(57)【要約】【課題】  太陽光発電システムによる発電効率を向上することができるとともに、太陽電池セルの早期の劣化を防止できる太陽光発電制御装置を提供する。【解決手段】  太陽電池アレイを構成するクラスタ２群から構成されるストリング１のスイッチング部３の両端に加わる電位差が逆極性になったことをセンサ部６が検出すると、制御部８はスイッチング部３に線路４を遮断させる。また、各クラスタ２の両端間の電位差が所定の閾値を超えているときは、制御部１６はスイッチング部１２に線路１１Ａ、１１Ｂを遮断させ、前記電位差が前記閾値以下のときは、前記スイッチング１２部に前記線路１１Ａ、１１Ｂを導通させる。【選択図】  図１
2007059423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一または複数直列接続された太陽電池セルからなるクラスタの両端をバイパスする線路の途中に介挿されたスイッチング部と、
前記クラスタの両端間の電位差を検出するセンサ部と、
前記センサ部によって検出された電位差が所定の閾値を超えているときは、前記スイッチング部に前記線路を遮断させ、前記電位差が前記閾値以下のときは、前記スイッチング部に前記線路を導通させる制御部とを備えたことを特徴とする太陽光発電制御装置。
【請求項２】
単一または複数直列接続された太陽電池セルからなるクラスタで構成されるストリングの一端と直列に接続された線路の途中に介挿されたスイッチング部と、
前記線路のスイッチング部の両側における電位差を検出するセンサ部と、
前記センサ部によって検出された電位差の極性が通常と逆極性となったときに前記スイッチング部に前記線路を遮断させる制御部とを備えたことを特徴とする太陽光発電制御装置。  
【請求項３】
単一または複数直列接続された太陽電池セルからなるクラスタで構成されるストリングの一端と直列に接続された第１の線路の途中に介挿された第１のスイッチング部と、
前記第１の線路の第１のスイッチング部の両側における電位差を検出する第１のセンサ部と、
前記第１のセンサ部によって検出された電位差の極性が通常と逆極性となったときに前記第１のスイッチング部に前記第１の線路を遮断させる第１の制御部と、
前記ストリングを構成する各々のクラスタの両端をそれぞれバイパスする第２の線路の途中に介挿された第２のスイッチング部と、
これらの第２の線路の第２のスイッチング部の両側における電位差を各々検出する第２のセンサ部と、
前記第２のセンサ部によって検出された第２の線路の電位差が所定の閾値を超えているときは、第２のスイッチング部に当該線路を遮断させ、前記電位差が前記閾値以下の時は、前記第２のスイッチング部に当該線路を導通させる第２の制御部とを備えたことを特徴とする太陽光発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電システムにおける損失や劣化を抑えるための太陽光発電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な太陽光発電システムは、図４に示すように、太陽光のエネルギを電気エネルギに変換する太陽電池アレイ（太陽電池パネル）Ａ１とパワーコンディショナＡ２から構成されており、太陽電池アレイＡ１の出力はパワーコンディショナＡ２を介して調整されて負荷Ａ３に供給されるようになっている。
【０００３】
また、負荷Ａ３は、曇天時や夜間等のように、太陽電池アレイＡ１から必要な発電量が得られない場合には、商用電源Ａ４側から電力供給が行えるようになっている。
太陽電池アレイＡ１は、例えば、図５に示すように複数の太陽電池モジュールＡ５のストリング（直列接続）どうしをそれぞれ逆流防止ダイオードＡ６を介して並列に接続して構成されている。
【０００４】
また、それぞれの太陽電池モジュールＡ５は、図６に示すように複数直列に接続されたセルＡ７からなるクラスタＡ８どうしをさらに複数（同図の場合はクラスタ２つ）直列に接続して構成されている。また、それぞれのクラスタの両端にはバイパスダイオードＡ９が並列に接続されている。
【０００５】
ここで、太陽電池アレイの構成要素をクラスタ単位で捉えると、従来の太陽電池アレイは、複数のクラスタ群からなるストリングどうしがそれぞれ逆流防止ダイオードを介して複数並列接続されて構成されているとともに、それぞれのクラスタの両端にバイパスダイオードが並列に接続されている構造になっているものと見ることができる。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平５−３４３７２４号公報
【０００６】
このような多数のクラスタ群の直並列構造を有する太陽電池アレイにおいては、一部のクラスタが日陰に入った場合に、日陰になったクラスタには起電力は発生しなくなるが、バイパスダイオードを設けることによって、日陰のクラスタの前後で電流がバイパスダイオードを抜けて流れるようにし、当該クラスタの内部抵抗による損失を防止して一部のクラスタにかかる部分的な日陰による太陽電池アレイ全体に影響を及ぼす出力低下を回避するようにしている。
【０００７】
また、クラスタ群からなるストリングのそれぞれに組み込まれた逆流防止ダイオードによって、起電力が低下したストリングへ他のストリングから電流が逆流して出力損失が生じることを防止するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述したような従来の太陽光発電システムにおいては、使用されているバイパスダイオード自体が損失を有しているため、日陰となるクラスタが多数存在する場合には、これらのバイパスダイオードによる損失合計が大きくなる問題があった。
【０００９】
また、逆流防止ダイオードにおいても、バイパスダイオードと同様にそれ自体で損失が生じるが、従来の太陽光発電システムにおいては、日陰による出力低下のみに着目しており、このようなバイパスダイオードならびに逆流防止ダイオードの部分で生じる出力損失は設計上考慮されていなかったため、発電効率を高めることが困難となっていた。
【００１０】
図７は、従来の太陽光発電システムにおける、１つのストリングについての電流電圧特性を示すものであって、同図における曲線ａは、逆流防止ダイオードが無い場合の電流電圧特性を示している。これに対して、逆流防止ダイオードを組み込まれている場合には、電流電圧特性は同図の曲線ｂのようになり、ハッチングで示す部分の面積だけ出力損失が生じる。
【００１１】
一方、図８は、従来の太陽光発電システムにおける、太陽電池アレイ全体の電流電圧特性を示すものであって、同図における曲線ａは、日陰部分が無く、且つ、バイパスダイオードが組み込まれていない場合の電流電圧特性を示している。
【００１２】
これに対して、日陰部分があり且つバイパスダイオードが組み込まれている場合には、電流電圧特性は同図の曲線ｂのようになり、出力損失は、それぞれ異なる種類のハッチングで示すように、日陰による損失部分と、バイパスダイオードによる損失部分との和となる。
【００１３】
また、ダイオードの特性は、加えられる電圧（順方向電圧）が所定の閾値を超えたときに急激に電流が流れ始め、この閾値以下の電圧では、電流はほとんど流れず高い抵抗値を有するため、太陽電池モジュールの一部のクラスタが日陰に入っている場合、そのクラスタを構成するセルにより電流に制限かかかり、日陰のクラスタによる電流制限を回避するために、バイパスダイオードを経由して迂回する線路に電流が流れることになる。
【００１４】
しかしながら、バイパスダイオードに加わる順方向電圧が閾値を超えるまでは、日陰になって発電していないクラスタに電流が流れるため、このクラスタの太陽電池セルは発熱現象（ホットスポット現象）を起こし、この発熱によって熱損失を生じるとともに、クラスタを構成しているセルが早期に劣化してしまう問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、前述したような従来の太陽光発電システムにおけるバイパスダイオードや逆流防止ダイオードを使用することにより生じていた問題を解決し、太陽光発電システムによる発電効率を向上することができるとともに、太陽電池セルの早期の劣化を防止できる太陽光発電制御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】
【００１６】
前記目的のために提供される、本発明の太陽光発電制御装置の第１のものは、単一または複数直列接続された太陽電池セルからなるクラスタの両端をバイパスする線路の途中に介挿されたスイッチング部と、前記クラスタの両端間の電位差を検出するセンサ部と、前記センサ部によって検出された電位差が所定の閾値を超えているときは、前記スイッチング部に前記線路を遮断させ、前記電位差が前記閾値以下のときは、前記スイッチング部に前記線路を導通させる制御部とを備えたものである。
【００１７】
また、本発明の太陽光発電制御装置の第２のものは、単一または複数直列接続された太陽電池セルからなるクラスタで構成されるストリングの一端と直列に接続された線路の途中に介挿されたスイッチング部と、前記線路のスイッチング部の両側における電位差を検出するセンサ部と、前記センサ部によって検出された電位差の極性が通常と逆極性となったときに前記スイッチング部に前記線路を遮断させる制御部とを備えたものである。
【００１８】
さらに、本発明の太陽光発電制御装置の第３のものは、単一または複数直列接続された太陽電池セルからなるクラスタで構成されるストリングの一端と直列に接続された第１の線路の途中に介挿された第１のスイッチング部と、前記第１の線路の第１のスイッチング部の両側における電位差を検出する第１のセンサ部と、前記第１のセンサ部によって検出された電位差の極性が通常と逆極性となったときに前記第１のスイッチング部に前記第１の線路を遮断させる第１の制御部と、前記ストリングを構成する各々のクラスタの両端をそれぞれバイパスする第２の線路の途中に介挿された第２のスイッチング部と、これらの第２の線路の第２のスイッチング部の両側における電位差を各々検出する第２のセンサ部と、前記第２のセンサ部によって検出された第２の線路の電位差が所定の閾値を超えているときは、第２のスイッチング部に当該線路を遮断させ、前記電位差が前記閾値以下の時は、前記第２のスイッチング部に当該線路を導通させる第２の制御部とを備えたものである。
【００１９】
なお、ここでは、「クラスタ」という語は、単一のセル、もしくは、複数のセル（太陽光発電素子）のストリング（直列接続）からなる発電素子の構成単位という意味で用いている。したがって、一般に使用されている「太陽電池モジュール」という用語は、ここでいうクラスタを複数直列接続したものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明に係る太陽光発電制御装置によれば、従来の太陽光発電システムにおいて用いられていたバイパスダイオードに起因する発電電力の損失を回避することができ、発電効率を高めることができる。また、バイパスダイオードを用いた場合のような、日陰となった太陽電池セルの発熱による劣化の問題が生じないため、太陽光発電システムの性能を長期に亘って保持することができる。
【００２１】
また、請求項２の発明に係る太陽光発電制御装置によれば、従来の太陽光発電システムに用いられていた逆流防止ダイオードに起因する発電電力の損失を回避できる。
【００２２】
また、請求項３の発明の係る太陽光発電制御装置によれば、従来の太陽光発電システムの発電効率を低下させる原因の１つとなっていたダイオードを一切使用していないため、発電電力の損失を可及的に低減することができるとともに、太陽光発電システムの性能を長期に亘って保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の太陽光発電制御装置が設けられている太陽電池モジュール中の１つのストリングを示すものであって、ストリング１は、互いに直列接続された複数のクラスタ２の群から構成されているもので、図示は省略するが、これらのクラスタ２は、さらに、単一または複数直列接続された太陽電池セルから構成されている。
【００２４】
ストリング１の一端には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）で構成されたスイッチング部３を途中に有する線路４が直列に接続されている。前記線路４には、バイパス線路５Ａ、５Ｂを介して、スイッチング部３の両側における電位差を検出するセンサ部６が並列に接続されていて、センサ部６が検出した前記電位差は、信号線７を介して制御部８に入力されるようになっている。
【００２５】
制御部８は、本実施形態においては、マイクロコンピュータによって構成されていて、所定の時間間隔で信号線７を介してセンサ部６から送られてくる電位差データを監視しており、前記電位差の極性が通常の場合には、スイッチング部３はＯＮになっており、線路４は導通した状態にある。
【００２６】
一方、制御部８がセンサ部６が検出する電位差が通常と逆極性になったと判断した場合には、前記制御部８は信号線９を介してスイッチング部３にＯＦＦにする制御信号を送出し、その結果、線路４の導通は遮断される。
【００２７】
ここで、スイッチング部３、線路４、バイパス線路５Ａ、５Ｂ、センサ部６、信号線７、制御部８、および、信号線９によって、第１の太陽光発電制御装置１０が構成されている。この太陽光発電制御装置１０は、従来の太陽光発電システムにおいて各ストリング毎に組み込まれていた逆流防止ダイオードの役割を果たすものである。
【００２８】
図２は、太陽光発電制御装置１０が実行する処理のフローを示す図であって、太陽光発電制御装置１０が起動されると、その制御部８は、スイッチング部３をＯＦＦにする（ステップＳ１）。
【００２９】
この状態で、センサ部６は、前記スイッチング部３の両端間の電位差ΔＶ１を検出する（ステップＳ２）。次いで、制御部８では、前記電位差ΔＶ１が負値（逆極性）であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００３０】
その結果、制御部８は、ΔＶ１が負値でない、即ち正極性であると判断した場合には、スイッチング部４をＯＮに切り換え、線路４を導通させる（ステップＳ４）。その後、制御部８は、所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ５）、所定時間が経過するとスイッチング部４を再びＯＦＦに切り換え（ステップＳ１）、以後、ステップＳ２以降の動作を繰り返す。
【００３１】
なお、ここで所定時間経過後スイッチング部４をＯＦＦにする理由は、センサ部６でスイッチング部３の両端間の電位差がその後負値に変化したか否かを検出するためである。
【００３２】
一方、制御部８が、前記ステップＳ３でΔＶ１が負値、即ち逆極性になったと判断した場合には、ステップＳ１のスイッチング部３がＯＦＦの状態からステップＳ２以降を繰り返す。
【００３３】
また、それぞれのクラスタ２の両端には、バイパス線路１１Ａ、１１Ｂが接続されていて、それぞれのバイパス線路１１Ａ、１１Ｂの間にはスイッチング部１２が介挿されている。
【００３４】
これらのバイパス線路１１Ａ、１１Ｂ間には、スイッチング部１２と並列に、クラスタ２の両端間の電位差を検出するためのセンサ部１３が設けられている。本実施形態においては、スイッチング部１２は、前述したスイッチング部３と同様にＭＯＳＦＥＴ等で構成されている。
【００３５】
また、各々のクラスタ２に接続されているこれらのスイッチング部１２とセンサ部１３は信号線１４および信号線１５を介して制御部１６に接続されている。本実施形態においては、制御部１６は、前述した制御部８と同様にマイクロコンピュータによって構成されており、センサ部１３が出力するクラスタ２の両端間の電位差情報は信号線１４を介して制御部１６に送られる。
【００３６】
制御部１６はセンサ部１３から送られてくる電位差情報を所定時間間隔毎に監視していて、クラスタ２の両端間の電位差が所定の閾値を超えているときは、スイッチング部１２をＯＦＦにしてバイパス線路３を遮断させておく。
【００３７】
そして、当該クラスタ２が日陰等の原因で発電出力が低下し、前記電位差が当該閾値以下に低下すると、制御部１６は信号線１５を介してスイッチング部１２にＯＮにする指令信号を送出し、バイパス線路１１Ａ、１１Ｂ間を導通させる。
【００３８】
ここで、クラスタ２毎に付属するバイパス線路１１Ａ、１１Ｂ、スイッチング部１２、センサ部１３、信号線１４、１５、および制御部１６によって、第２の太陽光発電制御装置１７が構成されている。
【００３９】
次に、図３は、前述した第２の太陽光発電制御装置１７が実行する処理フローを示す図であって、太陽光発電制御装置１７が起動されると、その制御部１６は、スイッチング部１２をＯＦＦにする（ステップＳ１）。
【００４０】
この状態で、センサ部１３は、前記スイッチング部３の両端間の電位差ΔＶ２を検出する（ステップＳ２）。次いで、制御部１６では、前記電位差ΔＶ２が所定の電位差ΔＶ０（閾値）を超えているか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００４１】
そして、前記電位差ΔＶ２がΔＶ０を超えていると制御部１６が判断した場合には、再びステップＳ１以降を繰り返す。一方、前記電位差ΔＶ２がＶ０以下になった場合には、制御部１６は、スイッチング部１２をＯＮにし、バイパス線路１１Ａ、１１Ｂ間を導通させる（ステップＳ４）。
【００４２】
その後、制御部１６は、所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＳ５）、所定時間が経過するとスイッチング部１２を再びＯＦＦに切り換え（ステップＳ１）、以後、ステップＳ２以降の動作を繰り返す。
【００４３】
なお、ステップＳ１で所定時間経過後スイッチング部１２をＯＦＦにする理由は、センサ部１３でスイッチング部１２の両端間の電位差を検出するためである。
【００４４】
前述した実施形態においては、スイッチング部３およびスイッチング部１２は、ストリング１毎に、第１の太陽光発電制御装置１０と第２の太陽光発電制御装置１７の両方を設けており、このような実施形態においては、ダイオードを全く使用していないので、ダイオードに起因する発電効率の低下は完全に回避することができる。
【００４５】
しかしながら、効果は多少低減するが、第１の太陽光発電制御装置１０のみを組み込んで、第２の太陽光発電制御装置１７を組み込む代わりに、各クラスタ２には、従来のようにバイパスダイオードを並列接続した形態としてもよい。
【００４６】
また、クラスタ２毎に第２の太陽光発電制御装置１７を組み込み、クラスタ２の群からなるストリング１には第１の太陽光発電制御装置１０を組み込まずに従来のように逆流防止ダイオードを直列接続した形態としてもよい。
【００４７】
また、本実施形態においては、スイッチング部３とスイッチング部１２にはいずれも、ＭＯＳＦＥＴを用いているが、リレー等の他のスイッチング素子を用いて構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の太陽光発電制御装置は、建物の屋根等に設置される太陽電池アレイに組み込んで、発電効率の向上を図るために利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の１実施形態としての太陽光発電制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明の１実施形態における、第１の太陽光発電制御装置が実行する処理フローを示す図である。
【図３】本発明の１実施形態における、第２の太陽光発電制御装置が実行する処理フローを示す図である。
【図４】従来の一般的な太陽光発電システムの概略構成図である。
【図５】従来の太陽光発電システムにおける太陽電池アレイの概略構成図である。
【図６】図５に示す太陽電池モジュール内部の概略構成図である。
【図７】従来の太陽光発電システムにおける１つのストリングに関する電流電圧特性を示す図である。
【図８】従来の太陽光発電システムにおける太陽電池アレイ全体の電流電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１                    ストリング
２                    クラスタ
３                    スイッチング部
４                    線路
５Ａ、５Ｂ            バイパス線路
６                    センサ部
７                    信号線
８                    制御部
９                    信号線
１０                  （第１の）太陽光発電制御装置
１１Ａ、１１Ｂ        バイパス線路
１２                  スイッチング部
１３                  センサ部
１４、１５            信号線
１６                  制御部
１７                  （第２の）太陽光発電制御装置
【図１】
2007059423.tif 000003
【図２】
2007059423.tif 000004
【図３】
2007059423.tif 000005
【図４】
2007059423.tif 000006
【図５】
2007059423.tif 000007
【図６】
2007059423.tif 000008
【図７】
2007059423.tif 000009
【図８】
2007059423.tif 000010