(57)【要約】【課題】電力変換装置における変換効率の向上及びコンパクト化を実現する。【解決手段】太陽光発電パネル群を構成単位とする複数の電池ユニットＰ１，Ｐ２と、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２を並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチＳ３を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２を直列接続する回路を含み、各スイッチＳ１〜Ｓ３のオン／オフを選択することによって、複数の電池ユニットＰ１，Ｐ２を含む全体回路の接続構成を選択する接続装置２と、当該全体回路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３とを備えた電力変換装置１である。【選択図】図１
2012044833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電パネル群を構成単位とする複数の電池ユニットと、
並列接続用スイッチを介して各電池ユニットを並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチを介して各電池ユニットを直列接続する回路を含み、各スイッチのオン／オフを選択することによって、前記複数の電池ユニットを含む全体回路の接続構成を選択する接続装置と、
前記全体回路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
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記接続装置は、前記全体回路から出力される電圧を検知する電圧検知器を含み、検知した電圧に基づいて前記接続構成を選択する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数の電池ユニットを全て並列接続した状態での前記電圧が所定値より低いときは、前記複数の電池ユニットを直列接続する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記全体回路の出力電圧を平滑化するコンデンサを備え、前記電圧検知器は、当該コンデンサの両端電圧を検知する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数が４以上の偶数であるとき、前記接続装置は、複数の電池ユニットの接続構成として、全部並列接続、２以上の並列体を互いに直列接続、全部直列接続のいずれか１つを選択可能である請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
２つの電池ユニットを並列接続する回路と、当該２つの電池ユニットを直列接続する回路とは、互いに回路の一部を共用するブリッジ回路を構成する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
太陽光発電パネル群を構成単位とする複数の電池ユニットから、各電池ユニットの出力線が引き込まれる接続装置であって、
並列接続用スイッチを介して各電池ユニットを並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチを介して各電池ユニットを直列接続する回路を備え、
各スイッチのオン／オフを選択することによって、前記複数の電池ユニットを含む全体回路の接続構成を選択することを特徴とする接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電パネルを用いた電力変換装置及び、それに含まれる接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一般家庭用その他の小規模発電システムとして、屋根の上に載せた太陽光発電パネルで発電する太陽光発電システムが使用されている。図１２は、このような従来の太陽光発電システムにおける電力変換装置の主要部を示す回路図である（同様な回路は、例えば、特許文献１参照。）。図において、当該電力変換装置は、太陽光発電パネル群Ｐから出力される直流電圧を、昇圧コンバータ５で昇圧してからインバータ３によって交流に変換し、フィルタ４を介して商用交流に系統連系するよう構成されている。
【０００３】
太陽光発電パネル群Ｐは、セルを複数個直列に接続したストリングＳｔを、複数列並列に接続して構成されている。各ストリングＳｔには逆流防止用のダイオードＤｐが接続されている。例えば連系する系統電圧がＡＣ２００Ｖとすると、日照条件が良い場合に、太陽光発電パネル群ＰからＤＣ２００Ｖ前後の電圧を出力できるように、セル数が構成されている。
【０００４】
昇圧コンバータ５は、リアクトルＬ０、スイッチング素子Ｑ０、フリーホイーリングダイオードＤ０及び平滑用のコンデンサＣ１を図示のように接続して構成されている。スイッチング素子Ｑ０がオンのときにはリアクトルに電流が流れ、エネルギーが蓄えられる。このエネルギーは、スイッチング素子Ｑ０がオフになる瞬間に放出され、この時、太陽光発電パネル群Ｐから出力された直流電圧が例えば３００Ｖ以上にまで昇圧される。スイッチング周波数は例えば数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚであり、極めて高速なスイッチングが行われる。このような昇圧コンバータ５を用いることによって、太陽光発電パネル群Ｐの出力電圧が日照条件の悪化により低下したときでも、昇圧によって補うことができる。
【０００５】
昇圧された電圧は、平滑用のコンデンサＣ１を介して、インバータ３に供給される。インバータ３は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（ダイオードＤ１〜Ｄ４付き）によって構成され、直流電力から交流電力への変換を行う。また、インバータ３は、入力電圧が多少変動しても常に系統連系に必要な電圧を正確に出力すべく、図示しない制御装置によりＰＷＭ制御される。そして、インバータ３から出力される交流電圧は、フィルタ回路４で不要成分が取り除かれた後、交流系統に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３１６２８２号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような従来の電力変換装置では、昇圧コンバータ５において、リアクトルＬ０の巻線の銅損及びコアの鉄損が生じる。また、スイッチング素子Ｑ０がオンのときは、そのオン抵抗による損失が生じ、オフのときは、フリーホイーリングダイオードＤ０によって抵抗損失が生じる。さらに、スイッチングは、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの高周波で行われるので、スイッチング素子Ｑ０のスイッチング損失が相応に大きい。しかも、フリーホイーリングダイオードＤ０の電流値が０になった直後の逆回復電流によっても、スイッチング素子Ｑ０のスイッチング損失が増加する。このような損失によって、電力変換の変換効率が損なわれる。
【０００８】
一方、損失は熱になるので、放熱板や冷却ファン等、冷却のための部品・部材が必要であり、損失が大きいほど放熱板等も大きくなる。また、リアクトルは、比較的大きな部品である。このように、昇圧コンバータの存在が、小型化の妨げになっている。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、電力変換装置における変換効率の向上及びコンパクト化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の電力変換装置は、太陽光発電パネル群を構成単位とする複数の電池ユニットと、並列接続用スイッチを介して各電池ユニットを並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチを介して各電池ユニットを直列接続する回路を含み、各スイッチのオン／オフを選択することによって、前記複数の電池ユニットを含む全体回路の接続構成を選択する接続装置と、前記全体回路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備えたものである。
【００１０】
上記のように構成された電力変換装置では、電池ユニット同士の接続が固定的なものではなくなり、接続装置によって全体回路の接続構成を選択する（組み替える）ことができる。従って、電池ユニットの出力電圧に応じて、並列接続や直列接続を自在に使いこなすことにより、日照条件が悪くなっても、直列接続によって、インバータの入力として必要な所定値以上の電圧を出力することができる。このような構成には、変換効率を損なう高周波のスイッチング損失が無く、また、リアクトル自体が無い。
【００１１】
（２）また、上記（１）の電力変換装置において、接続装置は、全体回路から出力される電圧を検知する電圧検知器を含み、検知した電圧に基づいて接続構成を選択することが好ましい。
この場合、全体回路から出力される電圧に応じて、適時に、かつ、適切に、接続構成を選択することができる。
【００１２】
（３）また、上記（２）の電力変換装置において、複数の電池ユニットを全て並列接続した状態での電圧が所定値より低いときは、複数の電池ユニットを直列接続すればよい。
この場合、電池ユニットの電圧が所定値より低いときは直列接続に移行し、電圧が回復すれば並列接続に戻すようにすれば、日照条件が比較的悪くても必要な電圧を供給できることになり、電池ユニットの電圧供給能力を十分に発揮させることができる。
【００１３】
（４）また、上記（２）の電力変換装置において、全体回路の出力電圧を平滑化するコンデンサを備え、電圧検知器は、当該コンデンサの両端電圧を検知するようにしてもよい。
この場合、平滑化され、安定した電圧を検知対象として、正確な電圧検知を行うことができる。
【００１４】
（５）また、上記（１）の電力変換装置において、複数が４以上の偶数であるとき、接続装置は、複数の電池ユニットの接続構成として、全部並列接続、２以上の並列体を互いに直列接続、全部直列接続のいずれか１つを選択可能であるように構成してもよい。
この場合、全部並列から全部直列へ又はその逆に、一気に移行するのではなく、２以上の並列体を互いに直列接続するという途中の工程を選択することで、段階的に供給電圧を変化させることができる。
【００１５】
（６）また、上記（１）の電力変換装置において、２つの電池ユニットを並列接続する回路と、当該２つの電池ユニットを直列接続する回路とは、互いに回路の一部を共用するブリッジ回路を構成するものであってもよい。
この場合、回路の一部を共用することで、回路構成を節約することができる。
【００１６】
（７）一方、本発明は、太陽光発電パネル群を構成単位とする複数の電池ユニットから、各電池ユニットの出力線が引き込まれる接続装置であって、並列接続用スイッチを介して各電池ユニットを並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチを介して各電池ユニットを直列接続する回路を備え、各スイッチのオン／オフを選択することによって、前記複数の電池ユニットを含む全体回路の接続構成を選択することを特徴とする。
【００１７】
上記のように構成された接続装置では、電池ユニット同士の接続が固定的なものではなくなり、全体回路の接続構成を選択する（組み替える）ことができる。従って、電池ユニットの出力電圧に応じて、並列接続や直列接続を自在に使いこなすことにより、日照条件が悪くなっても、直列接続によって必要な所定値以上の電圧を出力することができる。このような構成には、変換効率を損なう高周波のスイッチング損失が無く、また、リアクトル自体が無い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の電力変換装置及び接続装置によれば、変換効率の向上及びコンパクト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】太陽光発電用として用いられる本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図２】２つの電池ユニットの接続の仕方の一例について示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態に係る電力変換装置における接続装置の回路図である。
【図４】第２実施形態に係る電力変換装置における接続装置の回路図（動作状態図）である。
【図５】第３実施形態に係る電力変換装置における接続装置の回路図である。
【図６】第３実施形態に係る電力変換装置における接続装置の回路図（動作状態図）である。
【図７】図６に示すような接続構成の選択をどのように行うかの一例を示すフローチャートである。
【図８】第４実施形態に係る電力変換装置における接続装置の回路図である。
【図９】第４実施形態に係る電力変換装置における接続装置の回路図（動作状態図）である。
【図１０】一般家庭用の、太陽光発電システムの概略構成を示す図である。
【図１１】一般家庭用の、太陽光発電システムの概略構成を示す図であり、図１０とは別の概略構成を示す図である。
【図１２】従来の太陽光発電システムにおける電力変換装置の主要部を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
《第１実施形態》
図１は、太陽光発電用として用いられる本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１の回路図である。図において、当該電力変換装置１は、太陽光発電パネル群の全体（全数）が２分割されて成る２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２から出力される直流電力を、インバータ３によって交流電力に変換し、フィルタ４を介して商用交流に系統連系するよう構成されている。
【００２１】
各電池ユニットＰ１，Ｐ２はそれぞれ、セルを複数個直列に接続したストリングＳｔを、複数列並列に接続して構成されている。各ストリングＳｔには逆流防止用のダイオードＤｐが接続されている。連系する系統電圧がＡＣ２００Ｖであるとすると、日照条件が良い場合に、各電池ユニットＰ１又はＰ２からそれぞれ、例えばＤＣ３００Ｖ以上の電圧を出力できるように、セル数が構成されている。系統電圧がＡＣ２００Ｖ（実効値）の場合は、波形の最大値としては２００×２１／２の約２８３Ｖであるから、インバータ３に入力する電圧は、それよりさらに高い電圧すなわち、ＤＣ３００Ｖ以上が必要という考え方になる。
【００２２】
２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２を介して並列に接続され得る状態にある。また、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２は、直列接続用スイッチＳ３を介して直列にも接続され得る状態にある。２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を並列接続する回路と、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を直列接続する回路とは、図示のように、互いに回路の一部を共用するブリッジ回路を構成している。このように回路の一部を共用することで、回路構成を節約することができる。なお、このブリッジ回路は、後述の他の実施形態においても共通の、回路構成上の基本パターンとなっている。
【００２３】
各スイッチＳ１〜Ｓ３は、半導体スイッチング素子を用いてもよいし、また、リレーの接点を用いてもよい。半導体スイッチング素子は寿命が長いが、若干のオン抵抗がある。逆に、リレーの接点は、寿命は比較的短いが、オン抵抗は半導体スイッチング素子に比べると非常に少ない。すなわち、一長一短があり、どちらを重視するかによって選択されるべきものである。これは、後述の他の実施形態においても同様である。
【００２４】
直列接続用スイッチＳ３がオフで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２がオンのときは、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２は互いに並列接続される。直列接続用スイッチＳ３がオンで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２がオフのときは、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２は互いに直列接続される。各スイッチＳ１〜Ｓ３のオン／オフ制御は、制御装置６によって行われる。
【００２５】
すなわち、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を全体としてどのような回路に構成するかを選択する接続装置２は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２を並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチＳ３を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２を直列接続する回路を含み、各スイッチＳ１〜Ｓ３のオン／オフを選択することによって、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を含む全体回路の接続構成を選択するように構成されている。なお、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を接続するブリッジ回路（スイッチＳ１〜Ｓ３を含む。）の他、スイッチＳ１〜Ｓ３を制御する制御装置６も接続装置２の一部を成すものである。また、後述の電圧検知器７も、スイッチＳ１〜Ｓ３を制御するための情報を取り込むセンサとして、接続装置２の一部となる。
【００２６】
２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２から出力される電圧は、平滑用のコンデンサＣ１を介して、インバータ３に供給される。このコンデンサＣ１の両端電圧は電圧検知器７により検知され、検知した電圧値が制御装置６に入力される。コンデンサＣ１への入力電圧は直流電圧であるが、日照による変動がある。そこで、コンデンサＣ１で平滑化され、安定した電圧を検知対象とすることで、正確な電圧検知を行うことができる。
【００２７】
インバータ３は、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（ダイオードＤ１〜Ｄ４付き）によって構成され、直流電力から交流電力への変換を行う。また、インバータ３は、入力電圧が多少変動しても常に系統連系に必要な電圧を正確に出力すべく、制御装置６によりＰＷＭ制御される。そして、インバータ３から出力される交流電圧は、リアクトルＬ１とコンデンサＣ１とによって構成されるフィルタ回路４で不要成分が取り除かれた後、交流系統に供給される。供給される電圧は、コンデンサＣ２の両端で電圧検知器８により検知され、検知された電圧値は制御装置６に入力される。上記ＰＷＭ制御は、電圧検知器７が検知するインバータ３への入力電圧と、最終的な出力電圧として電圧検知器８が検知する電圧とに基づいて、入力電圧が変動しても所定の出力電圧を出力するように行われる。
【００２８】
次に、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２の接続の仕方の一例について、図２のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートは、制御装置６が行う処理のうち、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２の接続に関する処理のみを示したものである。
【００２９】
図２において、電力変換装置１の運転開始により、まず、制御装置６は、スイッチＳ１，Ｓ２をオン、Ｓ３をオフにして、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を並列接続し、その状態でコンデンサＣ１の両端に現れる電圧を検知する（ステップ１０１）。そして、制御装置６は、電圧が所定値以上か否かを判定し（ステップ１０２）、所定値以上であれば並列接続を維持する。ここで、所定値とは、例えば３００Ｖである。日照条件の良い日中は、このように並列接続が維持される場合が多くなる。
【００３０】
一方、電圧が所定値に達しない場合は、制御装置６は、スイッチＳ１，Ｓ２をオフ、Ｓ３をオンにして、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を直列接続し、その状態でコンデンサＣ１の両端に現れる電圧を検知する（ステップ１０３）。そして、制御装置６は、電圧が所定値以上か否かを判定する（ステップ１０４）。ここで言う所定値も、ステップ１０２と同様であり、例えば３００Ｖである。
【００３１】
ここで、電圧が所定値以上であれば、ステップ１０６を経て直列接続が維持される。ステップ１０６では、電圧が高すぎるか否かの判定が行われる。これは、一旦直列接続した後に、日照が回復して電圧が例えば６００Ｖ以上になったとすると、これは直列接続する必要が無い（並列接続で足りる）状態であり、電圧が高すぎる状態である。そこで、制御装置６は、一旦直列接続した後に電圧が高すぎる状態になった場合にはステップ１０１の並列接続に戻る。
【００３２】
一方、もし、直列接続しても３００Ｖに満たない場合は系統連系できないので、運転停止となる（ステップ１０５）。例えば、日没によって光量が激減した場合や、日中でも厚い雲によって非常に暗くなった場合等に、この状態となる。但し、直列接続することによって電圧は１つの電池ユニットの倍になるので、並列接続では運転を維持できないときでも、所定値以上の電圧を出せる場合がある。すなわち、日照条件が比較的悪くても必要な電圧を供給できることになり、電池ユニットＰ１，Ｐ２の電圧供給能力を十分に発揮させることができる。
【００３３】
すなわち、上記のように構成された電力変換装置１では、電池ユニットＰ１，Ｐ２同士の接続が固定的なものではなくなり、接続装置２によって全体回路の接続構成を選択する（組み替える）ことができる。従って、電池ユニットＰ１，Ｐ２の出力電圧に応じて、並列接続や直列接続を自在に使いこなすことにより、日照条件が悪くなっても、直列接続によって、インバータの入力として必要な所定値以上の電圧を出力することができる。
【００３４】
このような構成には、変換効率を損なう高周波のスイッチング損失が無く、また、リアクトル自体が無いので、電力変換装置１における変換効率の向上及びコンパクト化を実現することができる。リアクトルが無いことは、コスト低減にも寄与する。なお、スイッチＳ１〜Ｓ３の動作回数は極めて少ない。従って、スイッチング損失は、昇圧コンバータのスイッチング素子に比べて極めて少なく、実質的に無視できる程度である。スイッチＳ１〜Ｓ３としてリレーの接点を使用すれば、スイッチング損失は発生せず、オン抵抗も非常に小さいので、特に変換効率の向上には好適である。
【００３５】
また、電圧検知器７の検知する電圧に基づいて直列／並列の選択を行うので、２つの電池ユニットＰ１，Ｐ２を含む全体回路から出力される電圧に応じて、適時に、かつ、適切に、接続構成を選択することができる。
【００３６】
次に、接続装置２の構成が第１実施形態とは異なる種々の実施形態について説明する。
《第２実施形態》
図３及び図４は、第２実施形態に係る電力変換装置における接続装置２の回路図である。図３において、本例では３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられている。
【００３７】
３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５を介して並列に接続され得る状態にある。また、３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３は、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６を介して直列にも接続され得る状態にある。
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６がオフで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５がオンのときは、３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３は互いに並列接続される(図４の（ａ）参照)。直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６がオンで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５がオフのときは、３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３は互いに直列接続される(図４の（ｂ）参照)。各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン／オフ制御は、制御装置６によって行われる。
【００３８】
すなわち、３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を全体としてどのような回路に構成するかを選択する接続装置２は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を直列接続する回路を含み、各スイッチＳ１〜Ｓ６のオン／オフを選択することによって、３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を含む全体回路の接続構成を選択するように構成されている。
【００３９】
このような接続装置２によれば、３つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を互いに直列接続することができるので、電圧を、１つの電池ユニットの３倍にまで昇圧することができる。例えば日照条件の悪化により１つの電池ユニットの電圧が１００Ｖに低下したとしても、直列接続により３００Ｖを出力し、系統連系を維持することができる。
なお、接続構成の選択については、第１実施形態における図２のフローチャートと同様に行うことができる。但し、第２実施形態の直列接続は３直列であるので、ステップ１０６（図２）における電圧は９００Ｖ以上となる。
【００４０】
《第３実施形態》
図５及び図６は、第３実施形態に係る電力変換装置における接続装置２の回路図である。図５において、本例では４つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が設けられている。
【００４１】
４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８を介して並列に接続され得る状態にある。また、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４は、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９を介して直列にも接続され得る状態にある。
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９がオフで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８がオンのときは、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４は互いに並列接続される(図６の（ａ）参照)。
【００４２】
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９のうちＳ３，Ｓ９のみがオフでＳ６はオン、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８がオンでＳ４，Ｓ５はオフのときは、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４は２並列の２直列すなわち、直並列接続される(図６の（ｂ）参照)。
また、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９が全てオンで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，S８が全てオフのときは、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４は互いに直列接続される(図６の（ｃ）参照)。各スイッチＳ１〜Ｓ９のオン／オフ制御は、制御装置６によって行われる。
【００４３】
すなわち、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４を全体としてどのような回路に構成するかを選択する接続装置２は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８を介して各電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を並列接続する回路、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８及び直列接続用スイッチＳ６を介して各電池ユニットＰ１〜Ｐ４を直並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９を介して各電池ユニットＰ１〜Ｐ４を直列接続する回路を含み、各スイッチＳ１〜Ｓ９のオン／オフを選択することによって、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４を含む全体回路の接続構成を選択するように構成されている。
【００４４】
このような接続装置２によれば、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４を互いに直列接続することができるので、電圧を、１つの電池ユニットの４倍にまで昇圧することができる。また、図６の（ｂ）に示すように４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４を直並列接続することができるので、電圧を、１つの電池ユニットの２倍に昇圧することもできる。４倍に昇圧すれば、例えば日照条件の悪化により１つの電池ユニットの電圧が７５Ｖに低下したとしても、直列接続により３００Ｖを出力し、系統連系を維持することができる。
【００４５】
図７は、図６に示すような接続構成の選択をどのように行うかの一例を示すフローチャートである。
図７において、電力変換装置１の運転開始により、まず、制御装置６は、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８をオン、Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９をオフにして、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４を並列接続し、その状態でコンデンサＣ１の両端に現れる電圧を検知する（ステップ２０１）。そして、制御装置６は、電圧が所定値以上か否かを判定し（ステップ２０２）、所定値以上であれば並列接続を維持する。ここで、所定値とは、例えば３００Ｖである。日照条件の良い日中は、このように並列接続が維持される場合が多くなる。
【００４６】
一方、電圧が所定値に達しない場合は、制御装置６は、スイッチＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ９をオフ、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８をオンにして、４つの電池ユニットＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を直並列接続し、その状態でコンデンサＣ１の両端に現れる電圧を検知する（ステップ２０３）。そして、制御装置６は、電圧が所定値以上か否かを判定する（ステップ２０４）。ここで言う所定値も、ステップ２０２と同様であり、例えば３００Ｖである。
【００４７】
ここで、電圧が所定値以上であれば、ステップ２０８を経て直並列接続が維持される。ステップ２０８では、電圧が高すぎるか否かの判定が行われる。これは、一旦直並列接続した後に、日照が回復して電圧が例えば６００Ｖ以上になったとすると、これは直並列接続する必要が無い（並列接続で足りる）状態であり、電圧が高すぎる状態である。そこで、制御装置６は、一旦直並列接続した後に電圧が高すぎる状態になった場合にはステップ２０１の並列接続に戻る。
【００４８】
一方、直並列接続しても電圧が所定値に達しない場合は、制御装置６は、スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８をオフ、Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９をオンにして、４つの電池ユニットＰ１〜Ｐ４を直列接続し、その状態でコンデンサＣ１の両端に現れる電圧を検知する（ステップ２０５）。そして、制御装置６は、電圧が所定値以上か否かを判定する（ステップ２０６）。ここで言う所定値も、ステップ２０２と同様であり、例えば３００Ｖである。
【００４９】
ここで、電圧が所定値以上であれば、ステップ２０９を経て直列接続が維持される。ステップ２０９では、電圧が高すぎるか否かの判定が行われる。これは、一旦直列接続した後に、日照が回復して電圧が例えば６００Ｖ以上になったとすると、これは直列接続する必要が無い（直並列接続で足りる）状態であり、電圧が高すぎる状態である。そこで、制御装置６は、一旦直列接続した後に電圧が高すぎる状態になった場合にはステップ２０３の直並列接続に戻る。
【００５０】
一方、もし、直列接続しても３００Ｖに満たない場合は系統連系できないので、運転停止となる（ステップ２０７）。例えば、日没によって光量が激減した場合や、日中でも厚い雲によって非常に暗くなった場合等に、この状態となる。但し、直並列接続することによって電圧は１つの電池ユニットの２倍になり、また、直列接続することによって電圧は１つの電池ユニットの４倍になるので、並列接続では運転を維持できないときでも、所定値以上の電圧を出せる場合がある。すなわち、日照条件が比較的悪くても必要な電圧を供給できることになり、電池ユニットＰ１〜Ｐ４の電圧供給能力を十分に発揮させることができる。また、全部並列から全部直列へ又はその逆に、一気に移行するのではなく、２並列体を互いに直列接続するという途中の工程を選択することで、段階的に供給電圧を変化させることができる。
【００５１】
《第４実施形態》
図８及び図９は、第４実施形態に係る電力変換装置における接続装置２の回路図である。図８において、本例では６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６が設けられている。なお、電池ユニットの個数は、４以上の場合には、直並列配置の便宜から、偶数が好ましい。
【００５２】
６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４を介して並列に接続され得る状態にある。また、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６は、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５を介して直列にも接続され得る状態にある。
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５が全てオフで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４が全てオンのときは、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６は互いに並列接続される。
【００５３】
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５のうちＳ３，Ｓ６，Ｓ１２，Ｓ１５がオフでＳ９のみがオン、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４がオンでＳ７，Ｓ８はオフのときは、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６は３並列の２直列で直並列接続される(図９の（ａ）参照)。
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５のうちＳ３，Ｓ９，Ｓ１５のみがオフでＳ６，Ｓ１２はオン、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１３，Ｓ１４がオンでＳ４，Ｓ５，Ｓ１０，Ｓ１１はオフのときは、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６は２並列の３直列で直並列接続される(図９の（ｂ）参照)。
【００５４】
直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５が全てオンで、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４が全てオフのときは、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６は互いに直列接続される。
【００５５】
すなわち、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６を全体としてどのような回路に構成するかを選択する接続装置２は、並列接続用スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４を介して各電池ユニットＰ１〜Ｐ６を並列接続する回路、図９の（ａ）、（ｂ）に示すように各電池ユニットＰ１〜Ｐ６を直並列接続する回路、及び、直列接続用スイッチＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５を介して各電池ユニットＰ１〜Ｐ６を直列接続する回路を含み、各スイッチＳ１〜Ｓ１５のオン／オフを選択することによって、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６を含む全体回路の接続構成を選択するように構成されている。
【００５６】
このような接続装置２によれば、６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６を互いに直列接続することができるので、電圧を、１つの電池ユニットの６倍にまで昇圧することができる。また、図９の（ａ）、（ｂ）に示すように６つの電池ユニットＰ１〜Ｐ６を２種類に直並列接続することができるので、電圧を、１つの電池ユニットの２倍又は３倍に昇圧することもできる。６倍に昇圧すれば、例えば日照条件の悪化により１つの電池ユニットの電圧が５０Ｖに低下したとしても、直列接続により３００Ｖを出力し、系統連系を維持することができる。
【００５７】
なお、接続構成の選択については、第３実施形態における図７のフローチャートと基本的には同様に行うことができる。但し、第４実施形態では直並列の処理が２種類あるので、その分のステップが同様に増加することになる。また、電圧が高すぎるか否かの判断における電圧は、全並列から全直列までの４段階の接続形態を、１段階下げても所定の電圧（３００Ｖ）を出力できるか、という観点で設定すればよい。
【００５８】
《その他》
図１０は、一般家庭用の、太陽光発電システムの概略構成を示す図である。屋根に設置される太陽電池モジュール２０は、上述の電池ユニット（太陽光発電パネル群）の集合体である。但し、ユニット内のダイオードＤｐ（図１）は、一般的には、接続箱４０内に集約して設けられる。この場合、電池ユニットは接続箱４０内で完成することになる。なお、上記各実施形態では、ダイオードＤｐも含めて電池ユニットとしているが、ダイオードＤｐは除いて太陽電池のみを電池ユニットであると考えてもよい。
接続箱４０は屋外に設置される場合が多い。この接続箱４０は、室内に設置されるパワーコンディショナ１０と接続されている。
【００５９】
パワーコンディショナ１０には図１のインバータ３、フィルタ回路４、制御装置６及び電圧検出器７，８が、搭載される。すなわち、上述の電力変換装置１の各部は、電源としての太陽電池モジュール２０と、接続箱４０と、パワーコンディショナ１０とに分散して設けられている。接続装置２は、接続箱４０及び／又はパワーコンディショナ１０に設けることができる。接続装置２には、各電池ユニットの出力線が引き込まれる。パワーコンディショナ１０において生成された所定の交流電圧（電力）は、分電盤３０に与えられ、商用交流系統に連系する。
【００６０】
図１１は、別の概略構成を示す図である。この構成は、図１０を接続箱分離型であるとすれば、接続箱一体型である。すなわち、接続箱がパワーコンディショナ１０と一体化され、屋外設置（屋内設置も可）されたものである。
【００６１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明は、昇圧コンバータに代わる接続装置２の構成を提案し、電力変換装置１における変換効率の向上及びコンパクト化を実現するものである。しかしながら、あえて、接続装置２とインバータ３との間に昇圧コンバータを使用することも可能である。この場合、直列接続と、昇圧コンバータとの併用によって、大幅に電圧を高めることができるので、従来は運転停止となる非常に弱い日照時でも、系統連系を維持することができるようになる。
【符号の説明】
【００６２】
１：電力変換装置
２：接続装置
３：インバータ
７：電圧検出器
Ｃ１：コンデンサ
Ｐ１〜Ｐ６：電池ユニット（太陽光発電パネル群）
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４：並列接続用スイッチ
Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５：直列接続用スイッチ
【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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