太陽電池本体の＋極と接地間に挿入された第６の半導体スイッチ素子または太陽電池本体の−極と接地間に挿入された第７の半導体スイッチ素子によって直列接続のコンデンサの一方端を接地電位に設定可能であるように接続されており、
前記電荷移送回路における制御部は、前記太陽電池本体に対する最大電力点の追従制御を、前記太陽電池本体の出力電圧と出力電流とをモニターして、回路の入力電圧が前記太陽電池本体の最大電力点の電圧と一致するように前記複数のコンデンサの充放電のタイミングを前記半導体スイッチ素子のスイッチングによって制御し、且つ、電荷移送回路の出力電圧をモニターして、前記半導体スイッチ素子の選択的なスイッチング制御で装置の出力電圧を負荷側の端子電圧と略同等になるように追従させて前記コンデンサに蓄えられた電荷を負荷側に移送する出力制御を行うことを特徴とする太陽光発電装置を提供することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る太陽光発電装置は、上記のような構成のため、
（１）太陽電池に対する不均一日射条件下においても、常に個々の太陽電池本体から、その日照条件下における最大の電力を取り出すことができる。
（２）従来の太陽電池モジュールに備わっている逆流防止ダイオードやバイパスダイオードが接続されていない太陽電池本体それぞれに電荷移送回路が設けられているため出力特性に原理的に複峰性が現れず、それぞれの太陽電池本体に対して損失なく真の最大電力を取り出すＭＰＰＴ制御が行われる。
（３）請求項１２又は請求項１３に係る発明は（１）（２）の効果に加え、電荷移送回路の出力から損失なく負荷に応じた最適な出力電圧或いは出力電流で電力を移送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る太陽光発電装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る太陽光発電装置のブロック図である。図２は本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第１の実施の形態を示すブロック図である。図３は太陽電池本体の動作電圧と出力電力の関係を示す図である。図４は本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第２の実施の形態を示すブロック図である。図５は本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第３の実施の形態を示すブロック図である。図６は本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第４の実施の形態を示すブロック図である。図７は温度が変化したときの太陽電池本体の動作電圧と出力電力の関係を示す図である。図８は本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第５の実施の形態を示すブロック図である。図９は本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの制御を第１半導体スイッチ素子へのスイッチング制御で行う実施の形態を示すブロック図である。図１０は本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を独立した周期で行う構成を示すブロック図である。図１１は本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を同期させて行う構成を示すブロック図である。図１２は本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御をストリング毎に同期させるとともに各ストリングの周期に位相差をもたせて行う構成を示すブロック図である。図１３は本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を独立した周期で行うとともに各ストリングに逆流防止ダイオードを設けた構成を示すブロック図である。図１４は本発明に係る太陽光発電装置の直列接続された複数の太陽電池モジュールと出力端の間にコイルを設けた構成を示すブロック図である。図１５は本発明に係る太陽光発電装置と負荷等との接続を示すブロック図である。図１６は本発明の請求項１２に係る太陽光発電装置のブロック図である。図１７は本発明の請求項１３に係る太陽光発電装置の個々の太陽電池本体に設けられた電荷移送回路の好適な例を示す回路図である。図１８は前記電荷移送回路の出力時の回路の接続状態を示す回路図である。図１９は前記電荷移送回路の出力に得られる接続先の系統（交流電源）の電圧変化に対する出力電流となるスイッチング周期毎の移送電荷量を示す模式図である。
【００２８】
図１は、本発明に係る太陽光発電装置４０の太陽電池モジュールＰＶＭの接続構成を示すブロック図である。太陽光発電装置４０は、図１に示すように、太陽光発電装置４０の正極出力端４２ａと負極出力端４２ｂとの間に、複数の太陽電池モジュールＰＶＭが太陽電池モジュールＰＶＭの正極出力端４８ａと負極出力端４８ｂとを介して直列又は直並列に複数個、接続される構成を有している。太陽光発電装置４０の正極出力端４２ａと負極出力端４２ｂには図示しないレギュレータやコンバータ、蓄電装置等を介して負荷２８に接続され、負荷２８に対して電力を供給する。尚、図１においては、直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭを３列並列接続した例を示したが、太陽光発電装置の用途、規模等によっては並列接続の数は適宜増減が可能である。また、並列接続を行わず直列接続のみとしても良い。
【００２９】
図２に、本発明に係る太陽光発電装置４０における太陽電池モジュールＰＶＭの第１の実施の形態のブロック図を示す。図２に示す、第１の実施の形態の太陽電池モジュールＰＶＭａは、１つの太陽電池素子からもしくは複数の太陽電池素子を直列接続または直並列接続してからなる太陽電池本体ＳＣと、入力端４３がそれぞれの太陽電池本体ＳＣの正極端子４１ａと負極端子４１ｂとに接続され、出力端４７が太陽電池モジュールＰＶＭａの正極出力端４８ａと負極出力端４８ｂ側に接続される電荷移送回路ＣＯＮＶａを有している。
【００３０】
電池モジュールＰＶＭａの電荷移送回路ＣＯＮＶａは、太陽電池本体ＳＣの正極端子４１ａと負極端子４１ｂとの間に並列接続された電圧計４６と、制御部４４ａと、太陽電池本体ＳＣの正極端子４１ａと電荷移送回路ＣＯＮＶａの正極側の出力端４７との間に直列に接続された第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１の出力端４７側に太陽電池本体ＳＣと並列に接続された第２半導体スイッチ素子と、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２に並列に接続されたフライホイールダイオードとして機能するダイオードＤとを有している。尚、電荷移送回路ＣＯＮＶａの正極側の出力端４７と正極出力端子４８ａとの間に直列に接続されたコイルＬ１は太陽電池本体ＳＣからの電気エネルギーを蓄積もしくは放出する機能を有している。また、コンデンサＣａ、Ｃｂは太陽電池本体ＳＣ及び正極出力端４８ａ、負極出力端子４８ｂ間における端子電圧のリップルを低減するために設けられた平滑コンデンサである。
【００３１】
ここで、図３に照射する光の強さ変化させた場合の太陽電池本体ＳＣに生じる動作電圧と出力電力の関係を示す。尚、図３中の実線Ａ、実線Ｂ、実線Ｃは、それぞれ光の強さをＡ＞Ｂ＞Ｃの順に大きくした時の太陽電池本体ＳＣに生じる動作電圧Ｖｏｐｅと出力電力の関係を示すものとし、また太陽電池本体ＳＣの温度は一定であるものとする。図３より、太陽電池本体ＳＣの温度が一定であれば、太陽電池本体ＳＣの最大電力点Ｐｍａｘが得られるような太陽電池本体ＳＣの最適動作電圧Ｖｏｐは、照射される光の強さによらず一定であることがわかる。このことから、太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅを最大電力点Ｐｍａｘが得られるような最適動作電圧Ｖｏｐになるように制御することで、常に太陽電池本体ＳＣを最大電力点Ｐｍａｘで動作させることが出来る。
【００３２】
次に、電荷移送回路ＣＯＮＶａの動作を説明する。電荷移送回路ＣＯＮＶａの制御部４４ａは発振器５５を有しており、この発振器５５からの信号を基に第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と第２半導体スイッチ素子ＳＷ２とを交互にパルス幅変調（ＰＷＭ）方式でスイッチング制御し同期整流を行う。尚、スイッチング制御を行う信号は必ずしも制御部４４ａ内から得る必要はなく、外部に設けた発振器５５からの信号から得ても良い。これは後述する制御部４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅにおいても同様である。
【００３３】
ここで、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じ、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が開いている場合、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力は第１半導体スイッチ素子ＳＷ１を通ってコイルＬ１に電気エネルギーを蓄えさせるとともに、正極端子４８ａから負荷側に出力される。太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力されると太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは減少する。反対に、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が閉じ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている場合、コイルＬ１は蓄えられていた電気エネルギーを負荷側に放出される。このとき太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力は負荷側には出力されないため太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは増加する。尚、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が閉じ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている場合においては、直列に複数個接続されている他の太陽電池モジュールＰＶＭａから出力される電力はダイオードＤもしくは第２半導体スイッチ素子ＳＷ２を通して負荷側に出力される。
【００３４】
太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは電圧計４６が常時モニターし制御部４４ａに出力される。前述のように最大電力点Ｐｍａｘを取るときの最適動作電圧Ｖｏｐは太陽電池本体ＳＣに照射される光の強さによらず一定であるため、制御部４４ａには予め最適動作電圧Ｖｏｐを設定することができる。制御部４４ａは電圧計４６からの動作電圧Ｖｏｐｅを受けて、動作電圧Ｖｏｐｅが予め設定された最適動作電圧Ｖｏｐより高い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２の開閉を制御する。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔が長くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは減少する。
【００３５】
反対に動作電圧Ｖｏｐｅが最適動作電圧Ｖｏｐより低い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２の開閉を制御する。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔は短くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは増加する。
【００３６】
この制御部４４ａのスイッチング制御により太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは常に最適動作電圧Ｖｏｐをとるように追従制御される。前述のように動作電圧Ｖｏｐｅが最適動作電圧Ｖｏｐを取っていれば、太陽電池本体ＳＣは最大電力点Ｐｍａｘで動作することとなり、よって太陽電池モジュールＰＶＭａは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。
【００３７】
図４に、本発明に係る太陽光発電装置４０における太陽電池モジュールＰＶＭの第２の実施の形態の回路図を示す。図４に示す、第２の実施の形態の太陽電池モジュールＰＶＭｂは太陽電池本体ＳＣと電荷移送回路ＣＯＮＶｂを有している。また電池モジュールＰＶＭｂの電荷移送回路ＣＯＮＶｂは、ＣＯＮＶａの構成の電圧計４６の代わりに太陽電池本体ＳＣの正極端子４１ａと第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と間に直列接続された電流計５２を有している。
【００３８】
ここで、図２２の太陽電池の出力特性（出力電流Ｉ−出力電圧Ｖ曲線）を参照する。図２２より、太陽電池本体ＳＣの最大電力点Ｐｍａｘが得られるような太陽電池本体ＳＣの最適動作電流Ｉｏｐは、太陽電池本体ＳＣの短絡電流Ｉｓｃ（太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅ＝０Ｖのときの太陽電池本体ＳＣの電流値）の一定の比率だけ低下した値となることが知られている。即ち、仮に一定の比率が９０％である場合には最適動作電流Ｉｏｐは  Ｉｏｐ＝Ｉｓｃ×０．９  で求められる。尚、図２２の出力特性は太陽光の照射条件等により変化するものであるが、この最適動作電流Ｉｏｐと短絡電流Ｉｓｃの関係は出力特性が変化しても常に成立するものである。このことから、短絡電流Ｉｓｃが判明すれば最適動作電流Ｉｏｐは求められ、太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅを最適動作電流Ｉｏｐになるように制御することで、常に太陽電池本体ＳＣを最大電力点Ｐｍａｘで動作させることが出来る。
【００３９】
次に、電荷移送回路ＣＯＮＶｂの動作を説明する。電荷移送回路ＣＯＮＶｂの制御部４４ｂも電荷移送回路ＣＯＮＶａと同様、発振器５５からの信号を基に第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と第２半導体スイッチ素子ＳＷ２とをスイッチング制御し同期整流を行う。ここで、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じ、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が開いている場合、電荷移送回路ＣＯＮＶａと同様、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力は第１半導体スイッチ素子ＳＷ１を通ってコイルＬ１に電気エネルギーを蓄えさせるとともに、正極端子４８ａから負荷側に出力される。太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力されると太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは短絡電流Ｉｓｃ方向に増加する。反対に、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が閉じ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている場合、コイルＬ１は蓄えられていた電気エネルギーを負荷側に放出する。このとき太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力は負荷側には出力されないため太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは減少する。
【００４０】
太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは電流計５２が常時モニターし制御部４４ｂに出力される。制御部４４ｂには予め太陽電池本体ＳＣが最大電力点Ｐｍａｘを取るときの最適動作電流Ｉｏｐが太陽電池本体ＳＣの短絡電流Ｉｓｃから求められており、電流計５２からの動作電流Ｉｏｐｅが最適動作電流Ｉｏｐより低い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２の開閉を制御する。スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔が長くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは増加する。
【００４１】
反対に動作電流Ｉｏｐｅが最適動作電流Ｉｏｐより高い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２の開閉を制御する。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔は短くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは減少する。
【００４２】
この制御部４４ｂのスイッチング制御により太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは常に最適動作電流Ｉｏｐをとるように追従制御される。前述のように動作電流Ｉｏｐｅが最適動作電流Ｉｏｐを取っていれば、太陽電池本体ＳＣは最大電力点Ｐｍａｘで動作することとなり、よって太陽電池モジュールＰＶＭｂは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。
【００４３】
図５に、本発明に係る太陽光発電装置４０における太陽電池モジュールＰＶＭの第３の実施の形態の回路図を示す。図５に示す、第３の実施の形態の太陽電池モジュールＰＶＭｃは太陽電池本体ＳＣと電荷移送回路ＣＯＮＶｃを有している。電池モジュールＰＶＭｃの電荷移送回路ＣＯＮＶｃは、電荷移送回路ＣＯＮＶｂの構成に加え、太陽電池本体ＳＣの正極端子４１ａと負極端子４１ｂとの間に並列接続された電圧計４６を有している。
【００４４】
次に、電荷移送回路ＣＯＮＶｃの動作を説明する。電荷移送回路ＣＯＮＶｃの制御部４４ｃも電荷移送回路ＣＯＮＶａと同様、発振器５５からの信号を基に第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と第２半導体スイッチ素子ＳＷ２とをスイッチング制御し同期整流を行う。ここで、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じ、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が開いている場合、電荷移送回路ＣＯＮＶａ、ＣＯＭＶｂと同様、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力は第１半導体スイッチ素子ＳＷ１を通ってコイルＬ１に電気エネルギーを蓄えさせるとともに、正極端子４８ａから負荷側に出力される。太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力されると太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは短絡電流Ｉｓｃ方向に増加するとともに、太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは減少する。反対に、第２半導体スイッチ素子ＳＷ２が閉じ、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている場合、コイルＬ１は蓄えられていた電気エネルギーを負荷側に放出する。このとき太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力は負荷側には出力されないため太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは減少するとともに、太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは増加する。
【００４５】
太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは電流計５２が常時モニターし、また太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは電圧計４６が常時モニターし、それぞれ制御部４４ｃに出力される。制御部４４ｃは電流計５２から得られる動作電流Ｉｏｐｅと電圧計４６から得られる動作電圧Ｖｏｐｅとから太陽電池本体ＳＣの出力電力を求め、この出力電力が最大電力点Ｐｍａｘを追従するように、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１及び第２半導体スイッチ素子ＳＷ２を制御するＰＷＭ信号のデューティ比を変化させる。これにより太陽電池本体ＳＣは常に最大電力点Ｐｍａｘで動作することとなり、よって太陽電池モジュールＰＶＭｃは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。
【００４６】
図６に、本発明に係る太陽光発電装置４０における太陽電池モジュールＰＶＭの第４の実施の形態の回路図を示す。図６に示す、第４の実施の形態の太陽電池モジュールＰＶＭｄは太陽電池本体ＳＣと電荷移送回路ＣＯＮＶｄを有している。電池モジュールＰＶＭｄの電荷移送回路ＣＯＮＶｄは、電荷移送回路ＣＯＮＶａの構成に加え温度感知素子５４を有している。
【００４７】
ここで、図７に温度を変化させた場合の太陽電池本体ＳＣに生じる動作電圧と出力電力の関係を示す。尚、図７中の実線Ｄ、実線Ｅ、実線Ｆは、それぞれ太陽電池本体ＳＣの温度をＤ＜Ｅ＜Ｆの順に高くした時の太陽電池本体ＳＣに生じる動作電圧Ｖｏｐｅと出力電力の関係を示すものとする。図７より、太陽電池本体ＳＣの最大電力点Ｐｍａｘが得られるような太陽電池本体ＳＣの最適動作電圧Ｖｏｐは、太陽電池本体ＳＣの温度により増減し、温度が低い実線Ｄのときには最適動作電圧Ｖｏｐ（Ｄ）は高い値を、また温度が高い実線Ｆのときには最適動作電圧Ｖｏｐ（Ｆ）は低い値を、両者の間の温度である実線Ｅのときには最適動作電圧Ｖｏｐ（Ｅ）はＶｏｐ（Ｆ）とＶｏｐ（Ｄ）の間の値をとることがわかる。この太陽電池本体ＳＣの温度と最適動作電圧Ｖｏｐとは比例関係にあることが判明しており、太陽電池本体ＳＣの温度がわかれば最適動作電圧Ｖｏｐを求めることが出来る。このことから、太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅを、太陽電池本体ＳＣの温度から求められる最適動作電圧Ｖｏｐになるように追従制御することで、常に太陽電池本体ＳＣを最大電力点Ｐｍａｘで動作させることが出来る。
【００４８】
次に、電荷移送回路ＣＯＮＶｄの動作を説明する。ただし、電荷移送回路ＣＯＮＶｄの動作は電荷移送回路ＣＯＮＶａとほぼ同等であるので、重複する部分の詳細な説明は行わないものとする。電荷移送回路ＣＯＮＶｄの制御部４４ｄは電荷移送回路ＣＯＮＶａの制御部４４ａと同様に第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と第２半導体スイッチ素子ＳＷ２とをスイッチング制御し同期整流を行い、太陽電池本体ＳＣに生じる電力の負荷側への出力を制御する。これに伴い太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは電荷移送回路ＣＯＮＶａと同様に増減する。
【００４９】
太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは電圧計４６が常時モニターし制御部４４ｄに出力される。また、温度感知素子５４が太陽電池本体ＳＣの周囲の温度を計測し、これを太陽電池本体ＳＣの温度として制御部４４ｄに出力する。制御部４４ｄは温度検知素子５４から得られる温度から太陽電池本体ＳＣが最大電力点Ｐｍａｘを取るような最適動作電圧Ｖｏｐを求め、電圧計４６から得られる動作電圧Ｖｏｐｅとから、動作電圧Ｖｏｐｅが最適動作電圧Ｖｏｐより高い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させる。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔が長くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは減少する。
【００５０】
反対に動作電圧Ｖｏｐｅが最適動作電圧Ｖｏｐより低い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させる。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔は短くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは増加する。
【００５１】
この制御部４４ｄのスイッチング制御により太陽電池本体ＳＣがいかなる温度の場合でも常に太陽電池本体ＳＣの動作電圧Ｖｏｐｅは最適動作電圧Ｖｏｐをとるように追従制御される。前述のように動作電圧Ｖｏｐｅが最適動作電圧Ｖｏｐを取っていれば、太陽電池本体ＳＣは最大電力点Ｐｍａｘで動作することとなり、よって太陽電池モジュールＰＶＭｄは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。
【００５２】
図８に、本発明に係る太陽光発電装置４０における太陽電池モジュールＰＶＭの第５の実施の形態の回路図を示す。図８に示す、第５の実施の形態の太陽電池モジュールＰＶＭｅは太陽電池本体ＳＣと電荷移送回路ＣＯＮＶｅを有している。電池モジュールＰＶＭｅの電荷移送回路ＣＯＮＶｅは、電荷移送回路ＣＯＮＶｂの構成に加え温度感知素子５４を有している。
【００５３】
次に、電荷移送回路ＣＯＮＶｅの動作を説明する。ただし、電荷移送回路ＣＯＮＶｅの動作は電荷移送回路ＣＯＮＶｂとほぼ同等であるので、重複する部分の詳細な説明は行わないものとする。電荷移送回路ＣＯＮＶｅの制御部４４ｅは電荷移送回路ＣＯＮＶｂの制御部４４ｂと同様に第１半導体スイッチ素子ＳＷ１と第２半導体スイッチ素子ＳＷ２とをスイッチング制御し同期整流を行い、太陽電池本体ＳＣに生じる電力の負荷側への出力を制御する。これに伴い太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは電荷移送回路ＣＯＮＶｂと同様に増減する。
【００５４】
太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは電流計５２が常時モニターし制御部４４ｅに出力される。また、温度感知素子５４が太陽電池本体ＳＣの周囲の温度を計測し、これを太陽電池本体ＳＣの温度として制御部４４ｅに出力する。前述のとおり最大電力点Ｐｍａｘを取るときの最適動作電流Ｉｏｐは短絡電流Ｉｓｃから求められるが、制御部４４ｅはこの短絡電流Ｉｓｃから求められた最適動作電流Ｉｏｐに温度感知素子５４から得られる太陽電池本体ＳＣの温度によって若干の補正を行う。
【００５５】
制御部４４ｅは電流計５２から得られる動作電流Ｉｏｐｅが温度感知素子５４から得られる温度により補正された最適動作電流Ｉｏｐより低い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させる。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔が長くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは増加する。
【００５６】
反対に動作電流Ｉｏｐｅが最適動作電流Ｉｏｐより高い場合は、第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔を拡げるようにＰＷＭ信号のデューティ比を変化させる。第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が開いている時間間隔が長くなれば、太陽電池本体ＳＣで生じた出力電力が負荷側に出力される時間間隔は短くなり、よって太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは減少する。
【００５７】
この制御部４４ｅのスイッチング制御により、常に太陽電池本体ＳＣの動作電流Ｉｏｐｅは最適動作電流Ｉｏｐをとるように追従制御される。前述のように動作電流Ｉｏｐｅが最適動作電流Ｉｏｐを取っていれば、太陽電池本体ＳＣは最大電力点Ｐｍａｘで動作することとなり、よって太陽電池モジュールＰＶＭｅは常にその日照条件下における最大の電力を出力する。
【００５８】
尚、電池モジュールＰＶＭｄ、ＰＶＭｅの温度検知素子５４としては種々の温度検知素子を用いることができるが中でもサーミスタもしくはダイオード等を用いること好ましい。また、本例においては温度検知素子５４が太陽電池本体ＳＣの周囲の温度を測定する例を用いたが、太陽電池本体ＳＣ自体の温度を測定する構成とすれば、電荷移送回路ＣＯＮＶｄ、ＣＯＮＶｅの追従制御の精度は更に向上する。
【００５９】
上記の太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅに用いる電荷移送回路は、図９に示すように、電荷移送回路ＣＯＮＶａ〜ＣＯＮＶｅの半導体スイッチ素子ＳＷ２をなくし、半導体スイッチ素子ＳＷ２と並列に接続されているダイオードＤに半導体スイッチ素子ＳＷ２の機能を兼ねさせる構成の電荷移送回路ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’を用いても良い。この場合、電荷移送回路ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’の制御部４４ａ〜４４ｅは半導体スイッチ素子ＳＷ１のみをスイッチング制御して太陽電池本体ＳＣを最大電力点Ｐｍａｘで動作させるように追従制御する。尚、電荷移送回路ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’基本的な動作原理は、半導体スイッチ素子ＳＷ２の制御経路が無いのみで電荷移送回路ＣＯＮＶａ〜ＣＯＮＶｅと同様である。この構成においても、太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅは電荷移送回路ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’のスイッチング制御により常にその日照条件下における最大の電力を出力する。
【００６０】
以上のことから、太陽光発電装置４０を構成する全ての太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅの太陽電池本体ＳＣは、太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅ毎に設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶａ〜ＣＯＮＶｅ、ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’のスイッチング制御により、最大電力点Ｐｍａｘをとるように追従制御されるため常にその日照条件下における最大の電力を出力する。その結果、太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅを直列もしくは直並列に複数個接続される太陽光発電装置４０も常に最大の電力を負荷側に出力することが出来る。
【００６１】
次に、本発明に係る太陽光発電装置の各太陽電池モジュールＰＶＭの接続及び電荷移送回路ＣＯＮＶのスイッチング制御に用いられる信号の同期等に関する説明を行う。尚、以下の説明においては太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅを太陽電池モジュールＰＶＭと、電荷移送回路ＣＯＮＶａ〜ＣＯＮＶｅ、ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’を電荷移送回路ＣＯＮＶと、制御部４４ａ〜４４ｅを制御部４４と総称して行うものとする。
【００６２】
本発明に係る太陽光発電装置４０ａは、図１０に示すように、太陽電池モジュールＰＶＭの制御部４４におけるスイッチング制御の基となる信号を太陽電池モジュールＰＶＭ毎に独立した周期の発振器５５から得る構成となっている。太陽光発電装置４０ａの構成によれば太陽電池モジュールＰＶＭ毎にスイッチング制御が行われるため、いずれかの太陽電池モジュールＰＶＭが常に動作していることとなり、太陽光発電装置４０ａはより安定した電力を負荷側に出力することができる。尚、図１０においては、発振器５５を太陽電池モジュールＰＶＭを構成する電荷移送回路ＣＯＮＶの制御部４４に設けた例を示したが、発振器５５は外部に設けることも可能である。
【００６３】
また、本発明に係る太陽光発電装置４０ｂは、図１１に示すように、各太陽電池モジュールＰＶＭの制御部４４にシンクロ端子５９を設けこれを接続することで各太陽電池モジュールＰＶＭのスイッチング制御の周期を同期させる構成を有している。太陽光発電装置４０ｂの構成によれば、各太陽電池モジュールＰＶＭは同期された周期の信号を基にスイッチング制御を行うため、個々の太陽電池モジュールＰＶＭのデューティ比が異なっていたとしても、同期された太陽電池モジュールＰＶＭの全ての第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている区間が必ず存在することとなる。同期された太陽電池モジュールＰＶＭの全ての第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている区間においては、同期された太陽電池モジュールＰＶＭ全てが一斉に電力を出力するため、太陽光発電装置４０ｂにおける最大の電力を負荷側に出力することができる。尚、各太陽電池モジュールＰＶＭを同期させる手段としては、１つの発振器と各太陽電池モジュールＰＶＭの制御部４４とを接続し、その発振器からの信号に基づき各太陽電池モジュールＰＶＭのスイッチング制御を同期させて行うようにしても良い。
【００６４】
尚、図１０、図１１においては、直列接続された太陽電池モジュールＰＶＭが１列の例を用いたが、図１に示すような複数の太陽電池モジュールＰＶＭが直並列された構成においても適用が可能である。
【００６５】
本発明に係る太陽光発電装置４０ｃは、図１２に示すように、直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭで構成されたストリングＰＶＳを複数並列接続し、各ストリングＰＶＳを構成する太陽電池モジュールＰＶＭの制御部４４にシンクロ端子５９を設けこれを接続することで、太陽電池モジュールＰＶＭのスイッチング制御の周期をストリングＰＶＳ毎に同期させるとともに、各ストリングＰＶＳのスイッチング制御の周期を発振器制御部５０により一定間隔の位相差を設ける構成を有している。
【００６６】
太陽光発電装置４０ｃによれば、１つのストリングＰＶＳを構成する太陽電池モジュールＰＶＭのスイッチング制御を行う信号が同期されているため、ストリングＰＶＳ内の太陽電池モジュールＰＶＭの全ての第１半導体スイッチ素子ＳＷ１が閉じている区間が存在し、ストリングＰＶＳにおける最大の電力を負荷側に出力することができる。また、各ストリングＰＶＳのスイッチング制御の周期は発振器制御部５０により一定間隔の位相差を有しているため、あるストリングＰＶＳが最大の電力を負荷側に出力した後に出力電力が減少したとしても、順次別のストリングＰＶＳが最大の電力を負荷側に出力することができる。したがって、太陽光発電装置４０ｃは高い電力を安定的に負荷側に出力することができる。
【００６７】
本発明に係る太陽光発電装置４０ｄは、図１３に示すように、直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭで構成されたストリングＰＶＳを複数並列接続し、各太陽電池モジュールＰＶＭのスイッチング制御の基にとなる信号の周期を太陽電池モジュールＰＶＭ毎に独立して行う構成を有している。この構成によれば、全ての太陽電池モジュールＰＶＭが独立した周期でスイッチング制御を行うため、太陽光発電装置４０ｄは極めて安定した電力を負荷側に出力することができる。ただし、太陽光発電装置４０ｄでは太陽電池モジュールＰＶＭのスイッチング制御のタイミングによって全く電力を出力しない区間を有するストリングＰＶＳが存在してしまう可能性があるため、各ストリングＰＶＳと太陽光発電装置４０ｄの正極出力端４２ａとの間に電流の逆流を防止するダイオードＤ１を接続することが好ましい。
【００６８】
尚、図１２、図１３においては、直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭで構成されるストリングＰＶＳを３列並列接続した例を示したが、太陽光発電装置の用途、規模等によっては並列接続の数は適宜増減が可能である。
【００６９】
本発明に係る太陽光発電装置４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、図１４に示すように、各太陽電池モジュールＰＶＭに設けられているコイルＬ１を除き、直列接続された複数の太陽電池モジュールＰＶＭで構成されたストリングＰＶＳと太陽光発電装置４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの正極出力端４２ａとの間にコイルＬ２を設ける構成とすることができる。この構成によれば、各太陽電池モジュールＰＶＭに設けられていたコイルＬ１の設置分省スペース化が可能となる。また、太陽光発電装置４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにモータ等の誘導性負荷を接続する場合には、この誘導性負荷をコイルＬ２としても良い。尚、図１４においてはストリングＰＶＳが１つの例を用いたが、複数のストリングＰＶＳを並列に接続し、各ストリングＰＶＳと太陽光発電装置４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの正極出力端４２ａとの間にコイルＬ２を設けても良い。
【００７０】
これら太陽光発電装置４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの構成においても、各太陽電池モジュールＰＶＭの太陽電池本体ＳＣは、前述のように太陽電池モジュールＰＶＭａ〜ＰＶＭｅ毎に設けられた電荷移送回路ＣＯＮＶａ〜ＣＯＮＶｅのスイッチング制御により、常に最大電力点Ｐｍａｘで動作するように追従制御されるため、常にその日照条件下における最大の電力を出力する。その結果、太陽光発電装置４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄも常に最大の電力を負荷側に出力することが出来る。
【００７１】
また、太陽光発電装置４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、太陽電池本体ＳＣそれぞれに電荷移送回路ＣＯＮＶが設けられ、各太陽電池本体ＳＣに対してそれぞれＭＰＰＴ制御して最大電力点Ｐｍａｘを追従して集電する構成なので、従来の太陽電池モジュールに備わるバイパスダイオードＤｂや逆流防止ダイオードＤａがなく、複峰性が原理的に生じない。そのため、それぞれの太陽電池本体ＳＣに対して損失なく真の最大電力を取り出すＭＴＴＰ制御が行われる。
【００７２】
尚、太陽光発電装置４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは各太陽電池モジュールＰＶＭの電力を最大限に取り出し、出力する構成であるため、これら太陽光発電装置４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに負荷２８もしくは電力系統２７を接続するにあたっては、図１５に示すように、太陽光発電装置４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと負荷２８もしくは電力系統２７の間にレギュレータ６０やコンバータ６１などを設けて所定の電圧値、電流値に変換する必要がある。また、必要に応じて太陽光発電装置４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとレギュレータ６０、コンバータ６１の間に蓄電装置６２を設けても良い。
【００７３】
次に、本発明の請求項１２及び請求項１３に係る太陽光発電装置に関する説明を行う。本発明の請求項１２及び請求項１３に係る太陽光発電装置１０は、図１６の回路図に示されるように、複数の太陽電池素子を直列接続または直並列接続してなる破線枠で囲まれ簡略表記された複数個の太陽電池本体ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，・・と、前記太陽電池本体ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，・・毎に設けられるとともに、入力端がそれぞれの太陽電池本体の±両極に接続され、出力端が並列に負荷側に接続された複数個の電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・と、からなっており、それぞれの太陽電池本体ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，・・に設けられた前記電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・は、図１７に示されるように、当該太陽電池本体ＳＣの出力電力を電荷の形で蓄える複数のコンデンサＣ２〜Ｃ８（図１７は、同一容量（０．１μＦ）のコンデンサ７個の場合である。）と、前記複数のコンデンサＣ２〜Ｃ８の接続を切り替える複数の半導体スイッチ素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｇ、ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｇ、ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆ、ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｇ、ＳＷ５ａ〜ＳＷ５ｇ、ＳＷ６、ＳＷ７と、当該太陽電池本体ＳＣに対する出力の最大電力点の追従制御及び回路の出力電圧Ｖｏｘ（ｘ＝１，２，３、・・）を負荷側の端子電圧Ｖｏと略同等になるように追従させて前記コンデンサＣ２〜Ｃ８に蓄えられた電荷を負荷側に移送する出力制御を前記複数の半導体スイッチ素子ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｇ、ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｇ、ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆ、ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｇ、ＳＷ５ａ〜ＳＷ５ｇ、ＳＷ６、ＳＷ７のスイッチング制御によって行う（最大電力点追従制御手段Ｍ１と出力制御手段Ｍ２を備える）制御部８と、を備える構成となっている。
【００７４】
上記のような電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・が並列接続の場合、個々の太陽電池本体ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，・・の最大電力点電圧がＶ１，Ｖ２，Ｖ３で、そのときの電流がＩ１，Ｉ２，Ｉ３のように異なっていても、それぞれの電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の出力電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２，Ｖｏ３・・を共通の所定値Ｖｏと一定にすることで、それぞれの電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の出力電流Ｉｏ１，Ｉｏ２，Ｉｏ３，・・の和を総合出力電流Ｉｏ（＝Ｉｏ１＋Ｉｏ２＋Ｉｏ３＋・・）とすることが可能となる。
【００７５】
次に、上記太陽光発電装置１０の構成要素である各太陽電池本体ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３に設けられた電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・を以下詳述する。
【００７６】
図１７に示されるように、前記複数のコンデンサＣ２〜Ｃ８は、前記太陽電池本体ＳＣの±両極間にそれぞれ第１／第２の半導体スイッチ素子群ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｇ、ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｇを介して並列接続が可能であり、各コンデンサＣ２〜Ｃ８間に挿入された第３の半導体スイッチ素子群ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆを介してコンデンサＣ２〜Ｃ８の電荷移送回路出力時の状態である直列接続が可能であり、直列接続の各コンデンサＣ２〜Ｃ８間と電荷移送回路の＋出力端または−出力端との間に挿入された第４または第５の半導体スイッチ素子群ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｇ、ＳＷ５ａ〜ＳＷ５ｇによって各コンデンサＣ２〜Ｃ８に充電された電荷を選択的に出力することが可能であり、太陽電池本体ＳＣの＋極と接地間に挿入された第６の半導体スイッチ素子ＳＷ６または太陽電池本体ＳＣの−極と接地間に挿入された第７の半導体スイッチ素子ＳＷ７によって直列接続のコンデンサＣ２〜Ｃ８の一方端を接地電位に設定可能であるように接続されており、前記電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・における制御部８は、前記太陽電池本体ＳＣに対する最大電力点追従制御手段Ｍ１として、前記太陽電池本体ＳＣの出力電圧と出力電流とをモニターして、回路Ｔの入力電圧が前記太陽電池本体ＳＣの最大電力点Ｐｍａｘの電圧Ｖｘ（ｘ＝１，２，３，・・）と一致するように前記複数のコンデンサＣ２〜Ｃ８の充放電のタイミングを前記半導体スイッチ素子ＳＷのスイッチングによって制御する構成とし、且つ、出力制御手段Ｍ２として、前記電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の出力電圧Ｖｏｘをモニターして、前記半導体スイッチ素子ＳＷの選択的なスイッチング制御で回路Ｔの出力電圧Ｖｏｘを負荷側の端子電圧Ｖｏと略同等になるように追従させて前記コンデンサＣ２〜Ｃ８に蓄えられた電荷を負荷側に移送する出力制御を行う。
【００７７】
具体的には、電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の入力時に、太陽電池本体ＳＣからの電力をコンデンサＣ２〜Ｃ８に充電するためにスイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｇ及びＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｇは閉状態で、他のスイッチＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆ、ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｇ、ＳＷ５ａ〜ＳＷ５ｇ、ＳＷ６、ＳＷ７は開状態となっている。この状態で太陽電池本体ＳＣからの電荷は等しく、同一容量のコンデンサＣ２〜Ｃ８に充電される。
【００７８】
続いて、ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｇ及びＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｇのスイッチ群を開にした後、ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆのスイッチ群を閉とした電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の出力時の様子が図１８である。
【００７９】
本図で、Ｃ２〜Ｃ８はＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆを通して直列に接続される。つまり、太陽電池本体ＳＣの出力電圧をＥとすると、Ｃ２の負極からＣ８の正極までの電位差は８×Ｅとなる。なお、コンデンサＣと半導体スイッチ素子ＳＷの数を増やして直列接続数を増やせば取り出せる電位差は更に大きくなる。
【００８０】
この状態でＳＷ２ａとＳＷ７を閉とし、ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｇのスイッチ群の中から必要な電圧のスイッチを選択し、閉とすることで正の電位差が得られる。また、ＳＷ１ａとＳＷ６を閉とし、ＳＷ５ａ〜ＳＷ５ｇのスイッチ群の中から必要な電圧のスイッチを選択することで負の電位差が得られる。
【００８１】
このような電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の出力端が並列接続された太陽光発電装置１０を図示されない交流電源などの電力系統に接続し、系統の電圧Ｖｏと略同等となるように追従させつつより一段高い電圧を選択することで所望の電流Ｉｏｘで電荷を移送（電力供給）させることができる。
【００８２】
また、電荷移送回路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・の回路に流れる電流Ｉｘは単位時間当たりにコンデンサＣ２〜Ｃ８に充放電される回数で決定される。つまり、スイッチング周波数ｆが高くなれば流れる電流も上昇する。
【００８３】
更に、前述のように太陽電池本体ＳＣは接続された負荷の大きさ、つまり取り出す電流Ｉｘによって動作点Ｐが変化する。具体的には、図２３に示される出力特性図のように、電力最大点Ｐｍａｘでの電圧Ｖｘになるよう出力の電流Ｉを調節すればその太陽電池から最大の電力Ｐｍａｘを得ることができる。
【００８４】
そこで、図１６の太陽光発電装置１０の回路では、太陽電池本体ＳＣの出力電圧、即ち、電荷移送回路Ｔの入力電圧が太陽電池の最大電力点Ｐｍａｘの電圧Ｖｘと一致するようコンデンサＣ２〜Ｃ８の充放電の周波数ｆを制御する。
【００８５】
次に、電荷移送回路Ｔの出力時には、接続先の負荷の端子電圧が太陽電池本体ＳＣの出力電圧Ｅに対して３×Ｅであったとすると、電荷移送回路Ｔの出力電圧Ｖｏｘを（３＋１）Ｅとすることで出力側に電流を流すことが可能になる。
【００８６】
具体的には、上記の場合４個分のコンデンサＣ２〜Ｃ５までを使用するので、ＳＷ３のスイッチ群の内ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｃまでを閉とし、ＳＷ４ｄを閉とすることで出力側にコンデンサＣ５の１個分の電荷即ち電流を流すことができる。また、出力側の電圧Ｖｏｘは、接続される負荷が交流電源系統を想定しており、非常に低インピーダンスの電圧源であると考えられるため、負荷の端子電圧に拘束されることとなる。（接続先の負荷の端子電圧Ｖｏと、電荷移送回路Ｔの出力電圧Ｖｏｘは等しくなる。）
このような動作を順次行うことで接続先の端子電圧の交流電圧波形に対して図１９の黒塗り部分の電荷量に相当する電流を出力することができる。ここに１マス分がコンデンサ１個に蓄積された電荷に相当する。この際、コンデンサの充放電の周波数ｆは出力側の電圧の周波数の変化（図１９の正弦波形）に対して数百から数万倍の周波数となることが予想される。
【００８７】
なお、負荷がバッテリーなどの場合、接続先の電圧は＋電位か−電位か定まっているので、その場合には半導体スイッチ素子ＳＷ４のスイッチ群、若しくはＳＷ５のスイッチ群のどちらか片方のスイッチ群だけで実現可能である。
【００８８】
上述のように太陽光発電装置１０では、従来の太陽電池モジュールに備わるバイパスダイオードＤｂや逆流防止ダイオードＤａがなく、複峰性が原理的に生じない複数個の太陽電池本体ＳＣそれぞれに電荷移送回路Ｔが設けられ、各太陽電池本体ＳＣに対してそれぞれＭＰＰＴ制御して最大電力点Ｐｍａｘを追従して集電しつつ、個々の電荷移送回路Ｔの出力の電流または電圧を負荷と適合するように制御し連係させている構成なので、電荷移送回路間で損失が発生せず、不均一日射条件下（例えば、部分陰影条件下）においてもシステムとして常に最適条件で最大電力が得られるのである。
【００８９】
なお、本発明のように個々の小規模な太陽電池本体ＳＣに対して設けられた図１７の電荷移送回路Ｔは微小な電力しか流れないため、従来の一括制御方式のコンバータに用いられるような大きく重いコイルは不要となり、小型化、特に集積回路化が可能である。
【００９０】
念のために付言すれば、本発明の太陽光発電装置１０は、取り出した電力を２次電池にそのまま充電することも、交流電源に直接に系統連係させることもできる。また、本発明に係る太陽光発電装置４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、出力端にレギュレータ、コンバータ等を介することで、取り出した電力を２次電池に充電することも、交流電源に系統連係させることもできる。更に、その適用範囲は屋内用の小規模太陽光発電システムから屋外用の大規模な太陽光発電システムまで及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る太陽光発電装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】太陽電池本体の動作電圧と出力電力の関係を示す図である。
【図４】本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第４の実施の形態を示すブロック図である。
【図７】温度が変化したときの太陽電池本体の動作電圧と出力電力の関係を示す図である。
【図８】本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの第５の実施の形態を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る太陽光発電装置を構成する太陽電池モジュールの制御を第１半導体スイッチ素子へのスイッチング制御で行う実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を独立した周期で行う構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を同期させて行う構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御をストリング毎に同期させるとともに各ストリングの周期に位相差をもたせて行う構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明に係る太陽光発電装置を形成する各太陽電池モジュールのスイッチング制御を独立した周期で行うとともに各ストリングに逆流防止ダイオードを設けた構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明に係る太陽光発電装置の直列接続された複数の太陽電池モジュールと出力端の間にコイルを設けた構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明に係る太陽光発電装置と負荷等との接続を示すブロック図である。
【図１６】本発明の請求項１２に係る太陽光発電装置のブロック図である。
【図１７】本発明の請求項１３に係る太陽光発電装置の個々の太陽電池本体に設けられた電荷移送回路の好適な例を示す回路図である。
【図１８】前記電荷移送回路の出力時の回路の接続状態を示す回路図である。
【図１９】前記電荷移送回路の出力に得られる接続先の系統（交流電源）の電圧変化に対する出力電流となるスイッチング周期毎の移送電荷量を示す模式図である。
【図２０】従来の太陽電池モジュールの回路図である。
【図２１】従来の典型的な太陽光発電装置の構成を示す図である。
【図２２】太陽電池の出力特性（出力電流Ｉ−出力電圧Ｖ曲線）を説明するための図である。
【図２３】太陽電池の出力特性（出力電力−出力電圧Ｖ曲線）を説明するための図である。
【図２４】複数の太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイを不均一日射条件下で動作させた場合の出力特性の複峰性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０、４０、４０ａ〜４０ｄ    太陽光発電装置
４４、４４ａ〜４４ｅ    電荷移送回路の制御部
４６    電圧計
５２    電流計
５４    温度検知素子
５５    発振器
ＣＯＮＶ、ＣＯＮＶａ〜ＣＯＮＶｅ、ＣＯＮＶａ’〜ＣＯＮＶｅ’    電荷移送回路
Ｄ、Ｄ１    ダイオード
Ｌ１、Ｌ２    コイル
ＰＶＭ、ＰＶＭａ〜ＰＶＭｅ    太陽電池モジュール
ＰＶＳ    ストリング
ＳＣ，ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，・・    太陽電池本体
ＳＷ１    第１半導体スイッチ素子
ＳＷ２    第２半導体スイッチ素子
Ｃ２〜Ｃ８    コンデンサ
８    制御部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・    電荷移送回路
Ｅ    太陽電池本体の出力電圧
ｆ    Ｃ２〜Ｃ８の充放電の周波数
Ｉｏ    各電荷移送回路の出力電流の共通の所定値
Ｉｏｘ    電荷移送回路の出力電流
Ｖｏ    負荷の端子電圧
Ｖｏｘ    電荷移送回路の出力電圧
Ｖｘ    最大電力点Ｐｍａｘの電圧
Ｍ１    最大電力点追従制御手段
Ｍ２    出力制御手段
Ｐｍａｘ    最大電力点
ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｇ    第１の半導体スイッチ素子群
ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｇ    第２の半導体スイッチ素子群
ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｆ    第３の半導体スイッチ素子群
ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｇ    第４の半導体スイッチ素子群
ＳＷ５ａ〜ＳＷ５ｇ    第５の半導体スイッチ素子群
ＳＷ６    第６の半導体スイッチ素子
ＳＷ７    第７の半導体スイッチ素子
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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