太陽電池用部分影補償器の研究(Equalizer for Partial-Shading in Photovoltaic System)

Partial shading on photovoltaic (PV) panel consisting of multiple modules connected in series is a nuisance issue. Individual module characteristics are severely unbalanced due to the partial shading, and the extractable maximum power from the string as a whole is terribly reduced. To maximize the extractable power and fully utilize PV panels, the partial shading issues must be properly precluded.
We propose PV equalizers that transfer power from unshaded to shaded modules so that all PV module characteristics are virtually unified. With the PV equalizers, PV panels behave as if there is no partial shading. We are working on various kinds of novel PV equalizers. Collaborative research projects on PV equalizers are underway, and you will find our equalizers on the market someday soon.

複数の太陽電池モジュールの直列接続により構成される太陽電池パネルにおいて、パネルに部分的に影がかかる「部分影」の影響により各モジュールの電気特性にアンバランスが生じて抽出可能電力が大幅に低下することが知られています。この部分影は隣接建造物や樹木のみならず落ち葉や鳥の糞などでも発生し、様々なケースで太陽電池の利用率を大きく低下させる要因となっています。よって太陽光エネルギーを最大限に活用するためには、この部分影の悪影響を回避しつつ太陽電池を動作させる必要があります。
 研究室では、部分影の悪影響を防止可能な電力変換器である「部分影補償器」の研究を行っています。部分影補償器を用いることで影の掛かっていない太陽電池モジュールから部分影の発生している太陽電池モジュールへと電力伝送を行い、疑似的に全ての太陽電池モジュールの特性を均一化することができます。多種の回路方式の研究を行っており、ある方式は高い補償能力を提供することができる一方、ある別の方式は無制御でも効果的に部分影補償が可能であることから設計・開発が容易である、といった具合に用途に応じて適切な方式を選ぶことができます。

ばらつきによる過充電の恐れ

部分影による悪影響と部分影補償器による太陽電池の有効利用 PV string w/ and w/o equalization

 

ばらつきによる過充電の恐れ

太陽電池セルの電気特性を模擬する回路 Solar cell emulators

 

ばらつきによる過充電の恐れ

多段接続SEPICを用いた一石式部分影補償器 Single-switch PV equalizer using multi-stacked SEPICs

 

ばらつきによる過充電の恐れ

LLC共振形倍電圧整流回路を用いた二石式部分影補償器 Two-switch PV equalizer using LLC resonant voltage multiplier

 

ばらつきによる過充電の恐れ

太陽電池セルの拡散容量を利用した部分影補償器 PV equalizer utilizing diffusion capacitance of cells

 

ばらつきによる過充電の恐れ

屋外での部分影補償実験 Field Experimental setup for PV equalization

ばらつきによる過充電の恐れ

部分影補償器による特性改善実験の例(3直列モジュール)Experimental characteristics of PV string comprising three substrings