JP2012256092A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】出力損失を低減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】複数の太陽電池発電単位を並列接続し、各々の前記太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの総ケーブル長が一部又は全部異なる太陽光発電システムであって、電気抵抗率及び導体断面積の少なくとも一つが異なる複数種類の延長ケーブルを用いて、各々の前記太陽電池発電単位から並列接続点までの電力伝送経路の電気抵抗値を略同一にしている太陽光発電システム。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽光発電システムに関し、特に複数の太陽電池発電単位が並列接続されている太陽光発電システムに関する。

一般的な太陽光発電システムでは、各太陽電池発電単位に備わっているケーブルを各太陽電池発電単位の境界接続点にて各延長ケーブルと接続し、各延長ケーブルを並列接続点まで配線して並列接続し、当該並列接続点と最大出力動作点追尾（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）機能を有するパワーコンディショナの入力端とをケーブルで接続して、各太陽電池発電単位からの電力を当該パワーコンディショナに供給している。当該パワーコンディショナは、当該パワーコンディショナの入力端に供給される電力が最大となるようにＭＰＰＴ制御を行い、各太陽電池発電単位の動作電圧及び動作電流を決定している。

太陽電池発電単位は並列接続点に入力される個々の入力単位ごとに区分されるものである。太陽電池発電単位の具体的な構成は、太陽電池モジュール単体である場合、太陽電池モジュールを複数直列接続した太陽電池モジュールストリングである場合など太陽光発電システムの構成によって異なっている。また、並列接続点が複数存在する太陽光発電システムも多く存在する。

ここで、太陽電池発電単位が太陽電池モジュール単体である太陽光発電システムの一例を図１に示し、太陽電池発電単位が太陽電池モジュールストリングである太陽光発電システムの一例を図２に示し、並列接続点が複数存在し且つ太陽電池発電単位が複数種類存在する太陽光発電システムの一例を図３に示す。なお、図１〜３において、符号１は太陽電池発電単位を、符号２は太陽電池モジュールを、符号３は太陽電池発電単位に備わっているケーブルを、符号４は境界接続点を、符号５は延長ケーブルを、符号６は並列接続点を、符号７はＭＰＰＴ機能を有するパワーコンディショナを、符号８はケーブルを、符号９は太陽電池モジュールストリングを、符号１０は境界接続点兼並列接続点をそれぞれ示している。

米国特許出願公開第２００８／０２３６６４８号明細書 特開平７−４５８４７号公報

上述した構成の太陽光発電システムでは、各太陽電池発電単位及びＭＰＰＴ機能を有するパワーコンディショナの設置場所の制約によって定まる各太陽電池発電単位とＭＰＰＴ機能を有するパワーコンディショナとの物理的距離の制約から、各太陽電池発電単位から並列接続点までの距離は異なる場合がほとんどで、同種の延長ケーブルを使用する場合、その長さの違いによって各延長ケーブルの抵抗値が異なることになる。

各太陽電池発電単位における電流電圧特性が同じであっても、並列接続点における各太陽電池発電単位の電流電圧特性は、その延長ケーブルの抵抗値の違いによる電圧降下のために異なるものとなり、並列接続点における各太陽電池発電単位の最大出力動作点電圧も異なることとなる。

最大出力動作点電圧が異なる太陽電池発電単位を並列合成した場合（最大出力動作点電圧が異なる太陽電池発電単位の出力電圧を同一電圧値にし、最大出力動作点電圧が異なる太陽電池発電単位の出力電流を足し合わせた場合）、その並列合成後の電流電圧特性における最大出力動作点電圧は、必ずしも個々の太陽電池発電単位の最大出力動作点電圧に一致しない。

ここで、説明を簡単にするために、２つの太陽電池発電単位を並列接続する場合について考察する。

２つの太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの抵抗値が異なる場合の、並列接続点における電流電圧特性の一例を図４に示す。図４において、符号Ｔ１は最大出力がＰａ、最大出力動作点電圧がＶａである太陽電池発電単位１ａの電流電圧特性を、符号Ｔ２は最大出力がＰｂ、最大出力動作点電圧がＶｂである太陽電池発電単位１ｂの電流電圧特性を、符号Ｔ３は太陽電池発電単位１ａ及び太陽電池発電単位１ｂの並列合成後の電流電圧特性をそれぞれ示している。

太陽電池発電単位１ａと太陽電池発電単位１ｂとを並列合成した場合、その最大出力動作点電圧は、太陽電池発電単位１ａの最大出力動作点電圧Ｖａとも太陽電池発電単位１ｂの最大出力動作点電圧Ｖｂとも異なるＶｓとなる。

また、２つの太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの抵抗値が異なる場合の、並列接続点における出力電圧特性の一例を図５に示す。図５において、符号Ｔ４は太陽電池発電単位１ａの出力電圧特性を、符号Ｔ５は太陽電池発電単位１ｂの出力電圧特性を、符号Ｔ６は太陽電池発電単位１ａ及び太陽電池発電単位１ｂの並列合成後の出力電圧特性をそれぞれ示している。

太陽光発電システムのＭＰＰＴ機能を有するパワーコンディショナは、並列合成後の最大出力Ｐｓを得るために、並列合成後の最大出力動作点電圧Ｖｓで動作するようにＭＰＰＴ制御を行う。このとき、太陽電池発電単位１ａから得られる出力はＰａ’であり、太陽電池発電単位１ｂから得られる出力はＰｂ’であり、並列合成後の最大出力Ｐｓは出力Ｐａ’と出力Ｐｂ’との和になっている。

上述した通り並列合成後の最大出力動作点電圧Ｖｓは太陽電池発電単位１ａの最大出力動作点電圧Ｖａとも太陽電池発電単位１ｂの最大出力動作点電圧Ｖｂとも異なるため、並列合成後の最大出力動作点電圧Ｖｓにおける太陽電池発電単位１ａの出力Ｐａ’は太陽電池発電単位１ａの最大出力Ｐａよりも小さくなり、同様に、並列合成後の最大出力動作点電圧Ｖｓにおける太陽電池発電単位１ｂの出力Ｐｂ’は太陽電池発電単位１ｂの最大出力Ｐｂよりも小さくなる。

このように従来の一般的な太陽光発電システムでは、最適動作点のミスマッチが発生し、個々の太陽電池発電単位が有している発電能力を十分に発揮することができず、出力の損失が大きかった。

最適動作点のミスマッチによる損失を回避することができる太陽光発電システムとしては、例えば、個々の太陽電池モジュールごとにＭＰＰＴ制御を実施し、さらに個々の太陽電池モジュールの出力を昇圧または降圧して安定化する装置（レギュレータ）を設けるシステムが特許文献１で提案されている。しかしながら、特許文献１で提案されているシステムは、レギュレータを設けるため高価である、昇圧降圧時の変換損失が発生するなどの欠点を有している。

本発明は、上記の状況に鑑み、出力損失を低減することができる太陽光発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池発電単位を並列接続し、各々の前記太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの総ケーブル長が一部又は全部異なる太陽光発電システムであって、電気抵抗率及び導体断面積の少なくとも一つが異なる複数種類の延長ケーブルを用いて、各々の前記太陽電池発電単位から並列接続点までの電力伝送経路の電気抵抗値を略同一にする構成（第１の構成）としている。

上記第１の構成の太陽光発電システムにおいて、或る前記太陽電池発電単位ｋから前記並列接続点までの電力伝送経路の電気抵抗値をＲ_ｋとし、或る前記太陽電池発電単位ｋから前記並列接続点までの電力伝送経路として使用する延長ケーブルの種類をｎ（ｎは自然数）個とし、前記ｎ個の種類のうちｉ番目（ｉはｎ以下の任意の自然数）の延長ケーブルの電気抵抗率をρ_ｋｉ、ケーブル長をＬ_ｋｉ、導体断面積をＳ_ｋｉとした場合に、

である構成（第２の構成）にしてもよい。

上記第２の構成の太陽光発電システムにおいて、或る前記太陽電池発電単位ｋから前記並列接続点までの電力伝送経路として使用する延長ケーブルの総コストをＴＣとし、前記ｎ個の種類のうちｉ番目の延長ケーブルの単位長さあたりのコストをＣ_ｋｉとした場合に、

であり、前記総コストＴＣが最小となるように各ケーブル長Ｌ_ｋｉを決定する構成（第３の構成）としてもよい。

上記第３の構成の太陽光発電システムにおいて、延長ケーブルの最低必要長さを設定して、前記総コストＴＣが最小となるように各ケーブル長Ｌ_ｋｉを決定する構成（第４の構成）としてもよい。

上記第１〜４のいずれかの構成の太陽光発電システムにおいて、前記並列接続点までの距離が最も短い前記太陽電池発電単位に使用する延長ケーブルを１種類とする構成としてもよい。

本発明に係る太陽光発電システムによると、最適動作点のミスマッチが発生しないので、個々の太陽電池発電単位が有している発電能力を十分に発揮することができ、出力の損失を低減することができる。

太陽電池発電単位が太陽電池モジュール単体である太陽光発電システムの一例を示す図である。 太陽電池発電単位が太陽電池モジュールストリングである太陽光発電システムの一例を示す図である。 並列接続点が複数存在し且つ太陽電池発電単位が複数種類存在する太陽光発電システムの一例を示す図である。 ２つの太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの抵抗値が異なる場合の、並列接続点における電流電圧特性の一例を示す図である。 ２つの太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの抵抗値が異なる場合の、並列接続点における出力電圧特性の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの効果を説明するための図である。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。

本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの概略構成を図６に示す。図６に示す本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムは、３つの太陽電池発電単位、すなわち第１の太陽電池発電単位１−１、第２の太陽電池発電単位１−２、及び第３の太陽電池発電単位１−３を備えている。各太陽電池発電単位は並列接続点に入力される個々の入力単位ごとに区分されるものであり、例えば、太陽電池モジュール単体、太陽電池モジュールを複数直列接続した太陽電池モジュールストリング等で構成される。

第１の太陽電池発電単位１−１は１種類の延長ケーブルを用いて並列接続点６に接続される。すなわち、第１の太陽電池発電単位１−１に備わっているケーブル（不図示）が第１の太陽電池発電単位１−１の境界接続点４−１にて延長ケーブル５−１の一端と接続され、延長ケーブル５−１の他端が並列接続点６に接続される。なお、延長ケーブル５−１の電気抵抗率をρ_１１とし、延長ケーブル５−１のケーブル長さをＬ_１１とし、延長ケーブル５−１の導体断面積をＳ_１１とする。

第２の太陽電池発電単位１−２は２種類の延長ケーブルを用いて並列接続点６に接続される。すなわち、第２の太陽電池発電単位１−２に備わっているケーブル（不図示）が第２の太陽電池発電単位１−２の境界接続点４−２にて延長ケーブル５−２−１の一端と接続され、延長ケーブル５−２−１の他端が中継点１１−２にて延長ケーブル５−２−２の一端と接続され、延長ケーブル５−２−２の他端が並列接続点６に接続される。

中継点１１−２における延長ケーブル同士の接続方法としては、例えば、圧着スリーブによって延長ケーブル同士をかしめ、自己融着テープ、電気工事用ビニールテープによって養生する方法が挙げられる。他の接続方法としては、例えば、それぞれの延長ケーブル径に対応可能な接続コネクタを中継点の両端に設け、当該接続コネクタを用いて延長ケーブル同士を接続する方法或いは、内部に端子台を備える防水ボックスを中継点に設け、当該端子台を用いて延長ケーブル同士を接続する方法等が挙げられる。

なお、延長ケーブル５−２−１の電気抵抗率をρ_２１とし、延長ケーブル５−２−１のケーブル長さをＬ_２１とし、延長ケーブル５−２−１の導体断面積をＳ_２１とする。また、延長ケーブル５−２−２の電気抵抗率をρ_２２とし、延長ケーブル５−２−２のケーブル長さをＬ_２２とし、延長ケーブル５−２−２の導体断面積をＳ_２２とする。

第３の太陽電池発電単位１−３は３種類の延長ケーブルを用いて並列接続点６に接続される。すなわち、第３の太陽電池発電単位１−３に備わっているケーブル（不図示）が第３の太陽電池発電単位１−３の境界接続点４−３にて延長ケーブル５−３−１の一端と接続され、延長ケーブル５−３−１の他端が中継点１１−３−１にて延長ケーブル５−３−２の一端と接続され、延長ケーブル５−３−２の他端が中継点１１−３−２にて延長ケーブル５−３−３の一端と接続され、延長ケーブル５−３−３の他端が並列接続点６に接続される。

中継点１１−３−１における延長ケーブル同士の接続方法及び中継点１１−３−２における延長ケーブル同士の接続方法は、中継点１１−２における延長ケーブル同士の接続方法と同様である。

なお、延長ケーブル５−３−１の電気抵抗率をρ_３１とし、延長ケーブル５−３−１のケーブル長さをＬ_３１とし、延長ケーブル５−３−１の導体断面積をＳ_３１とする。また、延長ケーブル５−３−２の電気抵抗率をρ_３２とし、延長ケーブル５−３−２のケーブル長さをＬ_３２とし、延長ケーブル５−３−２の導体断面積をＳ_３２とする。また、延長ケーブル５−３−３の電気抵抗率をρ_３３とし、延長ケーブル５−３−３のケーブル長さをＬ_３３とし、延長ケーブル５−３−３の導体断面積をＳ_３３とする。

以下、延長ケーブル５−１のケーブル長さＬ_１１が３０ｍであり、延長ケーブル５−２−１のケーブル長さＬ_２１と延長ケーブル５−２−２のケーブル長さＬ_２２との合計が４５ｍであり、延長ケーブル５−３−１のケーブル長さＬ_３１と延長ケーブル５−３−２のケーブル長さＬ_３２と延長ケーブル５−３−３のケーブル長さＬ_３３との合計が６０ｍである場合を例に挙げて説明する。

図６に示す本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムでは、各太陽電池発電単位（第１の太陽電池発電単位１−１、第２の太陽電池発電単位１−２、第３の太陽電池発電単位１−３）から並列接続点６までの電気抵抗値を一致させるが、基準となる電気抵抗値を決める必要がある。太陽光発電システムとしては、最適動作点のミスマッチを除けば、各太陽電池発電単位から並列接続点までの電気抵抗値が低ければ低いほど出力は高くなるが、その分延長ケーブルの導体断面積は大きくなり、イニシャルコストが高くなるため、イニシャルコストも考慮したうえで導体断面積を選定する必要がある。

図６に示す本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムでは、並列接続点６までの距離が最も短い太陽電池発電単位に使用する延長ケーブルを１種類とし、その電気抵抗値を基準としている。このような構成にした理由は、導体断面積の小さいケーブルすなわちコストの安いケーブルを１種類使う場合において、並列接続点６までの距離が最も短い太陽電池発電単位に当該導体断面積の小さいケーブルを使用する方が、他の太陽電池発電単位に当該導体断面積の小さいケーブルを使用するよりも、ケーブル長が短くなり該導体断面積の小さいケーブルの電気抵抗値が低くなるので、最低限どの程度の導体断面積にすれば良いのかがわかりやすいためである。日本において商品化されているケーブルの導体断面積は、２ｍｍ^２、３．５ｍｍ^２、５．５ｍｍ^２、８ｍｍ^２などである。

並列接続点６までの距離が最も短い太陽電池発電単位である第１の太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための延長ケーブル５−１として、導体断面積Ｓ_１１が２ｍｍ^２であって、電気抵抗率ρ_１１が０．０１７１Ω・ｍｍ^２／ｍ（導体材質に銅を使用）であるケーブルを採用すると、延長ケーブル５−１のケーブル長さＬ_１１が３０ｍであるので、延長ケーブル５−１の電気抵抗値は０．２５６５Ωとなる。

次に、第２太陽電池発電単位１−２を並列接続点６に接続するための２種類の延長ケーブル（延長ケーブル５−２−１、延長ケーブル５−２−２）の仕様を決定する。２種類の延長ケーブルの導体材質として銅を使用する。したがって、延長ケーブル５−２−１の電気抵抗率ρ_２１、延長ケーブル５−２−２の電気抵抗率ρ_２１は共に０．０１７１Ω・ｍｍ^２／ｍとなる。また、コスト面を考慮し、導体断面積を小さくするため、延長ケーブル５−２−１の導体断面積Ｓ_２１を２ｍｍ^２とし、延長ケーブル５−２−２の導体断面積Ｓ_２２を３．５ｍｍ^２とする。そして、延長ケーブル５−２−１のケーブル長さＬ_２１と延長ケーブル５−２−２のケーブル長さＬ_２２との合計は上述の通り４５ｍである。したがって、第１太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルの電気抵抗値と、第２太陽電池発電単位１−２を並列接続点６に接続するための２種類の延長ケーブルの総電気抵抗値とを等しくするためには、以下の（１）式を満たす必要がある。

上記の（１）式を解くと、延長ケーブル５−２−１のケーブル長さＬ_２１は１０ｍとなる。これにより、延長ケーブル５−２−２のケーブル長さＬ_２２は３５ｍとなる。

次に、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための延長ケーブルの仕様を決定する。

まず、第２太陽電池発電単位１−２の場合と同様に２種類のケーブルを用いて、第１太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルの電気抵抗値と、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための２種類の延長ケーブルの総電気抵抗値とを等しくすることができるかを試みる。

コスト面を考慮し、導体断面積を小さくするため、延長ケーブル５−３−１の導体断面積Ｓ_３１を２ｍｍ^２とし、延長ケーブル５−３−２の導体断面積Ｓ_３２を３．５ｍｍ^２とする。そして、延長ケーブル５−３−１のケーブル長さＬ_３１と延長ケーブル５−３−２のケーブル長さＬ_３２との合計を６０ｍとする。このような設定の場合、第１太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルの電気抵抗値と、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための２種類の延長ケーブルの総電気抵抗値とを等しくするためには、以下の（２）式を満たす必要がある。

上記の（２）式を解くと、延長ケーブル５−３−１のケーブル長さＬ_３１は−１０ｍとなり、解がない。よって、さらに電気抵抗率の低い導体断面積５．５ｍｍ^２のケーブルを使用する必要がある。

＜第３の太陽電池発電単位に対応する延長ケーブルの仕様決定の第１実施例＞
圧着スリーブを利用した中継の場合、導体断面積が小さいケーブルから導体断面積が大きいケーブルへの中継、例えば導体断面積が２ｍｍ^２であるケーブルから、導体断面積が５．５ｍｍ^２であるケーブルへの中継が困難な場合がある。そのため、導体断面積を段階的に上げるようにして、中継を実施することを考えなければならない。太陽電池発電単位に備わっているケーブルと直接接続する延長ケーブルの導体断面積が２ｍｍ^２である場合を考え、導体断面積が３．５ｍｍ^２の延長ケーブル、導体断面積が５．５ｍｍ^２の延長ケーブルを順番に使用するものとする。すなわち、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するために、３種類の延長ケーブル（延長ケーブル５−３−１、延長ケーブル５−３−２、延長ケーブル５−３−３）を使用することにし、図６に示すように、２つの中継点１１−３−１及び１１−３−２を設けるようにする。

この場合、延長ケーブル５−３−１のケーブル長さＬ_３１と延長ケーブル５−３−２のケーブル長さＬ_３２と延長ケーブル５−３−３のケーブル長さＬ_３３との合計が６０ｍである。さらに中継点での接続作業性の悪化を防止するために、延長ケーブル５−３−１のケーブル長Ｌ_３１、延長ケーブル５−３−２のケーブル長Ｌ_３２、延長ケーブル５−３−３のケーブル長Ｌ_３３それぞれを１ｍ以上とする。但し、ここで設定した最短ケーブル長さ１ｍはあくまで一例であり、中継点での接続方法に応じて適切な値を最短ケーブル長さとして設定すればよい。例えば、０．１ｍに設定することも可能である。

第１太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルの電気抵抗値と、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための３種類の延長ケーブルの総電気抵抗値とを等しくするためには、以下の（３）式を満たす必要がある。

ここで、Ｌ_３１が１ｍ以上である条件を調べるために、上記の（３）式に対してＬ_３２＝６０−Ｌ_３１−Ｌ_３３を代入し計算すると、
Ｌ_３１＝０．４８４８×Ｌ_３３−１０≧１
となる。これにより、Ｌ_３３≧２２．７ｍとなる。

続いて、Ｌ_３２が１ｍ以上である条件を調べるために、上記の（３）式に対してＬ_３１＝６０−Ｌ_３２−Ｌ_３３を代入し計算すると、
Ｌ_３２＝７０−１．４８４８×Ｌ_３３≧１
となる。これにより、Ｌ_３３≦４６．４ｍとなる。

次に、ケーブルのコストを考える。ケーブルのコストはケーブル長に比例するものとし、導体断面積が２ｍｍ^２である延長ケーブルのケーブル長あたりのコスト、導体断面積が３．５ｍｍ^２である延長ケーブルのケーブル長あたりのコスト、導体断面積が５．５ｍｍ^２である延長ケーブルのケーブル長あたりのコストをそれぞれ１００、１７５、２７５とすると、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための３種類の延長ケーブル（延長ケーブル５−２−１、延長ケーブル５−２−２、延長ケーブル５−２−３）の総コストＴＣは以下の（４）式で表される。
ＴＣ＝１００×Ｌ_３１＋１７５×Ｌ_３２＋２７５×Ｌ_３３ ・・・（４）

上記の（４）式に対して、Ｌ_３１が１ｍ以上である条件を調べる際に求めたＬ_３１＝０．４８４８×Ｌ_３３−１０、及び、Ｌ_３２が１ｍ以上である条件を調べる際に求めたＬ_３２＝７０−１．４８４８×Ｌ_３３を代入し計算すると、
ＴＣ＝６３．６４×Ｌ_３３＋１１２５０
となる。この場合、ケーブル総コストＴＣは単調増加関数であるため、延長ケーブル５−２−３のケーブル長Ｌ_３３が小さいほどケーブル総コストＴＣが小さくなる。よって、Ｌ_３１が１ｍ以上である条件を満たした上でケーブル総コストＴＣが最小になるように、Ｌ_３３＝２２．７ｍと決定される。以上から、Ｌ_３１＝１ｍ、Ｌ_３２＝３６．３ｍとなる。

＜第３の太陽電池発電単位に対応する延長ケーブルの仕様決定の第２実施例＞
ここで、変形例として、第３の太陽電池発電単位１−３の延長ケーブル仕様を決めるにあたり、延長ケーブル５−３−１として、導体断面積が３．５ｍｍ^２であって、電気抵抗率ρ_１１が０．０１７１Ω・ｍｍ^２／ｍ（導体材質に銅を使用）であるケーブルを採用し、延長ケーブル５−３−２として、導体断面積が５．５ｍｍ^２であって、電気抵抗率ρ_１１が０．０２７Ω・ｍｍ^２／ｍ（導体材質にアルミニウムを使用）であるケーブルを採用し、延長ケーブル５−３−３として、導体断面積が８ｍｍ^２であって、電気抵抗率ρ_１１が０．０１７１Ω・ｍｍ^２／ｍ（導体材質に銅を使用）であるケーブルを採用する場合を考える。

第１太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルの電気抵抗値と、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための３種類の延長ケーブルの総電気抵抗値とを等しくするためには、以下の（５）式を満たす必要がある。

ここで、Ｌ_３１が１ｍ以上である条件を調べるために、上記の（５）式に対してＬ_３３＝６０−Ｌ_３１−Ｌ_３２を代入し計算すると、
Ｌ_３１＝−１．００８５×Ｌ_３２＋４６．６７≧１
となる。これにより、Ｌ_３２≦４５ｍとなる。

続いて、Ｌ_３３が１ｍ以上である条件を調べるために、上記の（５）式に対してＬ_３１＝６０−Ｌ_３２−Ｌ_３３を代入し計算すると、
Ｌ_３３＝０．００８５×Ｌ_３２＋１３．３３≧１
となる。これにより、Ｌ_３２≧−１４５０ｍとなり、実際には１ｍ以上であることから、Ｌ_３２≧１ｍとなる。

次に、ケーブルのコストを考える。ケーブルのコストはケーブル長に比例するものとし、アルミニウムケーブルのコストは銅ケーブルのコストの約１／３とした場合、導体断面積が３．５ｍｍ^２であって銅ケーブルである延長ケーブルのケーブル長あたりのコスト、導体断面積が５．５ｍｍ^２であってアルミニウムケーブルである延長ケーブルのケーブル長あたりのコスト、導体断面積が８ｍｍ^２であって銅ケーブルである延長ケーブルのケーブル長あたりのコストをそれぞれ１７５、９０、４００とすると、第３太陽電池発電単位１−３を並列接続点６に接続するための３種類の延長ケーブル（延長ケーブル５−２−１、延長ケーブル５−２−２、延長ケーブル５−２−３）の総コストＴＣは以下の（６）式で表される。
ＴＣ＝１７５×Ｌ_３１＋９０×Ｌ_３２＋４００×Ｌ_３３ ・・・（６）

上記の（６）式に対して、Ｌ_３１が１ｍ以上である条件を調べる際に求めたＬ_３１＝−１．００８５×Ｌ_３２＋４６．６７、及び、Ｌ_３３が１ｍ以上である条件を調べる際に求めたＬ_３３＝０．００８５×Ｌ_３２＋１３．３３を代入し計算すると、
ＴＣ＝−８３．０９×Ｌ_３２＋１３４９９
となる。この場合、ケーブル総コストＴＣは単調減少関数であるため、延長ケーブル５−２−３のケーブル長Ｌ_３２が大きいほどケーブル総コストＴＣが小さくなる。よって、Ｌ_３１が１ｍ以上である条件を満たした上でケーブル総コストＴＣが最小になるように、Ｌ_３２＝４５ｍと決定される。以上から、Ｌ_３１＝１ｍ、Ｌ_３３＝１４ｍとなる。

＜効果＞
図６に示す本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの効果について、上述した実施例１に基づいて図７を参照して説明をする。

図７において、符号Ｔ７は本発明を適用しなかった場合の並列接続点における第１の太陽電池発電単位１−１の出力電圧特性を、符号Ｔ８は本発明を適用しなかった場合の並列接続点における第２の太陽電池発電単位１−２の出力電圧特性を、符号Ｔ９は本発明を適用しなかった場合の並列接続点における第３の太陽電池発電単位１−３の出力電圧特性を、符号Ｔ１０は本発明を適用しなかった場合の各太陽電池発電単位の並列合成後の出力電圧特性をそれぞれ示している。

また、図７において、符号Ｔ１１は本発明を適用した場合の並列接続点における各太陽電池発電単位の出力電圧特性を、符号Ｔ１２は本発明を適用した場合の各太陽電池発電単位の並列合成後の出力電圧特性をそれぞれ示している。

本発明を適用せずに、導体断面積が２ｍｍ^２のケーブルを全ての延長ケーブルに採用した場合、並列接続点６からの距離の長い第２の太陽電池発電単位１−２及び第３の太陽電池発電単位１−３は、第１の太陽電池発電単位１−１に比べて延長ケーブルの電気抵抗値が高くなるため、抵抗損失により出力が低下する。これにより、並列接続点における各太陽電池発電単位の最大出力動作電圧値も一致しない（出力電圧特性Ｔ７〜Ｔ９参照）。

これに対して、本発明を適用した場合、各太陽電池発電単位から並列接続点６までの延長ケーブルの電気抵抗値が同一になるため、並列接続点における各太陽電池発電単位の電流電圧特性が一致し、並列接続点における各太陽電池発電単位の出力電圧特性が一致し、並列接続点における各太陽電池発電単位の最大出力動作電圧値及び太陽光発電システムの最大出力動作電圧値が同一になる（出力電圧特性Ｔ１１〜Ｔ１２参照）。これにより、最適動作点のミスマッチが発生しないので、個々の太陽電池発電単位が有している発電能力を十分に発揮することができ、出力の損失を小さくすることができる。

本発明を適用した場合、第２の太陽電池発電単位１−２及び第３の太陽電池発電単位１−３に関しては、本発明を適用しない場合と比べて、延長ケーブルの電気抵抗値を低くするために、導体断面積の大きいケーブルを選定しなければならないので、初期コストは増加することになる。

しかしながら、例えば、年間１００００ＫＷｈ発電する太陽光発電システムにおいて、本発明の適用によって１％発電量が増加して年間発電量が１００ＫＷｈ増加したとし、本発明の適用による初期増加コストが５００００円であったとすると、１ｋＷｈあたり４０円で売電できた場合、年間４０００円を得る事ができ、金利、物価上昇などを考慮しなければ初期増加コスト分は１２．５年で回収することができる。また、１ｋＷｈあたりの価値が増加すればさらに回収期間は短縮され、本発明によるメリットがより一層生かされることになる。

最大出力値の絶対値は、第１の太陽電池発電単位１−１に対応する延長ケーブルの電気抵抗値によって上下するが、第２の太陽電池発電単位１−２及び第３の太陽電池発電単位１−３の各電気抵抗値を、同一のケーブルを使用する場合に最も電気抵抗値の低くなる第１の太陽電池発電単位１−１にあわせる事で、延長ケーブルの電気抵抗値による損失も軽減される。

最大出力値の絶対値を上げるために、例えば、全ての延長ケーブルにコストの高い導体断面積が５．５ｍｍ^２のケーブルを使用することで、確かに絶対値は上げることはできるが、当該手法では最適動作点のミスマッチが発生してしまうため、初期増加コストに対する発電メリットは、当該手法よりも本発明を適用する方が大きい。

＜その他＞
なお、上記の説明においては、第１の太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルに、導体断面積２ｍｍ^２の銅ケーブルを使用したが、各太陽電池発電単位から並列接続点までの電気抵抗値が上述した例よりも低くしたい場合には、第１の太陽電池発電単位１−１を並列接続点６に接続するための１種類の延長ケーブルに、導体断面積３．５ｍｍ^２の銅ケーブルを使用することも可能である。この場合、基準となる電気抵抗値は０．１４６６Ωとなる。各太陽電池発電単位に対応する各延長ケーブルのケーブル長は、上述した例と同様の計算手法で再計算すればよい。

また、上記の説明においては、第１の太陽電池発電単位１−１に対応する延長ケーブルの総ケーブル長、第２の太陽電池発電単位１−２に対応する延長ケーブルの総ケーブル長、第３の太陽電池発電単位１−３に対応する延長ケーブルの総ケーブル長を全て異なるようにしたが、例えば、第２の太陽電池発電単位１−２に対応する延長ケーブルの総ケーブル長と第３の太陽電池発電単位１−３に対応する延長ケーブルの総ケーブル長とが等しくなり、各太陽電池発電単位に対応する延長ケーブルの総ケーブル長が一部のみ異なるようになっていても構わない。

１ 太陽電池発電単位
１−１ 第１の太陽電池発電単位
１−２ 第２の太陽電池発電単位
１−３ 第３の太陽電池発電単位
２ 太陽電池モジュール
３ 太陽電池発電単位に備わっているケーブル
４、４−１、４−２、４−３ 境界接続点
５、５−１、５−２−１、５−２−２、５−３−１、５−３−２、５−３−３ 延長ケーブル
６ 並列接続点
７ ＭＰＰＴ機能を有するパワーコンディショナ
８ ケーブル
９ 太陽電池モジュールストリング
１０ 境界接続点兼並列接続点
１１−２、１１−３−１、１１−３−２ 中継点

Claims (5)

1. 複数の太陽電池発電単位を並列接続し、
   各々の前記太陽電池発電単位から並列接続点までの延長ケーブルの総ケーブル長が一部又は全部異なる太陽光発電システムであって、
   電気抵抗率及び導体断面積の少なくとも一つが異なる複数種類の延長ケーブルを用いて、各々の前記太陽電池発電単位から並列接続点までの電力伝送経路の電気抵抗値を略同一にすることを特徴とする太陽光発電システム。
2. 或る前記太陽電池発電単位ｋから前記並列接続点までの電力伝送経路の電気抵抗値をＲ_ｋとし、或る前記太陽電池発電単位ｋから前記並列接続点までの電力伝送経路として使用する延長ケーブルの種類をｎ（ｎは自然数）個とし、前記ｎ個の種類のうちｉ番目（ｉはｎ以下の任意の自然数）の延長ケーブルの電気抵抗率をρ_ｋｉ、ケーブル長をＬ_ｋｉ、導体断面積をＳ_ｋｉとした場合に、
   

   

   であ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。
3. 或る前記太陽電池発電単位ｋから前記並列接続点までの電力伝送経路として使用する延長ケーブルの総コストをＴＣとし、
   前記ｎ個の種類のうちｉ番目の延長ケーブルの単位長さあたりのコストをＣ_ｋｉとした場合に、
   

   

   であり、前記総コストＴＣが最小となるように各ケーブル長Ｌ_ｋｉを決定す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。
4. 延長ケーブルの最低必要長さを設定して、前記総コストＴＣが最小となるように各ケーブル長Ｌ_ｋｉを決定す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。
5. 前記並列接続点までの距離が最も短い前記太陽電池発電単位に使用する延長ケーブルを１種類とすることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電システム。

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