(57)【要約】【課題】電力変換装置の耐圧を上げることなく太陽電池から出力される電力を変換することができる太陽光発電システムを提供する。【解決手段】昇圧チョッパ用リアクトル２の一端を太陽電池１の高電位出力端子に接続する。昇圧チョッパ用スイッチング素子Ｑ１の高電位端子をリアクトル２の他端と接続し、スイッチング素子Ｑ１の低電位端子を太陽電池１の低電位出力端子に接続する。太陽光発電システムが運転を停止している間、スイッチング素子Ｑ１をオンさせて太陽電池の両端を短絡し、太陽電池の両端に無負荷電圧が発生しないようにした状態から昇圧チョッパが動作を開始するようにしたものである。【選択図】図１
2013156733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置を備えた太陽光発電システムであって、
前記電力変換装置は、短絡手段によって前記太陽電池の両端を短絡している状態から、電力変換動作を開始することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項２】
前記太陽電池の短絡は、前記リアクトルを介して行われることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
【請求項３】
前記電力変換装置は、電力変換動作を行うためにオンオフするスイッチング素子を備えており、
前記短絡手段は前記スイッチング素子であることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項４】
前記電力変換装置は昇圧チョッパであり、
前記リアクトルは、その一端が前記太陽電池の高電位出力端子に接続される前記昇圧チョッパ用のリアクトルであって、
前記太陽電池を短絡するスイッチング素子は、その一端が前記リアクトルの他端に接続され、その他端が前記太陽電池の低電位出力端子に接続されている前記昇圧チョッパ用のスイッチング素子であることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
【請求項５】
前記太陽電池の両端を短絡するスイッチング素子は、ノーマリオン型のスイッチング素子であることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項６】
前記電力変換装置は、電力変換動作を行うためにオンオフするスイッチング素子と該スイッチング素子とは異なるスイッチ手段とを備えており、
前記スイッチ手段によって前記太陽電池の両端が短絡されることを特徴とする請求項２に記載の太陽光発電システム。
【請求項７】
前記電力変換装置は、その一端が前記太陽電池の高電位出力端子に接続されるリアクトルと、その一端が前記リアクトルの他端に接続され、その他端が前記太陽電池の低電位出力端子に接続されるスイッチング素子とからなる昇圧チョッパであり、
前記スイッチ手段は、前記昇圧チョッパ用のリアクトルを介して前記太陽電池を短絡することを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システム。
【請求項８】
前記スイッチ手段は、ノーマリオン型のスイッチ素子であることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項９】
前記昇圧チョッパは前記スイッチング素子と直列に接続される出力用ダイオードを備えており、
前記ダイオードと、このダイオードに接続されて前記昇圧チョッパから出力される電力を受電する回路との間に、前記昇圧チョッパの出力から前記回路を切り離すための開放手段を備えていることを特徴とする請求項４または請求項７のいずれかに記載の太陽光発電システム。
【請求項１０】
太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置を備えた太陽光発電システムであって、
前記電力変換装置は、前記リアクトル、インバータ、変圧器および整流回路を縦続接続してなり、
前記リアクトルは、前記太陽電池と前記インバータとの間に接続され、
前記インバータは、オンオフ動作するスイッチング素子を直列接続してなるスイッチングレグを少なくとも１つ備え、
前記スイッチングレグの高電位入力端子は、前記リアクトルを介して前記太陽電池の高電位出力端子に接続されるとともに、
前記スイッチングレグの低電位入力端子は、前記太陽電池の低電位出力端子と接続されており、
前記電力変換装置は、前記スイッチングレグの少なくとも１つで前記太陽電池の両端を短絡している状態から電力変換動作を開始することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１１】
前記太陽電池の両端を短絡するスイッチングレグは、ノーマリオン型のスイッチング素子で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電システム。
【請求項１２】
太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置を備えた太陽光発電システムであって、
前記電力変換装置は、前記リアクトル、インバータ、変圧器および整流回路を縦続接続してなるとともにスイッチ手段を備えており、
前記リアクトルは、前記太陽電池と前記インバータとの間に接続され、
前記インバータは、オンオフ動作するスイッチング素子を直列接続してなるスイッチングレグを少なくとも１つ備え、
前記スイッチングレグの高電位入力端子は、前記リアクトルを介して前記太陽電池の高電位出力端子に接続されるとともに、
前記スイッチングレグの低電位入力端子は、前記太陽電池の低電位出力端子と接続されており、
前記スイッチ手段は前記スイッチングレグと並列に接続されており、
前記電力変換装置は、前記スイッチ手段で前記太陽電池の両端を短絡している状態から電力変換動作を開始することを特徴とする太陽光発電システム。
【請求項１３】
前記スイッチ手段は、ノーマリオン型のスイッチング素子であることを特徴とする請求項１２に記載の太陽光発電システム。
【請求項１４】
前記太陽電池の両端は、前記電力変換装置が前記電力変換動作の運転を停止しているときにも、前記短絡手段によって短絡されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池で発電した電力を負荷や電力系統に給電する太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、自立運転を行う場合、太陽電池で発電した直流電力を所定電圧の直流電力または交流電力に変換して負荷に給電する。また、太陽光発電システムは、電力系統と連系して運転を行う場合、太陽電池で発電した直流電力を交流電力に変換して電力系統に給電する。
【０００３】
図６は、太陽電池の電流―電圧特性を説明するための図である。
図６（ａ）は、日射量に対する太陽電池の電流―電圧特性を示す図である。太陽電池は、日射量に応じた電流を発生する特性を有しており、日射量が多いほど発生電流が多い。
【０００４】
また、太陽電池は、出力電流が少ないときは端子電圧が高く、出力電流が多くなると端子電圧が低下する垂下特性を有している。そして、太陽電池の端子電圧が０［Ｖ］のとき、日射量に比例する短絡電流が太陽電池から流れる。太陽電池の端子電圧が０［Ｖ］となるのは、太陽電池の両端が短絡されているときである。また、太陽電池の出力電流が０［Ａ］のとき、太陽電池の端子電圧は、図６（ａ）に示す特性曲線上で最大となる。太陽電池の出力電流が０［Ａ］となるのは、太陽電池の両端が開放されているときである。このときの電圧を、太陽電池の開放電圧という。太陽電池の開放電圧は、日射量が多いほど高い。
【０００５】
図６（ｂ）は、温度に対する太陽電池の電流―電圧特性を示す図である。太陽電池の両端が短絡されているときの出力電流は、温度に関係なくほぼ同じ値である。一方、太陽電池の開放電圧は、温度が高くなるほど低い値となる。太陽電池の電圧の最高値は、太陽電池の温度が最低のときの開放電圧である。以下では、太陽光発電システムの環境温度が最低のときの太陽電池の開放電圧を、太陽電池の最高開放電圧という。
【０００６】
図６（ｃ）は、出力電圧に対する太陽電池の出力電力特性を示す図である。太陽電池の両端を短絡したとき、太陽電池の電圧は０[Ｖ]である。したがって、太陽電池の出力電力は０[Ｗ]である。また、太陽電池の両端を開放したとき、太陽電池の電流は０[Ａ]である。この場合も、太陽電池の出力電力は０[Ｗ]である。そして、太陽電池の出力は、太陽電池の電圧が０[Ｖ]と開放電圧の中間で最大となる。
【０００７】
太陽光発電システムは、太陽電池からできる限り多くの電力を取り出すように動作する。したがって、太陽光発電システムは、その出力が図６（ａ）〜（ｃ）に示す太陽電池の最大電力出力点に追従するように動作する。そのため、太陽光発電システムは、太陽電池で発電した電力を所望の電力に変換するための電力変換装置を備えている。この電力変換装置は、太陽電池の出力を所望の直流電力に変換するチョッパや、所望の交流電力に変換するインバータなどである。これらの電力変換装置は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子やコンデンサといった電気部品によってその主回路が構成されている。
【０００８】
スイッチング素子やコンデンサなどの電気部品は、耐圧を有している。耐圧は、印加される電圧がその電圧以下であれば故障に至ることがない電圧である。したがって、太陽電池に接続される電気部品は、太陽電池の最高開放電圧よりも高い耐圧を備えている必要があった。高い耐圧を有する電気部品で電力変換装置を構成することは、装置の大型化につながる。
【０００９】
このような課題を解決するため、特許文献１には、太陽電池の電圧を分圧するための抵抗回路を、インバータの入力回路に挿入する太陽光発電システムが開示されている。この特許文献によれば、太陽電池の開放電圧を抵抗回路で分圧してインバータに印加する。抵抗回路で分圧されてインバータに入力される電圧は、インバータの動作電圧相当の電圧に設定する。そうすると、インバータは、太陽電池の最高開放電圧以上の耐圧を備える必要はない。すなわち、インバータを構成する電気部品は、インバータの動作電圧に見合った耐圧を備えていれば良いことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３１２０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された太陽光発電システムでは、インバータの入力部に、複数の抵抗器からなる回路を挿設する必要がある。さらに、これらの抵抗器を短絡または開放するためのスイッチ回路を挿設する必要がある。したがって、このような太陽光発電システムは、装置が大型化するという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような太陽光発電システムが有している問題を解決しようとするものである。本発明の目的は、特別な部品を追加することなく、または最小限の部品の追加により、電力変換装置の動作電圧に見合った耐圧を有する電気部品を使用することができる太陽光発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】
【００１３】
上記目的を達成するための第１の発明は、太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置を備えた太陽光発電システムに係るものである。そして、この発明に係る電力変換装置は、短絡手段によって太陽電池の両端を短絡している状態から、その電力変換動作を開始することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽電池の短絡がリアクトルを介して行われることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明に係る太陽光発電システムにおいて、電力変換装置が電力変換動作を行うためにオンオフさせるスイッチング素子が、太陽電池を短絡する手段を兼ねていることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明に係る太陽光発電システムにおいて、電力変換装置を昇圧チョッパとすることを特徴とする。さらに、この発明は、太陽電池の短絡電流を流すリアクトルを、その一端が太陽電池の高電位出力端子に接続される昇圧チョッパ用のリアクトルとすることを特徴とする。さらにまた、この発明は、太陽電池を短絡するスイッチング素子を、その一端がリアクトルの他端に接続され、その他端が太陽電池の低電位出力端子に接続されている昇圧チョッパ用のスイッチング素子とすることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、第３または第４の発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽電池の両端を短絡するスイッチング素子を、ノーマリオン型のスイッチング素子とすることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、第２の発明に係る太陽光発電システムにおいて、電力変換装置が、電力変換動作を行うためにオンオフさせるスイッチング素子とは異なるスイッチ手段を備えていることを特徴とする。さらに、この発明は、このスイッチ手段によって太陽電池の両端を短絡することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、第６の発明に係る太陽光発電システムにおける電力変換装置が、リアクトルとスイッチング素子とからなる昇圧チョッパであることを特徴とする。昇圧チョッパのリアクトルはその一端が太陽電池の高電位出力端子に接続されている。昇圧チョッパのスイッチング素子は、その一端がリアクトルの他端に接続され、その他端が太陽電池の低電位出力端子に接続されている。そしてこの発明は、太陽電池を短絡するときに用いられるリアクトルが昇圧チョッパ用のリアクトルであることを特徴とする。さらにこの発明は、太陽電池を短絡するスイッチ手段が、昇圧チョッパ用スイッチング素子であることを特徴とする。
【００１９】
第８の発明は、第６または第７の発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽電池の両端を短絡するスイッチ手段が、ノーマリオン型のスイッチ素子であることを特徴とする。
【００２０】
第９の発明は、第４または第７の発明に係る太陽光発電システムにおいて、昇圧チョッパの出力用ダイオードと、このダイオードに接続されて昇圧チョッパから出力される電力を受電する回路との間に、昇圧チョッパの出力から回路を切り離すための開放手段を備えていることを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明は、太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置を備えた太陽光発電システムに係るものである。そして、電力変換装置がリアクトル、インバータ、変圧器および整流回路を縦続接続してなることを特徴とする。さらに、この発明は、リアクトルが太陽電池とインバータとの間に接続され、インバータがオンオフ動作するスイッチング素子を直列接続してなるスイッチングレグを少なくとも１つ備えていることを特徴とする。さらに、このスイッチングレグの高電位入力端子がリアクトルを介して太陽電池の高電位出力端子に接続されるとともに、スイッチングレグの低電位入力端子が太陽電池の低電位出力端子と接続されていることを特徴とする。さらに、この発明に係る電力変換装置は、スイッチングレグで太陽電池の両端を短絡している状態から電力変換動作を開始することを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明は、第１０の発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽電池の両端を短絡するスイッチングレグが、ノーマリオン型のスイッチング素子で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
第１２の発明は、太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置を備えた太陽光発電システムに係るものである。そして、電力変換装置がリアクトル、インバータ、変圧器および整流回路を縦続接続してなるとともにスイッチ手段を備えていることを特徴とする。さらに、この発明は、リアクトルが太陽電池とインバータとの間に接続され、インバータがオンオフ動作するスイッチング素子を直列接続してなるスイッチングレグを少なくとも１つ備えていることを特徴とする。さらに、このスイッチングレグの高電位入力端子がリアクトルを介して太陽電池の高電位出力端子に接続されるとともに、スイッチングレグの低電位入力端子が太陽電池の低電位出力端子と接続されており、スイッチ手段がスイッチングレグと並列に接続されていることを特徴とする。さらに、この発明に係る電力変換装置は、スイッチ手段で太陽電池の両端を短絡している状態から電力変換動作を開始することを特徴とする。
【００２４】
第１３の発明は、第１２の発明に係る太陽光発電システムにおいて、スイッチ手段がノーマリオン型のスイッチング素子であることを特徴とする。
第１４の発明は、第１から第１３の発明に係る太陽光発電システムにおいて、太陽電池の両端は、電力変換装置が電力変換動作の運転を停止しているときにも、スイッチング素子またはスイッチ手段によって短絡されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、太陽光発電システムにおいて、太陽電池の出力電力を一旦リアクトルに蓄えてから所望の電力に変換する電力変換装置が、太陽電池の両端を短絡して太陽電池に電流を流している状態から運転を開始する。このように電力変換装置を動作させることにより、太陽電池と接続される電力変換装置の入力回路に印加される電圧を、太陽電池の最高開放電圧よりも低い電圧とすることができる。
【００２６】
したがって、本発明に係る太陽光発電システムは、太陽電池と接続される回路に太陽電池の最高開放電圧よりも低い耐圧の電気部品を使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態を説明するための図である。
【図６】太陽電池の特性を説明するための図であり、（ａ）は日射量に対する太陽電池の電流―電圧特性を図である。（ｂ）は温度に対する太陽電池の電流―電圧特性を説明するための図である。（ｃ）は太陽電池の端子電圧に対する出力特性を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る太陽光発電システムの実施の形態を、図１〜図５を用いて詳細に説明する。なお、図１〜図５に示した太陽光発電システムは、電力系統に連系するためのシステムである。ただし、本発明に係る太陽光発電システムは、電力系統に連系するシステムに限られるものではない。例えば、本発明に係る太陽光発電システムは、電動機等の負荷を駆動するなど、自立して負荷に電力を給電するシステムであっても良い。
【００２９】
図１は、本発明に係る太陽光発電システムの第１の実施形態を説明するための図である。
この実施形態に係る太陽光発電システムは、太陽電池の出力電圧を所望の電力に変換する電力変換装置を、昇圧チョッパとするシステムである。
【００３０】
図において、符号１は太陽電池、符号２はリアクトル、符号３はチョッパ、符号４はコンデンサ、符号５はインバータ、符号６はフィルタ、符号７は系統連系用トランス、符号８は電力系統である。
【００３１】
チョッパ３は、ダイオードＤ１とスイッチング素子Ｑ１とを直列接続した回路である。図において、スイッチング素子Ｑ１はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）にダイオードを逆並列に接続した構成で示している。しかし、スイッチング素子Ｑ１は、このような構成に限られるものではない。スイッチング素子Ｑ１のＩＧＢＴ部分を高い周波数でオンオフすることができる他の半導体素子としても良い。
【００３２】
チョッパ３の接続中点と太陽電池１の高電位端子との間に、リアクトル２が接続される。チョッパ３の低電位端子は、太陽電池の低電位端子に接続される。さらに、チョッパ３の両端に、コンデンサ４が接続される。
【００３３】
スイッチング素子Ｑ１がオンしたとき、太陽電池１で発生した電流Ｉｐが、太陽電池１→リアクトル２→スイッチング素子Ｑ１→太陽電池１の経路で流れる。この電流Ｉｐがリアクトル２に流れることにより、太陽電池１で発生したエネルギーがリアクトル２に蓄えられる。このとき、太陽電池１から出力される電流Ｉｐは漸増する。一方、太陽電池１の電圧Ｖｐは、例えば図６（ａ）の特性に従って低下する。
【００３４】
なお、太陽電池は日射量に比例する電流を流す電流源であるため、その両端を短絡しても過大な電流は流れることはない。すなわち、太陽電池の両端を短絡することで、太陽光発電システムが故障に至ることはない。
【００３５】
次に、スイッチング素子Ｑ１がオフしたとき、リアクトル２に蓄えられたエネルギーが放出される。このとき、太陽電池１→リアクトル２→ダイオードＤ１→コンデンサ４→太陽電池１の経路で、電流Ｉｐが流れる。この電流Ｉｐによって、コンデンサ４が充電される。このとき、太陽電池１から出力される電流Ｉｐは漸減する。一方、太陽電池１の電圧Ｖｐは、例えば図６（ａ）の特性に従って上昇する。
【００３６】
チョッパ３は、スイッチング素子Ｑ１を高いスイッチング周波数でオンオフさせて、太陽電池１の出力が最大となるように動作する。したがって、太陽電池１の電圧は、０[Ｖ]から電流―電圧特性上の最大出力点となる電圧値の間で変化する。
【００３７】
また、チョッパ３は、スイッチング周波数の１周期内におけるオン期間とオフ期間の時比率を調整して、コンデンサ４の電圧Ｖｃを所望の定格電圧値に維持する。この定格電圧値は、太陽電池１の動作電圧よりも高く、太陽電池１の最高開放電圧よりも低い値に設定されている。
【００３８】
コンデンサ４には、スイッチング素子を直列接続してなるスイッチングレグで３相ブリッジを構成したインバータ５が接続されている。インバータ５の交流出力端子は、フィルタ６を介して、系統連系用トランス７の一次巻線に接続されている。系統連系用トランス７の二次巻線は、三相の電力系統８に接続されている。
【００３９】
インバータ５は、コンデンサ４に充電された電力を、電力系統の電圧に対応する交流電力に変換して出力する。インバータ５から出力される交流電力は、フィルタ６で高調波成分が除去される。高調波成分が除去された交流電力が、系統連系用トランス７で昇圧されて、電力系統８に給電される。
【００４０】
ところで、チョッパ３が太陽電池１で発生した電力をコンデンサ４に充電する電力変換動作を行っているとき、太陽電池１には常に電流Ｉｐが流れている。したがって、チョッパ３が動作しているとき、太陽電池１の電圧Ｖｐはコンデンサ４の電圧Ｖｃよりも低い値である。
【００４１】
一方、チョッパ３が電力変換動作を停止しているとき、太陽電池１には電流Ｉｐが流れない。このとき、太陽電池１の両端には、コンデンサ４の電圧Ｖｃよりも高い最高開放電圧が現れるおそれがある。そして、コンデンサ４は、この最高開放電圧に充電される。
【００４２】
そうすると、チョッパ３、コンデンサ４およびインバータ５の電気部品は、太陽電池１の最高開放電圧よりも高い耐圧を有するものでなければならない。高い耐圧の電気部品は、低い耐圧の電気部品に比べて大型になる。したがって、高い耐圧の電気部品を使用することは、太陽光発電システムの大型化を招くことになる。
【００４３】
そこで、本発明に係る太陽光発電システムでは、その運転を停止しているとき、スイッチング素子Ｑ１をオンさせておく。太陽光発電システムが運転を停止するのは、朝夕など日射量が少ないときや太陽光発電システムが故障しているときなどである。
【００４４】
太陽光発電システムが運転を停止しているとき、スイッチング素子Ｑ１がオンすると、太陽電池１→リアクトル２→スイッチング素子Ｑ１→太陽電池１の経路で、日射量に応じた電流Ｉｐが流れる。このとき、太陽電池１の電圧Ｖｐは略０[Ｖ]となる。
【００４５】
このようにすると、太陽光発電システムが運転を停止しているとき、チョッパ３、コンデンサ４およびインバータ５の電気部品に、太陽電池１の最高開放電圧が印加されることない。それゆえ、これらの電気部品には、コンデンサ４に充電される定格電圧に対応した耐圧を有する部品を使用することができる。
【００４６】
なお、太陽光発電システムが運転を開始するとき、インバータ５に順変換動作をさせて電力系統８からコンデンサ４に充電電力を供給し、コンデンサ４を充電する。または、別の充電回路によってコンデンサ４を充電するようにしても良い。
【００４７】
コンデンサ４は、太陽電池１の電圧Ｖｐよりも高い電圧に充電されるべきである。コンデンサ４の電圧Ｖｃが太陽電池１の電圧Ｖｐよりも高ければ、チョッパ３は、上述の時比率制御を行うことができる。
【００４８】
なお、スイッチング素子Ｑ１は、ノーマリオン型であるのが好適である。
ノーマリオン型のスイッチング素子Ｑ１は、オンオフ動作のための制御信号を喪失したとき、自らオン状態を維持することができる。すなわち、チョッパ３が故障したとき、チョッパ３、コンデンサ４およびインバータ５の電気部品に太陽電池の最高開放電圧が印加されるのを防止することができる。
【００４９】
次に、図２は、本発明に係る太陽光発電システムの第２の実施形態を説明するための図である。
この実施形態に係る太陽光発電システムは、第１の実施形態に係る太陽光発電システムと同様、太陽電池の出力電圧を所望の電力に変換する電力変換装置を、昇圧チョッパとする太陽光発電システムである。
【００５０】
しかし、この実施形態に係る太陽光発電システムは、第１の実施形態に係る太陽光発電システムに対して、スイッチング素子Ｑ１と並列にスイッチ手段９を接続している。スイッチ手段９は、半導体スイッチであっても、リレーなどの機械式スイッチであっても良い。
【００５１】
そして、太陽光発電システムが運転を停止しているとき、スイッチング素子Ｑ１はオフし、スイッチ手段９はオンしている。スイッチ手段９がオンすることにより、太陽電池１の電圧Ｖｃを略０[Ｖ]にするという第１の実施形態に係る太陽光発電システムと同様の効果を発揮することができる。
【００５２】
すなわち、太陽光発電システムが運転を停止しているとき、チョッパ３、コンデンサ４およびインバータ５の電気部品には、太陽電池１の開放電圧が印加されることない。それゆえ、これらの電気部品には、コンデンサ４に充電される定格電圧に対応した耐圧を有する部品を使用することができる。
【００５３】
なお、太陽光発電システムが運転を停止しているときにスイッチ手段９をオンする以外は、本実施形態に係る太陽光発電システムの動作は、第１の実施形態に係る太陽光発電システムの動作と同じである。
【００５４】
また、スイッチ手段９は、ノーマリオン型であるのが好適である。
ノーマリオン型のスイッチ手段９は、オンオフ動作のための制御信号を喪失したとき、自らオン状態を維持することができる。すなわち、太陽光発電システムが故障しても、チョッパ３、コンデンサ４およびインバータ５の電気部品に、太陽電池の最高開放電圧が印加されるのを防止することができる。
【００５５】
次に、図３は、本発明に係る太陽光発電システムの第３の実施形態を説明するための図である。
この実施形態に係る太陽光発電システムは、第１の実施形態に係る太陽光発電システムと同様、太陽電池の出力電力を所望の電力に変換する電力変換装置を、昇圧チョッパとする太陽光発電システムである。
【００５６】
しかし、この実施形態に係る太陽光発電システムは、第１の実施形態に係る太陽光発電システムに対して、チョッパ３とコンデンサ４との間にスイッチ手段９を設けている。スイッチ手段９は、半導体スイッチであっても、リレーなどの機械式スイッチであっても良い。
【００５７】
太陽光発電システムが運転を停止しているとき、スイッチング素子Ｑ１がオフすると、スイッチング素子Ｑ１には太陽電池１の最高開放電圧が印加されるおそれがある。したがって、スイッチング素子Ｑ１は、太陽電池１の最高開放電圧に見合った耐圧を有する必要がある。
【００５８】
そこで、太陽光発電システムが運転を停止しているとき、スイッチング素子Ｑ１はオフし、スイッチ手段９もオフする。スイッチ手段９はオフしているので、コンデンサ４とインバータ５の電気部品に太陽電池１の最高開放電圧は印加されることはない。したがって、コンデンサ４とインバータ５の電気部品には、コンデンサ４に充電される定格電圧に対応した耐圧を有する部品を使用することができる。
【００５９】
なお、スイッチ手段９は、太陽光発電システムが運転を停止しているときのみオフし、太陽光発電システムが運転を行うときはオンしている。このようにすれば、本実施形態に係る太陽光発電システムの電力変換動作を、第１の実施形態に係る太陽光発電システムの電力変換動作と同じにすることができる。
【００６０】
また、スイッチ手段９は、ノーマリオフ型であるのが好適である。
ノーマリオフ型のスイッチ手段９は、オンオフ動作のための制御信号を喪失したとき、自らオフ状態を維持することができる。すなわち、太陽光発電システムが故障しても、コンデンサ４とインバータ５の電気部品に太陽電池の開放電圧が印加されるのを防止することができる。
【００６１】
次に、図４は、本発明に係る太陽光発電システムの第４の実施形態を説明するための図である。
この実施形態に係る太陽光発電システムは、太陽電池の出力電力を所望の電力に変換する電力変換装置がＤＣＤＣコンバータである点で、第１の実施形態に係る太陽光発電システムと異なる。すなわち、この実施形態に係る太陽光発電システムは、第１の実施形態係る太陽光発電システムの昇圧チョッパ３の部分をＤＣＤＣコンバータ１０に置き換えている。そして、この実施形態に係る太陽光発電システムのその他の回路構成は、第１の実施形態係る太陽光発電システムの回路構成と同じである。
【００６２】
したがって、以下では、インバータ５が電力系統８と連系する動作の説明は省略する。
ＤＣＤＣコンバータ１０は、単相インバータと変圧器Ｔと整流回路とを備えている。
単相インバータは、スイッチング素子Ｑ１とＱ２とを直列接続した第１のスイッチングレグとスイッチング素子Ｑ３とＱ４とを直列接続した第２のスイッチングレグとからなる。第１と第２のスイッチングレグは、リアクトル２の一端と太陽電池１の低電位側端子との間に並列に接続されている。
【００６３】
整流回路は、ダイオードＤ１とＤ２とを直列接続し、ダイオードＤ３とＤ４とを直列接続してなるブリッジ回路である。整流回路の直流出力端子はコンデンサ４の両端に接続されている。
【００６４】
変圧器Ｔの一次巻線は、スイッチング素子Ｑ１とＱ２の接続中点と、スイッチング素子Ｑ３とＱ４の接続中点との間に接続されている。変圧器Ｔの二次巻線は、ダイオードＤ１とＤ２の接続中点と、ダイオードＤ３とＤ４の接続中点との間に接続されている。変圧器Ｔの一次巻線と二次巻線の比は、太陽電池１の電圧Ｖｐよりも少し高い電圧であって最高開放電圧よりも低い電圧とコンデンサ４に充電される定格電圧との比に設定されている。
【００６５】
ＤＣＤＣコンバータ１０の動作は、正電流モードと、負電流モードと、短絡モードの３つの動作モードからなる。正電流モードは、スイッチング素子Ｑ１とＱ４をオンするモードである。負電流モードは、スイッチング素子Ｑ２とＱ３をオンするモードである。短絡モードは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の全てをオンするモードである。
【００６６】
ＤＣＤＣコンバータ１０は、短絡モードを挟んで、正電流モードと負電流モードとを交互に繰り返す。ＤＣＤＣコンバータ１０は、正電流モードと負電流モードとの時比率を調整して、コンデンサ４の電圧Ｖｃを所望の定格電圧に維持する。
【００６７】
ＤＣＤＣコンバータ１０が短絡モードで動作するとき、太陽電池１で発生した電流Ｉｐが、太陽電池１→リアクトル２→第１と第２のスイッチングレグ→太陽電池１の経路で流れる。この電流Ｉｐがリアクトル２に流れることにより、太陽電池１で発生したエネルギーがリアクトル２に蓄えられる。
【００６８】
この短絡モードでは、太陽電池１の両端がリアクトル２を介して短絡されるため、太陽電池１から出力される電流Ｉｐは漸増する。一方、太陽電池１の電圧Ｖｐは、例えば図６（ａ）の特性に従って低下する。
【００６９】
このとき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加されている電圧は略０[Ｖ]である。
次に、ＤＣＤＣコンバータ１０が短絡モードから正電流モードに移行すると、太陽電池１で発生した電流Ｉｐが、太陽電池１→リアクトル２→スイッチング素子Ｑ１→変圧器Ｔの一次巻線→スイッチング素子Ｑ４→太陽電池１の経路で流れる。このとき、変圧器Ｔの二次側では、変圧器Ｔの二次巻線→ダイオードＤ１→コンデンサ４→ダイオードＤ４→変圧器Ｔの二次巻線の経路で電流が流れる。この電流によって、コンデンサ４が充電される。
【００７０】
この正電流モードでは、ダイオードＤ１とＤ４またはダイオードＤ２とＤ３が導通しているため、変圧器Ｔの二次巻線電圧Ｖ２はコンデンサ４の電圧Ｖｃにクランプされる。変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１は、二次巻線電圧Ｖ２を巻数比換算した電圧となる。コンデンサ４の電圧Ｖｃは定格電圧に維持されているため、変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１は、太陽電池１の電圧Ｖｐよりも高い電圧となる。
【００７１】
但し、太陽電池１とリアクトル２からなる直列回路の電圧は、変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１と略同じ電圧であるため、オフ状態にあるスイッチング素子Ｑ２とＱ３にそれぞれの耐圧を超える電圧が印加されることはない。
【００７２】
次に、ＤＣＤＣコンバータ１０が正電流モードから短絡モードに移行すると、太陽電池１で発生した電流Ｉｐが、太陽電池１→リアクトル２→第１と第２のスイッチングレグ→太陽電池１の経路で流れる。この電流Ｉｐがリアクトル２に流れることにより、太陽電池１で発生したエネルギーがリアクトル２に蓄えられる。
【００７３】
この短絡モードでは、太陽電池１の両端がリアクトル２を介して短絡されるため、太陽電池１から出力される電流Ｉｐは漸増する。一方、太陽電池１の電圧Ｖｐは、例えば図６（ａ）の特性に従って低下する。
【００７４】
このとき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加されている電圧は略０[Ｖ]である。
次に、ＤＣＤＣコンバータ１０が短絡モードから負電流モードに移行すると、太陽電池１で発生した電流Ｉｐが、太陽電池１→リアクトル２→スイッチング素子Ｑ３→変圧器Ｔの一次巻線→スイッチング素子Ｑ２→太陽電池１の経路で流れる。このとき、変圧器Ｔの二次側では、変圧器Ｔの二次巻線→ダイオードＤ３→コンデンサ４→ダイオードＤ２→変圧器Ｔの二次巻線の経路で電流が流れる。この電流によって、コンデンサ４が充電される。
【００７５】
この負電流モードでは、ダイオードＤ２とＤ３が導通しているため、変圧器Ｔの二次巻線電圧Ｖ２はコンデンサ４の電圧Ｖｃにクランプされる。変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１は、二次巻線電圧Ｖ２を巻数比換算した電圧となる。コンデンサ４の電圧Ｖｃは定格電圧に維持されているため、変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１は、太陽電池１の電圧Ｖｐよりも高い電圧となる。
【００７６】
このモードにおける変圧器Ｔの一次巻線電圧と二次巻線電圧は、正電流モードのときの変圧器Ｔの一次巻線電圧と二次巻線電圧と逆極性の電圧となる。
但し、太陽電池１とリアクトル２からなる直列回路の電圧は、変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１と略同じ電圧であるため、オフ状態にあるスイッチング素子Ｑ１とＱ４にそれぞれの耐圧を超える電圧が印加されることはない。
【００７７】
ＤＣＤＣコンバータ１０は、短絡モードを挟んで正電流モードと負電流モードとを交互に繰り返して、太陽電池１の出力が最大となるように動作する。したがって、太陽電池１の電圧は、０[Ｖ]から電流―電圧特性上の最大出力点となる電圧値の間で変化する。いずれのモードにおいても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に太陽電池１の最高開放電圧が印加されることはない。
【００７８】
また、太陽光発電システムが運転を停止しているとき、第１のスイッチングレグと第２のスイッチングレグの両方またはいずれかの直列接続されたスイッチング素子は、オン状態に維持される。太陽光発電システムが運転を停止するのは、朝夕など日射量が少ないときや太陽光発電システムが故障しているときなどである。
【００７９】
太陽光発電システムが運転を停止しているとき、第１のスイッチングレグと第２のスイッチングレグの両方またはいずれかの直列接続されたスイッチング素子がオンすると、太陽電池１→リアクトル２→スイッチング素子Ｑ１→太陽電池１の経路で電流Ｉｐが流れる。太陽電池１には常に日射量に応じた電流Ｉｐが流れているため、太陽電池１の電圧Ｖｐは略０[Ｖ]となる。
【００８０】
このようにすると、太陽光発電システムが運転を停止しているときも、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に太陽電池１の最高開放電圧が印加されることはない。それゆえ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１に対応した耐圧を有する部品を使用することができる。
【００８１】
なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ノーマリオン型であるのが好適である。
ノーマリオン型のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、オンオフ動作のための制御信号を喪失したとき、自らオン状態を維持することができる。すなわち、太陽光発電システムが故障しても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に太陽電池の最高開放電圧が印加されるのを防止することができる。
【００８２】
次に、図５は、本発明に係る太陽光発電システムの第５の実施形態を説明するための図である。
この実施形態に係る太陽光発電システムは、第４の実施形態に係る太陽光発電システムと同様、太陽電池の出力電力を所望の電力に変換する電力変換装置を、ＤＣＤＣコンバータ１０とするシステムである。
【００８３】
しかし、この実施形態に係る太陽光発電システムは、第４の実施形態に係る太陽光発電システムに対して、第１と第２のスイッチングレグと並列にスイッチ手段９を接続している。スイッチ手段９は、半導体スイッチであっても、リレーなどの機械式スイッチであっても良い。
【００８４】
そして、この実施形態に係る太陽光発電システムは、運転を停止しているとき、第１と第２のスイッチングレグはオフし、スイッチ手段９がオンする点で、第４の実施形態に係る太陽光発電システムと異なる。
【００８５】
太陽光発電システムが運転を停止しているとき、スイッチ手段９がオンすれば、太陽電池１の電圧Ｖｐを略０[Ｖ]にするという第４の実施形態に係る太陽光発電システムと同様の効果を発揮することができる。
【００８６】
すなわち、太陽光発電システムが運転を停止しているとき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、太陽電池１の最高開放電圧が印加されることない。それゆえ、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４には、変圧器Ｔの一次巻線電圧Ｖ１に対応した耐圧を有する部品を使用することができる。
【００８７】
なお、本実施形態に係る太陽光発電システムの動作は、太陽光発電システムが運転を停止しているときにスイッチ手段９をオンする以外は、第４の実施形態に係る太陽光発電システムの動作と同じである。
【００８８】
また、スイッチ手段９は、ノーマリオン型であるのが好適である。
ノーマリオン型のスイッチ手段９は、オンオフ動作のための制御信号を喪失したとき、自らオン状態を維持することができる。すなわち、太陽光発電システムが故障しても、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に太陽電池の最高開放電圧が印加されるのを防止することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１・・・太陽電池、２・・・リアクトル、３・・・チョッパ、４・・・コンデンサ、５・・・インバータ、６・・・フィルタ、７・・・系統連系用トランス、８・・・電力系統、９・・・スイッチ、１０・・・ＤＣＤＣコンバータ。
【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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【図６】
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