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JP4915821B2 - Solar power system - Google Patents

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JP4915821B2 JP2009065127A JP2009065127A JP4915821B2 JP 4915821 B2 JP4915821 B2 JP 4915821B2 JP 2009065127 A JP2009065127 A JP 2009065127A JP 2009065127 A JP2009065127 A JP 2009065127A JP 4915821 B2 JP4915821 B2 JP 4915821B2
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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

本発明は、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの個別の発電状態の確認や故障診断の機能を備えた太陽光発電システムに関し、また、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮することのできる太陽光発電システムに関する。   The present invention relates to a photovoltaic power generation system having functions of confirming individual power generation states and failure diagnosis of solar cell modules constituting a solar cell array, and some of the solar cell modules have shades of failures and obstacles. The present invention relates to a photovoltaic power generation system capable of maximizing the power generation capacity of the entire system even when the output is reduced due to the above.

現在、太陽光発電の技術分野においては、エネルギー変換効率の高い太陽電池セルやパワーコンディショナの開発に力が注がれている。しかしながら、実際に使用される太陽光発電システムは、複数の太陽電池セルを連結した太陽電池モジュールを多数縦横に配列して構成されている太陽電池アレイと、パワーコンディショナとを統合したシステムであるため、今後は、太陽光発電システム全体のシステム効率を向上させることを考慮したシステム開発が望まれている。   Currently, in the technical field of photovoltaic power generation, efforts are being made to develop solar cells and power conditioners with high energy conversion efficiency. However, the solar power generation system actually used is a system in which a solar battery array configured by arranging a large number of solar battery modules in which a plurality of solar battery cells are connected vertically and horizontally and a power conditioner are integrated. Therefore, in the future, it is desired to develop a system in consideration of improving the system efficiency of the entire photovoltaic power generation system.

そこで、従来においても、例えば、特許文献1に記載されているように、主太陽電池の他に補助太陽電池を複数個設けて太陽電池アレイを構成し、これらの補助太陽電池の出力から主太陽電池の日照条件を把握して主太陽電池の出力を最大にする制御を行う太陽光発電システムが提案されている。   Therefore, conventionally, as described in Patent Document 1, for example, a plurality of auxiliary solar cells are provided in addition to the main solar cell to form a solar cell array, and the main solar cell is output from the output of these auxiliary solar cells. There has been proposed a solar power generation system that performs control for maximizing the output of the main solar battery by grasping the sunshine conditions of the battery.

特開平09−252539号公報JP 09-252539 A

さまざまな環境に設置される太陽光発電システムにおいては、周囲の障害物により、太陽電池アレイの一部が日陰に掛かる場合がある。また、複数の太陽電池アレイを向きが異なる屋根面にそれぞれ設置する場合には、屋根の向きによって均一な日射が得られず、日照の条件が変わってくる。   In solar power generation systems installed in various environments, a part of the solar cell array may be shaded by surrounding obstacles. In addition, when a plurality of solar cell arrays are installed on roof surfaces having different orientations, uniform solar radiation cannot be obtained depending on the orientation of the roof, and the sunlight conditions change.

また、太陽電池モジュールの中には、曲面に設置できるフレキシブルな太陽電池モジュールも開発されているが、この場合にも太陽電池モジュール面上の太陽光の入射角度が場所や時刻によって変化するため、太陽電池アレイの各部分で日射量が異なってくる。   In addition, among solar cell modules, flexible solar cell modules that can be installed on curved surfaces have also been developed, but in this case also because the incident angle of sunlight on the solar cell module surface changes depending on the location and time, The amount of solar radiation differs in each part of the solar cell array.

しかしながら、前述したような特許文献1に記載されているシステムも含めて、従来の太陽光発電システムは、周囲の木々や建物等により太陽電池アレイに部分的に生じる日陰や太陽光の入射角度等の影響を考慮して設計されておらず、このような設置状況下に置かれる太陽光発電システムは、太陽電池モジュールの性能を十分に発揮することができない問題があった。   However, the conventional solar power generation system, including the system described in Patent Document 1 as described above, is partially shaded by the surrounding solar cells or the incident angle of sunlight, etc. due to surrounding trees or buildings. The solar power generation system that is not designed in consideration of the influence of the above and placed under such an installation situation has a problem that the performance of the solar cell module cannot be sufficiently exhibited.

また、太陽電池アレイに多数組み込まれている太陽電池モジュールのうち、一部の太陽電池モジュールが破損や劣化してこれを交換する際に、年月が経ち同じ製品が製造されていないことがあり、既設の太陽電池モジュールの性能とは、異なるものと交換せざるを得ない場合がある。   In addition, some of the solar cell modules built into the solar cell array are damaged or deteriorated, and when they are replaced, the same product may not be manufactured over the years. The performance of the existing solar cell module may be replaced with a different one.

この場合、交換した一部の太陽電池モジュールは、周囲のものと電流電圧特性が異なるために、システム全体の発電効率に悪影響を及ぼすことがあり、これを改善することは難しい。   In this case, since some of the replaced solar cell modules have different current-voltage characteristics from those around them, the power generation efficiency of the entire system may be adversely affected, and it is difficult to improve this.

また、屋根等に設置されている太陽電池アレイの太陽電池モジュールの一部に不具合が発生しても、どの太陽電池モジュールが不具合なのかを見つけるためには、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール全体を架台から取り出して、太陽電池モジュール間の配線を外さなければ確認することができず、その作業に多大な労力と時間を要していた。   In addition, in order to find out which solar cell module is defective even if a failure occurs in a part of the solar cell module of the solar cell array installed on the roof or the like, the solar cell module constituting the solar cell array If the whole was taken out from the mount and the wiring between the solar cell modules was not removed, it could not be confirmed, and the work required a great deal of labor and time.

そこで、本発明は、従来技術における問題点を解決し、太陽電池アレイを設置したまま、個々の太陽電池モジュールの発電状態を確認できる太陽光発電システムを提供し、また、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮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。 Therefore, the present invention provides a solar power generation system that solves the problems in the prior art, and can confirm the power generation state of each solar cell module while the solar cell array is installed, and some solar cell modules In addition, an object is to provide a solar power generation system that can maximize the power generation capacity of the entire system even if the output is reduced due to a failure or shade of an obstacle.

前記目的のために提供される、本発明の太陽光発電システムは、1クラスタからなる複数の太陽電池モジュールが縦横に配列され、隣接する太陽電池モジュール間がそれぞれゲートユニットを介して配線接続されてなる太陽電池アレイと、前記太陽電池アレイの正極側と負極側をそれぞれ外部負荷に接続するための一対の線路と、前記太陽電池アレイの開放電圧を測定する開放電圧測定手段と、前記太陽電池アレイの短絡電流を測定する短絡電流測定手段と、前記それぞれのゲートユニットを個別に制御するゲートユニット制御手段と、前記それぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性を算出する特性算出手段とを備えたものである。   Provided for the above purpose, the photovoltaic power generation system of the present invention has a plurality of solar cell modules each consisting of one cluster arranged vertically and horizontally, and adjacent solar cell modules are connected to each other via gate units. A solar cell array, a pair of lines for connecting a positive electrode side and a negative electrode side of the solar cell array to an external load, an open voltage measuring means for measuring an open voltage of the solar cell array, and the solar cell array Short-circuit current measuring means for measuring the short-circuit current, gate unit control means for individually controlling the respective gate units, and characteristic calculation means for calculating the current-voltage characteristics of the respective solar cell modules. is there.

前記それぞれのゲートユニットは、第1の正極端子、第1の負極端子、第2の正極端子、第2の負極端子の4つの外部端子を有するとともに、個別に切換可能な、第1の正極端子と第2の負極端子間をON/OFFする第1のスイッチ、第1の正極端子と第2の正極端子間をON/OFFする第2のスイッチ、第1の負極端子と第2の負極端子間をON/OFFする第3のスイッチ、及び、第1の負極端子と第2の正極端子間をON/OFFする第4のスイッチとを有している。   Each of the gate units has a first positive terminal, a first positive terminal, a first negative terminal, a second positive terminal, a second negative terminal, and four external terminals that can be individually switched. Switch for turning ON / OFF between the first negative terminal and the second negative terminal, a second switch for turning ON / OFF between the first positive terminal and the second positive terminal, the first negative terminal and the second negative terminal A third switch for turning ON / OFF the gap and a fourth switch for turning ON / OFF between the first negative terminal and the second positive terminal.

また、前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の縦列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の縦列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続されている。なお、ここで、両外側の縦列とは、太陽電池モジュールの列が縦に2列しか無い場合には、これらの2列が該当するものとする。   Further, among the solar cell modules constituting the solar cell array, those included in one of the outer columns are respectively connected to one line of the pair of lines via individual gate units, What is included in the other column of both outer columns is connected to the other line via an individual gate unit. In addition, when there are only two columns of solar cell modules in the vertical column on both outer sides, these two columns are assumed to correspond.

また、前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の横列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の横列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続されている。なお、ここで、両外側の横列とは、太陽電池モジュールの列が横に2列しか無い場合には、これらの2列が該当するものとする。   Further, among the solar cell modules constituting the solar cell array, those included in one row of the outer rows are connected to one line of the pair of lines via individual gate units, Those included in the other row of the outer rows are connected to the other line via individual gate units. In addition, here, when the row | line | column of both outer sides has only two rows of rows of a solar cell module, these two rows shall correspond.

前記一対の線路の正極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第1の正極端子又は第2の正極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの正極端子に接続され、前記一対の線路の負極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第1の負極端子又は第2の負極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの負極端子に接続されている。   In the gate unit interposed between the positive electrode side of the pair of lines and the solar cell module, one of the first positive electrode terminal or the second positive electrode terminal is connected to the line, and the other is connected to the positive electrode terminal of the solar cell module, In the gate unit interposed between the negative electrode side of the pair of lines and the solar cell module, one of the first negative electrode terminal or the second negative electrode terminal is connected to the line, and the other is connected to the negative electrode terminal of the solar cell module. Yes.

また、隣接する太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第1の正極端子又は第2の正極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの正極端子に、第1の正極端子又は第2の正極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの正極端子に、第1の負極端子又は第2の負極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの負極端子に、第1の負極端子又は第2の負極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの負極端子にそれぞれ接続されている。   Further, the gate unit interposed between the adjacent solar cell modules has one of the first positive electrode terminal or the second positive electrode terminal connected to the positive electrode terminal of one solar cell module, the first positive electrode terminal or the second positive electrode terminal. The other of the positive terminals is the positive terminal of the other solar cell module, one of the first negative terminal or the second negative terminal is the negative terminal of one solar cell module, the first negative terminal or the second The other of the negative terminals is connected to the negative terminal of the other solar cell module.

また、前記特性算出手段は、前記ゲートユニット制御手段を介して各ゲートユニットの第1〜第4のスイッチのON/OFFを切換えて、各太陽電池モジュール間の配線パターンを変化させ、それぞれの配線パターン毎に、前記電圧測定手段及び電流測定手段が測定した前記太陽電池アレイの短絡電流及び開放電圧の値に基づいて、各太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を算出するものである。   Further, the characteristic calculation means switches ON / OFF of the first to fourth switches of each gate unit via the gate unit control means, changes the wiring pattern between the solar cell modules, and each wiring For each pattern, current-voltage characteristics for each solar cell module are calculated based on the short-circuit current and open-circuit voltage values of the solar cell array measured by the voltage measurement unit and the current measurement unit.

本発明の太陽光発電システムにおいては、さらに、特性算出手段が算出したそれぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性に基づいて、太陽電池アレイの出力が最大となる各太陽電池モジュール間の配線パターンを決定する配線パターン決定手段をさらに備え、ゲートユニット制御手段は、前記配線パターンに従って、各ゲートユニットの第1〜第4のスイッチのON/OFFを切換えるようにしてあることが望ましい。   In the photovoltaic power generation system of the present invention, the wiring pattern between the solar cell modules that maximizes the output of the solar cell array is further determined based on the current-voltage characteristics of the respective solar cell modules calculated by the characteristic calculation means. It is desirable to further include a wiring pattern determining means for performing ON / OFF switching of the first to fourth switches of each gate unit according to the wiring pattern.

また、本発明の太陽光発電システムにおいては、ゲートユニット制御手段による各ゲートユニットの第1〜第4のスイッチのON/OFFを切換える制御が、無線通信手段を介して無線で行われるように構成されていることも望ましい。   Further, in the photovoltaic power generation system of the present invention, the gate unit control means is configured to perform control for switching ON / OFF of the first to fourth switches of each gate unit wirelessly via the wireless communication means. It is also desirable that

請求項1記載の発明に係る太陽光発電システムによれば、縦横に配列された太陽電池モジュール間の配線パターンを、ゲートユニットで切換えつつ太陽電池アレイ全体の開放電圧と短絡電流を測定し、これに基づいて特性算出手段で個々の太陽電池モジュールの出力特性を算出しているため、既設の太陽光発電システムにおいて、太陽電池モジュール全体を架台から取り出して、太陽電池モジュール間の配線を外す作業を必要とせずに、個々の太陽電池モジュールの発電状態を知ることができ、発電能力が低下しているモジュールや、機能していない不要モジュールの有無を容易且つ速やかに診断することができる。   According to the photovoltaic power generation system of the first aspect of the invention, the open circuit voltage and the short circuit current of the entire solar cell array are measured while switching the wiring pattern between the solar cell modules arranged vertically and horizontally by the gate unit. Since the output characteristic of each solar cell module is calculated by the characteristic calculation means based on the above, in the existing photovoltaic power generation system, the work of removing the entire solar cell module from the gantry and removing the wiring between the solar cell modules Without being necessary, it is possible to know the power generation state of each solar cell module, and it is possible to easily and quickly diagnose the presence or absence of a module having a reduced power generation capability or an unnecessary module that is not functioning.

また、請求項2記載の発明に係る太陽光発電システムによれば、請求項1の発明において算出される個々の太陽電池モジュールの出力特性に基づき、配線パターン決定手段が太陽電池アレイ全体の出力が最大になる配線パターンを決定し、ゲートユニットの切換えにより太陽電池アレイ間の配線パターンを変更するようにしているため、一部の太陽電池モジュールに、故障や障害物の日陰等による出力低下が生じていても、システム全体の発電能力を最大限に発揮させることができる。   Moreover, according to the photovoltaic power generation system according to the invention described in claim 2, the wiring pattern determining means outputs the entire output of the solar cell array based on the output characteristics of the individual solar cell modules calculated in the invention of claim 1. Since the maximum wiring pattern is determined and the wiring pattern between the solar cell arrays is changed by switching the gate unit, the output of some solar cell modules may be reduced due to failure or shade of obstacles. Even so, the power generation capacity of the entire system can be maximized.

また、請求項3記載の発明に係る太陽光発電システムによれば、太陽電池モジュールのゲートユニットの切換制御を無線で行うようにしているため、特性算出手段、配線パターン決定手段、ゲートユニット制御手段等の演算やゲートユニットの切換制御を行う部分を屋内に設置し、屋根の上等の離れた場所に設置されている太陽電池モジュールの配線パターンの切換を遠隔制御で容易に行うことができる。   According to the photovoltaic power generation system of the invention described in claim 3, since the switching control of the gate unit of the solar cell module is performed wirelessly, the characteristic calculation means, the wiring pattern determination means, the gate unit control means The part for performing the calculation and the switching control of the gate unit can be installed indoors, and the switching of the wiring pattern of the solar cell module installed at a remote place such as on the roof can be easily performed by remote control.

また、例えば、1カ所に設置されたコンピュータにより、特性算出手段、配線パターン決定手段、ゲートユニット制御手段等の機能を実現し、離れた場所にそれぞれ設置されている複数の太陽電池アレイのゲートユニットの切換制御を一括して行うこともできる。   Further, for example, the functions of the characteristic calculation means, the wiring pattern determination means, the gate unit control means, etc. are realized by a computer installed at one place, and the gate units of a plurality of solar cell arrays respectively installed at remote locations The switching control can be performed collectively.

一般的な太陽光発電システムに用いられている太陽電池モジュール内部の概略構造図である。It is a schematic structure figure inside a solar cell module used for a general photovoltaic power generation system. 一般的な太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of a common solar cell array. 一部の太陽電池モジュールが日陰に入っている太陽電池アレイを示す図である。It is a figure which shows the solar cell array in which a part of solar cell module is in the shade. 図3の状態における太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of the solar cell array in the state of FIG. 図3の配線パターンを組み換えた太陽電池アレイを示す図である。It is a figure which shows the solar cell array which recombined the wiring pattern of FIG. 図5の状態における太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of the solar cell array in the state of FIG. 本発明の太陽光発電システムの1実施形態における太陽電池アレイの構成図である。It is a block diagram of the solar cell array in one Embodiment of the solar energy power generation system of this invention. 本発明の太陽光発電システムの1実施形態におけるゲートユニットの内部構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal structure of the gate unit in one Embodiment of the solar energy power generation system of this invention. 本発明の太陽光発電システムの1実施形態における太陽電池モジュールの端子の結線状態を示す図である。It is a figure which shows the connection state of the terminal of the solar cell module in one Embodiment of the solar energy power generation system of this invention. 本発明の太陽光発電システムの1実施形態におけるゲートユニットの制御回路を示す図である。It is a figure which shows the control circuit of the gate unit in one Embodiment of the solar energy power generation system of this invention. 本発明の太陽光発電システムの別の実施形態におけるゲートユニットの制御回路を示す図である。It is a figure which shows the control circuit of the gate unit in another embodiment of the solar energy power generation system of this invention. 4つの太陽電池モジュールからなる太陽電池アレイの配線パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wiring pattern of the solar cell array which consists of four solar cell modules. 図12の配線パターンにおいて、2枚の太陽電池モジュールに日陰がある場合の太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of a solar cell array in case the two solar cell modules have shade in the wiring pattern of FIG. 太陽電池モジュール間の配線パターン変更後の状態を示す図である。It is a figure which shows the state after the wiring pattern change between solar cell modules. 配線パターン変更後の太陽電池アレイの電流電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of the solar cell array after a wiring pattern change. 太陽電池モジュールM1の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。It is a figure which shows the wiring pattern at the time of the current voltage measurement of the solar cell module M1. 太陽電池モジュールM1及びM3の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。It is a figure which shows the wiring pattern at the time of the current voltage measurement of the solar cell modules M1 and M3. 太陽電池モジュールM4の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。It is a figure which shows the wiring pattern at the time of the current voltage measurement of the solar cell module M4. 太陽電池モジュールM2及びM4の電流電圧測定時の配線パターンを示す図である。It is a figure which shows the wiring pattern at the time of the current voltage measurement of the solar cell modules M2 and M4. 本発明の太陽光発電システムにおける処理手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process sequence in the solar energy power generation system of this invention.

一般的な太陽光発電システムにおいては、複数の太陽電池モジュールが直並列に接続されて太陽電池アレイが構成されており、それぞれの太陽電池モジュールはさらに、発電素子である太陽電池セルが複数直列に接続されて構成されている。   In a general photovoltaic power generation system, a plurality of solar cell modules are connected in series and parallel to form a solar cell array, and each solar cell module further includes a plurality of solar cells as power generation elements in series. Connected and configured.

図1は、一般的な太陽光発電システムに用いられている太陽電池モジュール内部の概略構造図であって、同図に示すように、太陽電池モジュールの内部では、直列接続された一連の太陽電池セル毎に、バイパスダイオードがこれらと並列に接続されている。なお、これらの直列接続された一連の太陽電池セルのユニットのことを「クラスタ」と呼称する。   FIG. 1 is a schematic structural diagram of the inside of a solar cell module used in a general photovoltaic power generation system. As shown in FIG. 1, a series of solar cells connected in series is arranged inside the solar cell module. For each cell, a bypass diode is connected in parallel. Note that a series of these solar cell units connected in series is referred to as a “cluster”.

これらのバイパスダイオードは、太陽電池モジュールに掛かる部分的な日陰や太陽電池モジュール内部の故障によって生じる、当該太陽電池モジュールの発熱や太陽電池アレイ全体の出力低下を防止するために用いられている。   These bypass diodes are used to prevent heat generation of the solar cell module and a decrease in output of the entire solar cell array caused by partial shade on the solar cell module or a failure inside the solar cell module.

また、これらのバイパスダイオードは、太陽電池アレイに日陰等が生じていない通常の動作時には出力には関与しないが、部分的に日陰が生じると、その部分の太陽電池モジュールのクラスタに含まれる太陽電池セルを電流が迂回するようにバイパスダイオードに流れる。   In addition, these bypass diodes are not involved in the output during normal operation when the solar cell array is not shaded, but when the shade is partially shaded, the solar cells included in the cluster of the solar cell module in that portion The current flows through the bypass diode so that the current bypasses the cell.

太陽電池モジュールやこれらの集合体である太陽電池アレイの特性を示す指標として、電流電圧特性があり、日陰等が生じていない通常の太陽電池アレイの電流電圧特性は、図2に示すような特性グラフで表され、この特性の最大出力(同図斜線部の面積)は、特性上の最大出力点Pで示される。   As an index indicating the characteristics of the solar cell module and the solar cell array which is an aggregate of these, there is a current-voltage characteristic, and the current-voltage characteristic of a normal solar cell array in which no shade or the like occurs is as shown in FIG. The maximum output of this characteristic (area of the hatched portion in the figure) is represented by a maximum output point P on the characteristic.

また、太陽電池アレイの正極側端子と負極側端子間を短絡したときに、その両端子間に流れる電流(短絡電流)をIsc、これら両端子間を開放したときの両端子間電圧(開放電圧)をVoc、最大出力時の電流(最大出力動作電流)をImax、最大出力時の電圧(最大出力動作電圧)をVmaxとすると、これらは、図2のように示される。   Also, when the positive and negative terminals of the solar cell array are short-circuited, the current flowing between the two terminals (short-circuit current) is Isc, and the voltage between both terminals when the two terminals are opened (open voltage) ) Is Voc, current at maximum output (maximum output operating current) is Imax, and voltage at maximum output (maximum output operating voltage) is Vmax, these are shown in FIG.

図3に示す太陽電池アレイは、図1に示した太陽電池モジュールを横に直列に3枚接続したものを縦に2列並列接続して構成した例であり、同図においては、黒く表示した2枚の太陽電池モジュールが日陰になっている状態を示している。また、図4は、図3の状態における太陽電池アレイの電流電圧特性及び最大出力点Pを示している。   The solar cell array shown in FIG. 3 is an example of a configuration in which three solar cell modules shown in FIG. 1 are connected in series in the horizontal direction and connected in two vertical rows in parallel. In FIG. The state where the two solar cell modules are shaded is shown. FIG. 4 shows the current-voltage characteristics and the maximum output point P of the solar cell array in the state of FIG.

この場合、部分的な日陰によって、日陰になっている太陽電池モジュール内では、バイパスダイオードに電流が迂回するように流れ、その結果、太陽電池アレイの電流電圧特性を示す特性グラフは、図4に示すように階段状になる。   In this case, in the solar cell module that is shaded due to partial shade, the current flows to the bypass diode so as to bypass, and as a result, the characteristic graph showing the current-voltage characteristics of the solar cell array is shown in FIG. As shown, it is stepped.

ここで、図3に示す太陽電池アレイの太陽電池モジュール間の配線パターンを図5のように組み換えると、図6に示すような最大出力点をP’とする電流電圧特性に変化する。 これを、図4に示す最大出力点Pと比較すると、斜線部の面積(最大出力)は図6の方が大きくなり、発電効率が改善されている。このように、太陽電池モジュール数が同じでも配線パターンを換えることで、太陽光発電システムの発電効率を改善できる可能性がある。   Here, when the wiring pattern between the solar cell modules of the solar cell array shown in FIG. 3 is recombined as shown in FIG. 5, the current-voltage characteristic changes to the maximum output point P ′ as shown in FIG. Compared with the maximum output point P shown in FIG. 4, the area (maximum output) of the hatched portion is larger in FIG. 6, and the power generation efficiency is improved. Thus, there is a possibility that the power generation efficiency of the solar power generation system can be improved by changing the wiring pattern even when the number of solar cell modules is the same.

そこで、以下に説明するように、本発明の太陽光発電システムにおいては、先ず、太陽電池アレイを構成しているそれぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性を把握し、さらにその結果に基づいて、個々の太陽電池モジュール間の配線パターンを最適化して太陽光発電システムの発電効率の向上を図る。   Therefore, as described below, in the photovoltaic power generation system of the present invention, first, the current-voltage characteristics of each solar cell module constituting the solar cell array are grasped, and further, based on the results, The wiring pattern between the solar cell modules is optimized to improve the power generation efficiency of the solar power generation system.

図7は、本発明の太陽光発電システムの1実施形態における太陽電池アレイの構成図であって、ここでは、太陽電池アレイは、最小構成の4枚の直方形の太陽電池モジュールM1〜M4で構成されている。なお、本発明の太陽光発電システムにおいては、パイパスダイオードが1つだけ含まれる1クラスタ構成の太陽電池モジュールを使用する。   FIG. 7 is a configuration diagram of a solar cell array in one embodiment of the photovoltaic power generation system of the present invention. Here, the solar cell array is composed of four rectangular solar cell modules M1 to M4 having a minimum configuration. It is configured. In the photovoltaic power generation system of the present invention, a solar cell module having a one-cluster configuration including only one bypass diode is used.

また、同図に示すように、太陽電池モジュールの各辺に隣接して、全て同一構造のゲートユニットG1〜G12が配置されていて、太陽電池モジュールM1〜M4はこれらのゲートユニットG1〜G12を介して様々な配線パターンで接続されるようになっている。   Moreover, as shown to the figure, adjacent to each edge | side of a solar cell module, the gate units G1-G12 of the same structure are arrange | positioned all, and the solar cell modules M1-M4 are these gate units G1-G12. It is designed to be connected with various wiring patterns.

図8は、これらのゲートユニットの内部構造を模式的に示す図であり、第1の正極端子P1、第1の負極端子N1と、第2の正極端子P2、第2の負極端子N2の4つの外部端子を有している。   FIG. 8 is a diagram schematically showing the internal structure of these gate units. The first positive terminal P1, the first negative terminal N1, the second positive terminal P2, and the second negative terminal N2 are shown in FIG. Has two external terminals.

これらの正負極各一対の端子P1、N1及びP2、N2は、それぞれが隣接する太陽電池モジュールの正極と負極の端子と接続されており、一つのゲートユニットを介して隣接する2枚の太陽電池モジュールどうしが接続されるようになっている。   Each pair of terminals P1, N1 and P2, N2 of these positive and negative electrodes is connected to the positive and negative terminals of the adjacent solar cell module, and two adjacent solar cells via one gate unit. Modules are connected to each other.

一方、図9に示すように、それぞれの太陽電池モジュールM1〜M4は、縦横左右の配線接続が可能となるように、4辺にそれぞれ、内部の正負の電極と接続された正極と負極のコネクタ(端子)が一対ずつ取り付けられている。   On the other hand, as shown in FIG. 9, each of the solar cell modules M1 to M4 has positive and negative connectors that are connected to positive and negative electrodes on four sides, respectively, so that vertical, horizontal, and horizontal wiring connections are possible. A pair of terminals are attached.

図8に示すように、ゲートユニットの内部には、第1の正極端子P1と第2の負極端子間をON/OFFする第1のスイッチS1、第1の正極端子P1と第2の正極端子間をON/OFFする第2のスイッチS2、第1の負極端子N1と第2の負極端子N2間をON/OFFする第3のスイッチS3、及び、第1の負極端子N1と第2の正極端子P1間をON/OFFする第4のスイッチが内蔵されている。   As shown in FIG. 8, the gate unit includes a first switch S1 for turning ON / OFF between the first positive terminal P1 and the second negative terminal, a first positive terminal P1, and a second positive terminal. A second switch S2 for turning ON / OFF between them, a third switch S3 for turning ON / OFF between the first negative terminal N1 and the second negative terminal N2, and a first negative terminal N1 and a second positive pole A fourth switch for turning ON / OFF between the terminals P1 is incorporated.

ここで、例えば、スイッチS2とスイッチS3をONに、スイッチS1とスイッチS4をOFFにすると、第1の正極端子P1と第2の正極端子P2間、第1の負極端子N1と第2の負極端子N2間がそれぞれ同極どうし並列に接続される。   Here, for example, when the switch S2 and the switch S3 are turned on and the switch S1 and the switch S4 are turned off, the first negative terminal N1 and the second negative terminal are connected between the first positive terminal P1 and the second positive terminal P2. The terminals N2 are connected in parallel with the same polarity.

一方、スイッチS1をON、その他のスイッチS2、S3、S4をOFFにすると、第1の正極端子P1と第2の負極端子N2間が直列に接続される。また、全てのスイッチS1、S2、S3、S4をOFFにすれば、各端子間は切断状態になる。   On the other hand, when the switch S1 is turned on and the other switches S2, S3, S4 are turned off, the first positive terminal P1 and the second negative terminal N2 are connected in series. If all the switches S1, S2, S3, and S4 are turned off, the terminals are disconnected.

このように、これらのスイッチS1、S2、S3、S4のON/OFFの組み合わせによって、各端子間を直列接続、並列接続、及び、切断の何れかの状態に切換えることができる。   As described above, the terminals can be switched between the series connection, the parallel connection, and the disconnection state by the combination of ON / OFF of the switches S1, S2, S3, and S4.

本実施形態のものにおいては、各ゲートユニットに内蔵するこれらのスイッチS1、S2、S3、S4には、MOSFET等のゲート素子を用いており、その制御信号は、図10に示すように、遠隔のコンピュータから通信回線を経由してそれぞれのゲートユニットに付属する通信モジュールに送り、内蔵するドライバ回路でこれらのゲート素子を切換制御するようにしている。なお、スイッチS1、S2、S3、S4にはリレーを用いてもよい。   In the present embodiment, gate elements such as MOSFETs are used for these switches S1, S2, S3, and S4 built in each gate unit, and the control signal is remote as shown in FIG. The computer is sent to a communication module attached to each gate unit via a communication line, and these gate elements are switched and controlled by a built-in driver circuit. Note that relays may be used for the switches S1, S2, S3, and S4.

また、図11は、本発明の別の実施形態であって、遠隔のコンピュータとゲート素子がそれぞれ無線モジュールを備えており、当該コンピュータから無線通信によって各ゲートユニットの切換を行うようにしたものである。   FIG. 11 shows another embodiment of the present invention, in which a remote computer and a gate element are each provided with a wireless module, and the respective gate units are switched by wireless communication from the computer. is there.

図7に示すように、太陽電池アレイは、その正極側と負極側を外部負荷に接続するための一対の線路L1、L2を有していて、これらの線路L1、L2間には、短絡スイッチS0と電圧計Vが並列に設けられ、また、一方の線路L2には電流計Aが設けられている。なお、ここでは、線路L1は正極側、線路L2が負極側としてある。   As shown in FIG. 7, the solar cell array has a pair of lines L1 and L2 for connecting the positive electrode side and the negative electrode side to an external load, and a short-circuit switch is provided between these lines L1 and L2. S0 and a voltmeter V are provided in parallel, and an ammeter A is provided on one line L2. Here, the line L1 is on the positive side and the line L2 is on the negative side.

なお、この実施形態において、短絡スイッチS0と電圧計Vは、本発明における開放電圧測定手段に、また、前記短絡スイッチS0と電流計Aは、本発明における短絡電流測定手段に相当するものである。   In this embodiment, the short-circuit switch S0 and the voltmeter V correspond to the open-circuit voltage measuring means in the present invention, and the short-circuit switch S0 and the ammeter A correspond to the short-circuit current measuring means in the present invention. .

次に、それぞれのゲートユニットG1〜G12内の各スイッチ操作により、図12のように太陽電池モジュールM1〜M4を接続する。なお、ここでは、ゲートユニットG1〜G12は図示を省略してある。同図に示すように、2枚の太陽電池モジュールM3、M4が日陰に入っている場合、太陽電池アレイの電流電圧特性は、図13のような段差を持つ特性になる。   Next, the solar cell modules M1 to M4 are connected as shown in FIG. 12 by operating the switches in the respective gate units G1 to G12. Here, the gate units G1 to G12 are not shown. As shown in the figure, when the two solar cell modules M3 and M4 are in the shade, the current-voltage characteristic of the solar cell array has a level difference as shown in FIG.

ここで、太陽電池の出力特性として、電流は日射強度が大きくなると比例して大きくなることから、日陰の太陽電池モジュールM3、M4の出力特性は、通常の日向にある太陽電池モジュールM1、M2に比べ、電流方向の辺を縮めた直方形で表現できる。   Here, as the output characteristics of the solar cell, since the current increases in proportion to the increase in solar radiation intensity, the output characteristics of the solar cell modules M3 and M4 in the shade are the same as those of the solar cell modules M1 and M2 in the normal sun. In comparison, it can be expressed in a rectangular shape with the sides in the current direction shortened.

図13において、それぞれ斜線で示す直方形W1とW1’の面積はそれぞれ、太陽光が当たっている太陽電池モジュールM1、M2の発電出力、直方形W2とW2’の面積はそれぞれ、日陰の太陽電池モジュールM3、M4の発電出力を表しており、最大出力の点Pは、太陽光が当たっているモジュールM1、M2のみ関与し、日陰の太陽電池モジュールM3、M4が発電する電力は、使われることなく無駄になっている。   In FIG. 13, the areas of rectangular rectangles W1 and W1 ′ indicated by diagonal lines are respectively the power generation outputs of solar cell modules M1 and M2 that are exposed to sunlight, and the areas of rectangular rectangles W2 and W2 ′ are respectively shaded solar cells. The power generation output of the modules M3 and M4 is shown. The point P of the maximum output is related only to the modules M1 and M2 that are exposed to sunlight, and the power generated by the shaded solar cell modules M3 and M4 is used. There is no use.

そこで、図12の配線パターンから図14の配線パターンに変更すると、太陽電池アレイの電流電圧特性は図15のようになり、電流電圧特性の最大出力の点PはW1、W1’、W2、W2’の各面積が加算された出力となって無駄な電力が発生せず、有効に電力を取り出すことができる。   Therefore, when the wiring pattern of FIG. 12 is changed to the wiring pattern of FIG. 14, the current-voltage characteristics of the solar cell array are as shown in FIG. 15, and the maximum output point P of the current-voltage characteristics is W1, W1 ′, W2, W2. It becomes an output in which each area of 'is added, and wasteful power is not generated, and power can be extracted effectively.

前述したような、太陽電池アレイが最大出力を発生させる有効な配線パターンを決定するためには、それぞれの太陽電池モジュールM1〜M4の電流と電圧を測定することで解決できる。   As described above, in order to determine an effective wiring pattern in which the solar cell array generates the maximum output, it can be solved by measuring the current and voltage of each of the solar cell modules M1 to M4.

図7において、太陽電池モジュールM1単体の短絡電流の測定するためには、ゲートユニットG1とゲートユニットG3を直列接続し、その他のゲートユニットを断線させ、短絡スイッチS0をONにして、電流計Aで測定すればよい。   In FIG. 7, in order to measure the short-circuit current of the solar cell module M1 alone, the gate unit G1 and the gate unit G3 are connected in series, the other gate units are disconnected, the short-circuit switch S0 is turned on, and the ammeter A You can measure with.

また、太陽電池モジュールM1単体の開放電圧を測定するためには、このゲートユニットの接続状態で短絡スイッチS0をOFFにし、電圧計Vにて測定可能となる。各ゲートユニットG1〜G12の操作と短絡スイッチS0の開閉操作を行うことにより、後述するように、総ての太陽電池モジュールM1〜M4の短絡電流と開放電圧を知ることができる。   Further, in order to measure the open circuit voltage of the single solar cell module M1, the short circuit switch S0 is turned off in the connected state of the gate unit, and the measurement can be performed with the voltmeter V. By performing the operation of each of the gate units G1 to G12 and the opening / closing operation of the short-circuit switch S0, the short-circuit currents and open-circuit voltages of all the solar cell modules M1 to M4 can be known as will be described later.

ここで、太陽電池アレイの最大出力に関与するのは、先に示した図2のように、最大出力動作電流Imax及び最大出力動作電圧Vmaxであるが、同図のように最大出力動作電流Imaxと短絡電流Isc及び最大出力動作電圧Vmaxと開放電圧Vocは、それぞれほぼ近い値となるため、測定される短絡電流Isc及び開放電圧Vocを、最大出力動作電流Imax及び最大出力動作電圧Vmaxと見なすことができる。   Here, the maximum output operating current Imax and the maximum output operating voltage Vmax are related to the maximum output of the solar cell array as shown in FIG. 2, but the maximum output operating current Imax is shown in FIG. Since the short-circuit current Isc and the maximum output operating voltage Vmax and the open-circuit voltage Voc are almost close to each other, the measured short-circuit current Isc and open-circuit voltage Voc are regarded as the maximum output operating current Imax and the maximum output operating voltage Vmax. Can do.

次に、具体的な各ゲートユニットの切換操作について説明する。太陽電池モジュールM1を測定するために、ゲートユニットG1のスイッチS2(図8参照)をONにし、ゲートユニットG3のスイッチS3をONにし、残りの全てのゲートユニットは切断状態にする。この操作により、図16に示すように、太陽電池モジュールM1だけが回路に接続され、短絡スイッチS0がOFFであれば電圧を、ONであれば電流を測定する。   Next, a specific switching operation of each gate unit will be described. In order to measure the solar cell module M1, the switch S2 (see FIG. 8) of the gate unit G1 is turned on, the switch S3 of the gate unit G3 is turned on, and all the remaining gate units are disconnected. By this operation, as shown in FIG. 16, only the solar cell module M1 is connected to the circuit, and the voltage is measured if the short-circuit switch S0 is OFF, and the current is measured if it is ON.

次に、太陽電池モジュールM1と太陽電池モジュールM3を測定するために、ゲートユニットG1のスイッチS2をONにし、ゲートユニットG6のスイッチS4をONにし、ゲートユニットG11のスイッチS3をONする。   Next, in order to measure the solar cell module M1 and the solar cell module M3, the switch S2 of the gate unit G1 is turned on, the switch S4 of the gate unit G6 is turned on, and the switch S3 of the gate unit G11 is turned on.

この操作により、図17に示すように、太陽電池モジュールM1と太陽電池モジュールM3が回路に直列接続され、短絡スイッチS0をOFFにすることで、太陽電池モジュールM1と太陽電池モジュールM3の電圧の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールM1の電圧を引くことにより太陽電池モジュールM3の電圧が求められる。   By this operation, as shown in FIG. 17, the solar cell module M1 and the solar cell module M3 are connected in series to the circuit, and the short-circuit switch S0 is turned OFF, whereby the sum of the voltages of the solar cell module M1 and the solar cell module M3. Is required. Next, the voltage of the solar cell module M3 is obtained by subtracting the voltage of the solar cell module M1 measured by the previous operation from this value.

また、ゲートユニットG1のスイッチS2をONにし 、ゲートユニットG6のスイッチS2とスイッチS3をONにし、ゲートユニットG11のスイッチS3をONにすることで、太陽電池モジュールM1と太陽電池モジュールM3が回路に並列接続され、さらに、図17において、短絡スイッチS0をONにすることで、太陽電池モジュールM1と太陽電池モジュールM3の電流の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールM1の電流を引くことにより太陽電池モジュールM3の電流が求められる。   Also, the switch S2 of the gate unit G1 is turned ON, the switches S2 and S3 of the gate unit G6 are turned ON, and the switch S3 of the gate unit G11 is turned ON, so that the solar cell module M1 and the solar cell module M3 become circuits. In addition, in FIG. 17, the sum of currents of the solar cell module M1 and the solar cell module M3 is obtained by turning on the short-circuit switch S0 in FIG. Next, the current of the solar cell module M3 is obtained by subtracting the current of the solar cell module M1 measured by the previous operation from this value.

次に、太陽電池モジュールM4の電流と電圧を測定するために、ゲートユニットG10のスイッチS2をONにし、ゲートユニットG12のスイッチS3をONにする。この操作により、図18に示すように、太陽電池モジュールM4だけが回路に接続され、短絡スイッチS0がOFFであれば電圧を、ONであれば電流を測定する。   Next, in order to measure the current and voltage of the solar cell module M4, the switch S2 of the gate unit G10 is turned on, and the switch S3 of the gate unit G12 is turned on. By this operation, as shown in FIG. 18, only the solar cell module M4 is connected to the circuit, and the voltage is measured if the short-circuit switch S0 is OFF, and the current is measured if it is ON.

次に、太陽電池モジュールM2と太陽電池モジュールM4の電流と電圧を測定するために、ゲートユニットG2のスイッチS2をONにし、ゲートユニットG7のスイッチS4をONにし、ゲートユニットG12のスイッチS3をONする。   Next, in order to measure the current and voltage of the solar cell module M2 and the solar cell module M4, the switch S2 of the gate unit G2 is turned on, the switch S4 of the gate unit G7 is turned on, and the switch S3 of the gate unit G12 is turned on. To do.

この操作により、図19に示すように、太陽電池モジュールM2と太陽電池モジュールM4が回路に直列接続され、短絡スイッチS0をOFFにすることで、太陽電池モジュールM2と太陽電池モジュールM4の電圧の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールM4の電圧を引くことにより太陽電池モジュールM2の電圧が求められる。   By this operation, as shown in FIG. 19, the solar cell module M2 and the solar cell module M4 are connected in series to the circuit, and the short-circuit switch S0 is turned OFF, whereby the sum of the voltages of the solar cell module M2 and the solar cell module M4 is obtained. Is required. Next, the voltage of the solar cell module M2 is obtained by subtracting the voltage of the solar cell module M4 measured by the previous operation from this value.

次に、ゲートユニットG2のスイッチS2をONにし 、ゲートユニットG7のスイッチS2とスイッチS3をONにし、ゲートユニットG12のスイッチS3をONすることで太陽電池モジュールM2と太陽電池モジュールM4が回路に並列接続され、図19において、短絡スイッチS0をONにすることで太陽電池モジュールM2と太陽電池モジュールM4の電流の総和が求められる。次いで、この値から前操作により測定された太陽電池モジュールM4の電流を引くことにより太陽電池モジュールM2の電流が求められる。   Next, the switch S2 of the gate unit G2 is turned ON, the switches S2 and S3 of the gate unit G7 are turned ON, and the switch S3 of the gate unit G12 is turned ON, so that the solar cell module M2 and the solar cell module M4 are parallel to the circuit. In FIG. 19, the sum of currents of the solar cell module M2 and the solar cell module M4 is obtained by turning on the short-circuit switch S0. Next, the current of the solar cell module M2 is obtained by subtracting the current of the solar cell module M4 measured by the previous operation from this value.

なお、太陽電池モジュールの数が増えたとしても、ゲートユニットの切換えにより、太陽電池モジュールの数に等しい数の、様々な電流経路と電圧経路についてそれぞれ、連立1次方程式が得られ、これらを解くことによって、全ての太陽電池モジュールの電流値と電圧値の解が求まる。   Even if the number of solar cell modules increases, simultaneous linear equations are obtained for each of various current paths and voltage paths equal to the number of solar cell modules by switching the gate unit, and these are solved. Thus, the solutions of the current values and voltage values of all the solar cell modules are obtained.

次に、図20は、本発明の太陽光発電システムにおける処理手順を示すフロー図であって、先ず、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールの総数Nをコンピュータに入力する(ステップS1)。   Next, FIG. 20 is a flowchart showing a processing procedure in the photovoltaic power generation system of the present invention. First, the total number N of solar cell modules constituting the solar cell array is input to the computer (step S1).

コンピュータは、各ゲードユニットへ命令を送り、前述したスイッチS1〜S4のON/OFF切換制御によって配線パターンを切換える(ステップS2)。この切換えにより太陽電池モジュール間の接続は、直列または並列に繋がる。なお、この切換え手順は、コンピュータにあらかじめプログラムされた順序に従って制御(シーケンス制御)を行う。   The computer sends a command to each gad unit, and switches the wiring pattern by the ON / OFF switching control of the switches S1 to S4 described above (step S2). By this switching, the connection between the solar cell modules is connected in series or in parallel. In this switching procedure, control (sequence control) is performed according to an order programmed in advance in the computer.

次いで、この配線パターンの状況下で短絡電流及び開放電圧を測定する(ステップS3)。この操作により未知数(各太陽電池モジュールの電流及び電圧)を変数とした1次方程式が電流式及び電圧式としてそれぞれ作成されて、コンピュータに記憶される。(ステップS4)。   Next, the short-circuit current and the open-circuit voltage are measured under the condition of this wiring pattern (step S3). By this operation, linear equations with unknown quantities (current and voltage of each solar cell module) as variables are created as current equations and voltage equations, respectively, and stored in the computer. (Step S4).

太陽電池モジュールの総数がN個であるので、電流式及び電圧式について、N元(N個の)連立1次方程式を得る必要があるため、N個の独立した方程式が得られるまで配線パターンを切換えてこの作業を繰り返す(ステップS2〜ステップS5)。   Since the total number of solar cell modules is N, it is necessary to obtain N-element (N) simultaneous linear equations for the current equation and the voltage equation. Therefore, the wiring pattern is changed until N independent equations are obtained. This operation is repeated after switching (steps S2 to S5).

N次元連立一次方程式の作成が完了したら(ステップS5のYESルート)この解を求め、各太陽電池モジュールの電流値及び電圧値を算出する(ステップS6)。なお、この算出過程で得られた各太陽電池モジュールの電流値及び電圧値を監視することにより、劣化等による不良モジュールを検出することが可能となる。   When the creation of the N-dimensional simultaneous linear equation is completed (YES route in step S5), this solution is obtained, and the current value and voltage value of each solar cell module are calculated (step S6). In addition, it becomes possible to detect a defective module due to deterioration or the like by monitoring the current value and voltage value of each solar cell module obtained in this calculation process.

次に、コンピュータは、この算出された各太陽電池モジュールの電流値及び電圧値を基に、順次太陽電池モジュールの直列及び並列の組み換えを行い、その中から、太陽電池アレイから得られる出力が最大となるものを抽出してその配線パターンを決定する(ステップS7)。   Next, the computer sequentially rearranges the solar cell modules in series and in parallel based on the calculated current value and voltage value of each solar cell module, and the output obtained from the solar cell array is maximized. Is extracted and its wiring pattern is determined (step S7).

次いで、コンピュータは、決定した配線パターンに合わせて各ゲートユニットに信号を送り、当該配線パターンを形成するようにこれらのゲートユニットを切換制御する(ステップS8)。   Next, the computer sends a signal to each gate unit in accordance with the determined wiring pattern, and switches and controls these gate units so as to form the wiring pattern (step S8).

なお、前述した実施形態のものにおいては、本発明における、各ゲートユニットを個別に制御するゲートユニット制御手段、各太陽電池モジュールの電流電圧特性を算出する特定算出手段、及び、最大出力が得られる配線パターンを決定する配線パターン決定手段は、全てコンピュータによって仮想的に実現しているが、これらの手段はそれぞれ個別に機能する専用ユニットとして構成してもよい。   In the embodiment described above, the gate unit control means for individually controlling each gate unit, the specific calculation means for calculating the current-voltage characteristics of each solar cell module, and the maximum output in the present invention can be obtained. The wiring pattern determination means for determining the wiring pattern is virtually realized by a computer, but these means may be configured as dedicated units that function individually.

本発明は、さまざまな環境に設置される太陽光発電システムや、特性が異なる太陽電池モジュールを組み合わせて用いたり、太陽電池モジュール面上の太陽光の入射角度が場所や時間によって変化する曲面で構成されたフレキシブルな太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムに幅広く利用することができる。   The present invention is composed of a solar power generation system installed in various environments, a combination of solar cell modules having different characteristics, or a curved surface in which the incident angle of sunlight on the surface of the solar cell module changes depending on the place and time It can be widely used for a photovoltaic power generation system using the flexible solar cell module.

また、個々の太陽電池モジュールの短絡電流や開放電流を測定する過程を、太陽電池アレイの中から不良の太陽電池モジュールをの検出する診断システムとして利用することができる。   Further, the process of measuring the short-circuit current and the open-circuit current of each solar cell module can be used as a diagnostic system for detecting defective solar cell modules from the solar cell array.

M1〜M4 太陽電池モジュール
G1〜G12 ゲートユニット
P1 第1の正極端子
P2 第2の正極端子
N1 第1の正極端子
N2 第2の正極端子
S1 第1のスイッチ
S2 第2のスイッチ
S3 第3のスイッチ
S4 第4のスイッチ
L1、L2 線路
A 電流計
V 電圧計
S0 短絡スイッチ
M1 to M4 Solar cell modules G1 to G12 Gate unit P1 First positive terminal P2 Second positive terminal N1 First positive terminal N2 Second positive terminal S1 First switch S2 Second switch S3 Third switch S4 Fourth switch L1, L2 Line A Ammeter V Voltmeter S0 Short-circuit switch

Claims (3)

1クラスタからなる複数の太陽電池モジュールが縦横に配列され、隣接する太陽電池モジュール間がそれぞれゲートユニットを介して配線接続されてなる太陽電池アレイと、
前記太陽電池アレイの正極側と負極側をそれぞれ外部負荷に接続するための一対の線路と、
前記太陽電池アレイの開放電圧を測定する開放電圧測定手段と、
前記太陽電池アレイの短絡電流を測定する短絡電流測定手段と、
前記それぞれのゲートユニットを個別に制御するゲートユニット制御手段と、
前記それぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性を算出する特性算出手段とを備え、 前記それぞれのゲートユニットは、第1の正極端子、第1の負極端子、第2の正極端子、第2の負極端子の4つの外部端子を有するとともに、個別に切換可能な、第1の正極端子と第2の負極端子間をON/OFFする第1のスイッチ、第1の正極端子と第2の正極端子間をON/OFFする第2のスイッチ、第1の負極端子と第2の負極端子間をON/OFFする第3のスイッチ、及び、第1の負極端子と第2の正極端子間をON/OFFする第4のスイッチとを有し、
前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の縦列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の縦列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続され、
前記太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールのうち、両外側の横列の一方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して前記一対の線路の一方の線路と接続され、前記両外側の横列の他方の列に含まれるものは、それぞれ個別のゲートユニットを介して他方の線路と接続され、
前記一対の線路の正極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第1の正極端子又は第2の正極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの正極端子に接続され、
前記一対の線路の負極側と太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第1の負極端子又は第2の負極端子の一方が当該線路に、他方が太陽電池モジュールの負極端子に接続され、
隣接する太陽電池モジュール間に介在されるゲートユニットは、第1の正極端子又は第2の正極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの正極端子に、第1の正極端子又は第2の正極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの正極端子に、
第1の負極端子又は第2の負極端子の一方が、一方の太陽電池モジュールの負極端子に、第1の負極端子又は第2の負極端子の他方が、他方の太陽電池モジュールの負極端子に
それぞれ接続され、
前記特性算出手段は、前記ゲートユニット制御手段を介して各ゲートユニットの第1〜第4のスイッチのON/OFFを切換えて、各太陽電池モジュール間の配線パターンを変化させ、それぞれの配線パターン毎に、前記電圧測定手段及び電流測定手段が測定した前記太陽電池アレイの短絡電流及び開放電圧の値に基づいて、各太陽電池モジュール毎の電流電圧特性を算出することを特徴とする太陽光発電システム。
A solar cell array in which a plurality of solar cell modules composed of one cluster are arranged vertically and horizontally, and adjacent solar cell modules are connected to each other via gate units,
A pair of lines for connecting the positive electrode side and the negative electrode side of the solar cell array to external loads,
An open-circuit voltage measuring means for measuring an open-circuit voltage of the solar cell array;
A short-circuit current measuring means for measuring a short-circuit current of the solar cell array;
Gate unit control means for individually controlling the respective gate units;
Characteristic calculating means for calculating current-voltage characteristics of each of the solar cell modules, wherein each of the gate units includes a first positive terminal, a first negative terminal, a second positive terminal, and a second negative terminal The first switch for switching ON / OFF between the first positive electrode terminal and the second negative electrode terminal, which can be individually switched, and between the first positive electrode terminal and the second positive electrode terminal ON / OFF second switch, first negative electrode terminal and third negative electrode terminal third switch ON / OFF, and first negative electrode terminal and second positive electrode terminal ON / OFF A fourth switch,
Among the solar cell modules constituting the solar cell array, those included in one of the outer columns are respectively connected to one line of the pair of lines via individual gate units, and the both outer sides Are included in the other column of each of the columns connected to the other line through individual gate units,
Among the solar cell modules constituting the solar cell array, those included in one row of both outer rows are connected to one line of the pair of lines via individual gate units, respectively, Are included in the other row of the other row, connected to the other line via individual gate units,
In the gate unit interposed between the positive electrode side of the pair of lines and the solar cell module, one of the first positive electrode terminal or the second positive electrode terminal is connected to the line, and the other is connected to the positive electrode terminal of the solar cell module,
In the gate unit interposed between the negative electrode side of the pair of lines and the solar cell module, one of the first negative electrode terminal or the second negative electrode terminal is connected to the line, and the other is connected to the negative electrode terminal of the solar cell module,
In the gate unit interposed between adjacent solar cell modules, one of the first positive electrode terminal or the second positive electrode terminal is connected to the positive electrode terminal of one solar cell module, the first positive electrode terminal or the second positive electrode terminal. The other of the positive terminal of the other solar cell module,
One of the first negative electrode terminal or the second negative electrode terminal is the negative electrode terminal of one solar cell module, and the other of the first negative electrode terminal or the second negative electrode terminal is the negative electrode terminal of the other solar cell module. Connected,
The characteristic calculation means switches ON / OFF of the first to fourth switches of each gate unit via the gate unit control means to change the wiring pattern between the solar cell modules, and for each wiring pattern. And calculating a current-voltage characteristic for each solar cell module based on the values of the short-circuit current and the open-circuit voltage of the solar cell array measured by the voltage measuring unit and the current measuring unit. .
特性算出手段が算出したそれぞれの太陽電池モジュールの電流電圧特性に基づいて、太陽電池アレイの出力が最大となる各太陽電池モジュール間の配線パターンを決定する配線パターン決定手段をさらに備え、
ゲートユニット制御手段は、前記配線パターンに従って、各ゲートユニットの第1〜第4のスイッチのON/OFFを切換えるようにしたことを特徴とする請求項1記載の太陽光発電システム。
Based on the current-voltage characteristics of each solar cell module calculated by the characteristic calculation means, further comprising a wiring pattern determination means for determining a wiring pattern between the solar cell modules that maximizes the output of the solar cell array,
2. The photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the gate unit control means switches ON / OFF of the first to fourth switches of each gate unit according to the wiring pattern.
ゲートユニット制御手段による各ゲートユニットの第1〜第4のスイッチのON/OFFを切換える制御は、無線通信手段を介して無線で行われることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽光発電システム。   The photovoltaic power generation according to claim 1 or 2, wherein the control for switching ON / OFF of the first to fourth switches of each gate unit by the gate unit control means is performed wirelessly via the wireless communication means. system.
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