JP4985795B2 - Solar power generation apparatus and solar power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池を直列に接続した太陽光発電装置及び太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a solar power generation apparatus and a solar power generation system in which solar cells are connected in series.
太陽光発電装置は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するもので、CO2を発生しないクリーンエネルギーとして注目されている。
太陽電池の単位セル(太陽電池素子)あたりの発生電圧は1V以下と低いため、複数の太陽電池素子を直列に接続したブロックを直並列に接続する。
The solar power generation device converts solar energy into electric energy, and has attracted attention as clean energy that does not generate CO2.
Since the generated voltage per unit cell (solar cell element) of the solar battery is as low as 1 V or less, blocks in which a plurality of solar cell elements are connected in series are connected in series and parallel.
直列に接続された太陽電池素子の一部が影に隠れると、その太陽電池素子は発電できないだけでなく、高抵抗となる。この場合には、直列に接続された太陽電池素子の全ての発電エネルギーの回収効率が低下する。 When a part of the solar cell elements connected in series is hidden in the shadow, the solar cell element cannot only generate power but also has high resistance. In this case, the recovery efficiency of all the power generation energy of the solar cell elements connected in series is lowered.
このため、太陽電池素子(単セル)又は数セルに対して並列にダイオードを接続し、発電エネルギーを高抵抗となる太陽電池素子から迂回させ、全体の発電エネルギーの回収効率を改善している。 For this reason, a diode is connected in parallel to the solar cell element (single cell) or several cells, and the generated energy is diverted from the high-resistance solar cell element, thereby improving the recovery efficiency of the entire generated energy.
図4は従来の太陽光発電装置の一例を示す回路構成図である(特許文献1)。図4に示す太陽光発電装置は、3つの太陽電池素子1が直列に接続された直列回路とこの直列回路の両端に並列に接続されたダイオード2(迂回ダイオード)とにより太陽電池ブロック3を構成している。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an example of a conventional solar power generation device (Patent Document 1). The solar power generation device shown in FIG. 4 comprises a
この太陽電池ブロック3を直列に接続して構成された太陽光発電装置4は、負荷5に対して電力を供給する。負荷5は、蓄電池又は系統連係インバータなどにより構成され、発電されたエネルギーの蓄積や交流系統に回生する。
The solar
また、図5に示すように、太陽光発電装置4−1〜4−nをダイオード6−1〜6−nを介して負荷5に並列に接続することにより、図4に示す太陽光発電装置よりもさらに高出力を得ることもできる。
Moreover, as shown in FIG. 5, the solar power generation device shown in FIG. 4 is connected by connecting the solar power generation devices 4-1 to 4-n in parallel to the
しかしながら、3つの太陽電池素子1の直列回路に並列にダイオード2を接続する図4に示す太陽光発電装置では、ダイオード2の電圧降下による発熱が大きく、この発熱がシステム全体の効率を低下させていた。
However, in the photovoltaic power generation apparatus shown in FIG. 4 in which the
また、太陽光発電装置4−1〜4−nを並列に接続する図5に示す太陽光発電装置では、ダイオード2のバイパスする数によって、それぞれの太陽光発電装置の発電電圧にばらつきが生ずる。
Moreover, in the solar power generation device shown in FIG. 5 in which the solar power generation devices 4-1 to 4-n are connected in parallel, the generated voltage of each solar power generation device varies depending on the number of
この場合、最大発電電圧を発生する太陽光発電装置によって、最小発電電圧の太陽光発電装置の出力電力が低下し、太陽光発電システム全体の発電効率が低下していた。 In this case, the output power of the solar power generation device having the minimum power generation voltage is reduced by the solar power generation device that generates the maximum power generation voltage, and the power generation efficiency of the entire solar power generation system is reduced.
本発明は、迂回ダイオードによる損失を低減させるとともに、システム全体の発電効率を向上することができる太陽光発電装置及び太陽光発電システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a photovoltaic power generation apparatus and a photovoltaic power generation system that can reduce loss due to a bypass diode and improve the power generation efficiency of the entire system.
前記課題を解決するために、請求項1の発明は、直列に接続された1以上の太陽電池素子と前記1以上の太陽電池素子に並列に接続されるとともに太陽光が照射されているときにオフし且つ前記太陽光が照射されているときにオンする半導体スイッチとから構成される複合素子を、複数個直列に接続してなり、前記半導体スイッチは、ノーマリオン型のスイッチからなり、前記半導体スイッチのゲート−ソース間に第2太陽電池素子を接続してなることを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention of
本発明によれば、1以上の太陽電池素子に並列に接続された半導体スイッチは、太陽光が照射されているときにオフし、太陽光が照射されていないときにオンするので、半導体スイッチのオン電圧は、迂回ダイオードの順方向電圧Vfよりも電圧降下が小さいため、1以上の太陽電池素子をバイパスする際の損失を低減できる。 According to the present invention, a semiconductor switch connected in parallel to one or more solar cell elements is turned off when sunlight is irradiated and turned on when sunlight is not irradiated. Since the on-voltage has a smaller voltage drop than the forward voltage Vf of the bypass diode, it is possible to reduce loss when bypassing one or more solar cell elements.
以下、本発明の太陽光発電装置及び太陽光発電システムの実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the photovoltaic power generation apparatus and the photovoltaic power generation system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は実施例1の太陽光発電装置を示す回路構成図である。図1に示す実施例1の太陽光発電装置4aは、3つの太陽電池素子1が直列に接続された直列回路と、この直列回路の両端にドレイン−ソースが接続された半導体スイッチ7と、半導体スイッチ7のゲートとソースとの間に接続された太陽電池素子1aとにより太陽電池ブロック3aを構成し、太陽電池ブロック3aを複数個直列に接続して構成されている。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram illustrating the photovoltaic power generation apparatus according to the first embodiment. 1 includes a series circuit in which three
半導体スイッチ7は、窒化ガリウム(GaN),炭化ケイ素(SiC)などのワイドバンドギャップ半導体からなるノーマリオン型のスイッチからなり、太陽光が照射されているときにオフし、太陽光が照射されていないときにオンする。
The
なお、GaN,SiCなどのワイドバンドギャップ半導体の代わりに、GaNによる高電子移動度トランジスタ(HEMT;High Electron Mobility Transistor)を用いても良い。 Note that a GaN high electron mobility transistor (HEMT) may be used instead of a wide band gap semiconductor such as GaN or SiC.
次に、このように構成された実施例1の太陽光発電装置の動作を説明する。太陽光が太陽電池素子1に照射されていないときには、太陽電池素子1に電圧が発生し、半導体スイッチ7のゲート−ソース間は、略零であるので、半導体スイッチ7はオンする。
Next, operation | movement of the solar power generation device of Example 1 comprised in this way is demonstrated. When the
一方、太陽光が太陽電池素子1に照射されたときには、半導体スイッチ7のゲート−ソース間に陰極電圧が印加されるため、半導体スイッチ7はオフになる。このため、太陽電池素子1の発電電力が出力される。
On the other hand, when the
このように実施例1の太陽光発電装置によれば、半導体スイッチ7は、太陽光が照射されているときにオフし、太陽光が照射されていないときにオンするので、図2に示すように、半導体スイッチ7のオン電圧Von7は、迂回ダイオード2の順方向電圧Vf2よりも電圧降下が小さいため、1以上の太陽電池素子1をバイパスする際の損失を低減できる。
Thus, according to the solar power generation device of Example 1, the
また、半導体スイッチ7をオフさせるために、ゲート電圧をマイナス電位にするのみで、ゲート駆動損失を発生せず、太陽光発電時の効率を低下させない。
Further, in order to turn off the
即ち、ダイオード2を使用していた従来の太陽光発電装置に比較して、半導体スイッチ7によるバイパス回路の抵抗が小さいため、太陽電池素子1が日陰などで隠れたときでも、太陽光発電システム全体に与える影響は少ない。
That is, since the resistance of the bypass circuit by the
図3は実施例2の太陽光発電システムを示す回路構成図である。図3に示す太陽光発電システムは、太陽光発電装置4a−1〜4a−4をダイオード6−1〜6−4を介して負荷5に並列に接続することにより構成されている。なお、太陽光発電装置の並列数は4個に限定されるものではない。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram illustrating the photovoltaic power generation system according to the second embodiment. The solar power generation system shown in FIG. 3 is configured by connecting solar
太陽光発電装置4a−1〜4a−4の各々は、3つの太陽電池素子1が直列に接続された直列回路と、この直列回路の両端にドレイン−ソースが接続された半導体スイッチ7と、半導体スイッチ7のゲートとソースとの間に接続された太陽電池素子1aとにより太陽電池ブロック3a−1〜3a−4を構成し、太陽電池ブロック3a−1〜3a−4を複数個直列に接続して構成されている。
Each of the solar
太陽光発電装置4a−1〜4a−4の各々には、直列に電流検出抵抗8−1〜8−4(検出部)が接続されている。電流検出抵抗8−1〜8−4で検出された電流信号は制御回路10に入力される。
Current detection resistors 8-1 to 8-4 (detection units) are connected in series to each of the solar
なお、太陽光発電装置4a−1〜4a−4に流れる電流を検出する代わりに、太陽光発電装置4a−1〜4a−4の電圧を検出しても良い。
実施例2では、制御回路10に最も近い太陽電池ブロック3a−1〜3a−4内の半導体スイッチ7−1〜7−4のゲートとソースとは制御回路10に接続されている。
In addition, you may detect the voltage of solar
In the second embodiment, the gates and sources of the semiconductor switches 7-1 to 7-4 in the
制御回路10は、複数の電流検出抵抗8−1〜8−4から複数の電流を入力して比較し、複数の電流値に基づいて、複数の電流値の内の最も小さい電流値を除く残りの電流値に対応する太陽光発電装置内の半導体スイッチ7のゲートとソースとの間に制御信号を印加することにより、その半導体スイッチ7をオンさせる。
The
又は、制御回路10は、太陽発電装置4a−1〜4a−4の電圧を入力して比較し、複数の電圧値に基づいて、複数の電圧値の内の最も小さい電圧値を除く残りの電圧値に対応する太陽光発電装置内の半導体スイッチ7のゲートとソースとの間に制御信号を印加することにより、その半導体スイッチ7をオンさせる。
Alternatively, the
次に、このように構成された実施例2の太陽光発電システムの動作を説明する。 Next, operation | movement of the solar energy power generation system of Example 2 comprised in this way is demonstrated.
まず、複数の電流検出抵抗8−1〜8−4により複数の太陽光発電装置4a−1〜4a−4に流れる電流が検出され、これらの電流は制御回路10に入力される。
First, currents flowing through the plurality of solar
制御回路10は、複数の電流検出抵抗8−1〜8−4からの複数の電流値に基づいて、複数の電流値の内の最も小さい電流値、例えば電流検出抵抗8−1を流れる最も小さい電流値を除く残りの各電流値に対応する太陽光発電装置3a−2〜3a−4内の半導体スイッチ7−2〜7−4のゲートとソースとの間に制御信号を印加することにより、ゲートとソースとの間を略零にして、その半導体スイッチ7−2〜7−4をオンさせる。このため、太陽光発電装置3a−2〜3a−4の電圧が太陽光発電装置3a−1の電圧に揃うように近づけられる。
Based on the plurality of current values from the plurality of current detection resistors 8-1 to 8-4, the
即ち、各太陽光発電装置4a−1〜4a−4の発電量を比較し、発電量の多い太陽光発電装置の一部の太陽電池ブロックを短絡し、端子電圧を低下させる。太陽光発電装置の端子電圧を低下させることにより、各ライン電圧を揃えて発電電圧の低い太陽光発電装置からの発電量を得ることで、発電電圧の低い太陽光発電装置以外の発電量の低下分を差し引いても、発電電圧の低い太陽光発電装置のラインからの発電量の方が上回る条件において半導体スイッチ7をオンさせることで、太陽光発電システム全体の発電効率を向上することができる。
なお、本発明は実施例1及び実施例2の太陽光発電装置及び太陽光発電システムに限定されるものではない。例えば、半導体スイッチ7のゲートとソースとの間にコンデンサや抵抗を挿入して、半導体スイッチ7のオン・オフに対する時定数やしきい値を調整することもできる。
That is, the power generation amount of each of the solar
In addition, this invention is not limited to the solar power generation device and solar power generation system of Example 1 and Example 2. For example, it is possible to adjust a time constant and a threshold value for turning on / off the
本発明は、蓄電池、インバータなどに適用可能である。 The present invention is applicable to storage batteries, inverters, and the like.
1,1a 太陽電池素子
2 ダイオード
3,3a,3a−1〜3a−4 太陽電池ブロック
4,4a,4−1〜4−n 太陽光発電装置
5 負荷
6−1〜6−n ダイオード
7,7−1〜7−4 ノーマリオン型のスイッチ
8−1〜8−4 電流検出抵抗
10 制御回路
1,1a Solar cell element
2
7,7-1 to 7-4 Normally-on type switch
8-1 to 8-4
Claims (2)
前記半導体スイッチは、ノーマリオン型のスイッチからなり、前記半導体スイッチのゲート−ソース間に第2太陽電池素子を接続してなることを特徴とする太陽光発電装置。 One or more solar cell elements connected in series and the one or more solar cell elements are connected in parallel and turned off when sunlight is irradiated and turned on when the sunlight is not irradiated the composite element composed of a semiconductor switch, Ri Na connected to each other in series,
The said semiconductor switch consists of a normally-on type switch, and connects a 2nd solar cell element between the gate-source of the said semiconductor switch, The solar power generation device characterized by the above-mentioned.
前記複数の太陽光発電装置に対応して設けられ、前記複数の太陽光発電装置の電流又は電圧を検出して複数の検出信号を出力する複数の検出部と、A plurality of detection units provided corresponding to the plurality of solar power generation devices, detecting currents or voltages of the plurality of solar power generation devices and outputting a plurality of detection signals;
前記複数の検出部からの複数の検出信号に基づき、前記複数の太陽光発電装置の内の1以上の前記半導体スイッチをオンさせる制御回路と、Based on a plurality of detection signals from the plurality of detection units, a control circuit for turning on one or more of the semiconductor switches in the plurality of photovoltaic power generation devices,
を備えることを特徴とする太陽光発電システム。A photovoltaic power generation system comprising:
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