(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、陰が存在しても正しく動作し、陰が存在しない場合の電力低下を抑制し、入力キャパシタの寿命に及ぼす影響が限定的である、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する装置を提供する。【解決手段】この装置は、太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段Ｓ６０４と、第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段Ｓ６０６と、陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングする手段Ｓ６０９とを備えている。【選択図】図６
2014081921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する装置であって、該装置は、
−  前記太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段と、
−  前記第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段と、
−  陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングする手段と
を備える、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する装置。
【請求項２】
陰の存在が検出された場合に、前記第２の電力曲線取得プロセスは、陰の存在が検出されない場合に前記第２の電力曲線がスケジューリングされる時間よりも早くスケジューリングされることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
−  前記太陽光電源によって供給される電力の減少が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
−  前記電力の減少が所定の閾値を上回るときに前記第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
−  最大電力追跡プロセス中の電圧変動が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
−  前記電圧変動が所定の閾値を上回るときに前記第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記太陽光電源の電力曲線を取得する手段は、前記太陽光電源の出力のキャパシタの電圧を監視することを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記太陽光電源によって供給される電流は、前記キャパシタの充電中に該キャパシタの電圧を測定することによって取得されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記太陽光電源によって供給される電圧は、前記キャパシタの放電中に該キャパシタの電圧を測定することによって取得されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
−  前記太陽光電源によって供給される電力を求める手段と、
−  前記太陽光電源によって供給されて前記求められた電力から前記第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電圧及び最小電流を求める手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記装置は電力調整器の一部であり、該電力調整器は最大電流レベルまで動作可能であり、
前記第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる前記最小電圧は、前記太陽光電源によって供給されて前記求められた電力を前記電力調整器の前記最大電流レベルで除算した値に等しいことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は電力調整器の一部であり、該電力調整器は最小電圧レベルまで動作可能であり、
前記第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる前記最小電流は、前記太陽光電源によって供給されて前記求められた電力を前記電力調整器の前記最大電圧レベルで除算した値に等しいことを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する方法であって、該方法は、
−  前記太陽光電源の第１の電力曲線を取得するステップと、
−  前記第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出するステップと、
−  陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングするステップと
を含むことを特徴とする、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、太陽電池セル又はセルアレイのような太陽光電源の最大電力点を求めるための電力曲線測定の発生を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。太陽電池セルによって生成される電気エネルギーを経時的に抽出し、電力の形態で使用することができる。太陽電池セルによって供給される直流電力は、ＤＣ−ＤＣアップ／ダウンコンバータ回路及び／又はＤＣ／ＡＣインバータ回路のようなエネルギー変換デバイスに供給される。
【０００３】
しかしながら、太陽電池の電流−電圧特性により、出力電力は太陽電池セルから引き出される電流とともに非線形に変化する。電力−電圧曲線は、光放射レベルや動作温度のような気候変動に従って変化する。
【０００４】
太陽電池セル又はセルアレイを動作させる準最適点は、電力が最大となる電流−電圧曲線の領域又はその近傍である。この点は最大電力点（ＭＰＰ）と称される。
【０００５】
最大電力点の場所は未知であるが、計算モデルを通して又は探索アルゴリズムによって、その場所を特定することができる。
【０００６】
それゆえ、太陽電池セル又はセルアレイの動作点をその最大電力点に維持するために、最大電力点追跡技法が必要とされる。
【０００７】
電力−電圧曲線が気候変動に従って変化する際、最大電力点もまた気候変動に従って変化する。
【０００８】
そのため、常に最大電力点を特定することができる必要がある。
【０００９】
太陽電池アレイが部分的に陰になるとき、電流−電圧特性の形状は変更され、２つ以上の極大値を示す可能性がある。山登り法のような従来の最大電力点追跡法は、第２の極大値に捕捉される可能性があり、結果として不要な電力損につながる。
【００１０】
電力曲線測定を定期的に発生させることによって、最大電力追跡法を改善することができる。曲線が測定されると、全ての極大値を特定するように処理され、最も高い極大値が最大電力点として特定される。しかしながら、電力曲線の作成中、発電は必然的に中断及び／又は低減され、結果として幾らかの電力低下につながる。
【００１１】
発生頻度が高すぎる場合には、太陽光電源が陰になっていないときでも発電が著しく低下することになる。発生頻度が低すぎる場合には、太陽光電源が第２の極大値で運用されていることを推測できなくなり、結果として発電の低下につながる。
【００１２】
さらに、広い電圧範囲にわたって電力曲線測定を実現するには、エネルギー変換デバイスの入力キャパシタを放電及び充電させる必要がある。キャパシタ電圧の充放電サイクルを頻繁に繰り返すと、キャパシタの寿命に影響が及ぶ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、陰が存在しても正しく動作し、陰が存在しない場合の電力低下を抑制し、入力キャパシタの寿命に及ぼす影響が限定的である、ＭＰＰの追跡を提供可能な装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的のために、本発明は、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する装置に関する。この装置は、
−  太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段と、
−  第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段と、
−  陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングする手段と
を備える。
【００１５】
また、本発明は、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する方法に関する。この方法は、
−  太陽光電源の第１の電力曲線を取得するステップと、
−  第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出するステップと、
−  陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングするステップと
を含むことを特徴とする。
【００１６】
したがって、陰が存在するとき、電力曲線測定の頻繁なスケジューリングを実現することができる。陰が徐々に大きくなり、最大電力点追跡アルゴリズムが第２の極大値に捕捉されるとき、本発明は、第２の電力曲線から正しい極大値を検出し、電源の電圧を検出された極大値に適合させることができる。
【００１７】
特定の特徴によれば、陰の存在が検出された場合に、第２の電力曲線取得プロセスは、陰の存在が検出されない場合に第２の電力曲線がスケジューリングされる時間よりも早くスケジューリングされる。
【００１８】
したがって、陰が存在しないとき、電力曲線の少ない頻度のスケジューリングを実現することができる。陰が存在しないとき、電力曲線測定は少ない頻度で実現され、結果としてエネルギー変換デバイスの入力キャパシタの充電と放電のサイクルの回数が少なくなるとともに、電力曲線測定中の電力断から生じる電力低下が小さくなる。
【００１９】
特定の特徴によれば、装置は、
−  太陽光電源によって供給される電力の減少が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
−  電力の減少が所定の閾値を上回るときに第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備える。
【００２０】
したがって、陰の存在が検出されず、電力曲線測定が少ない頻度で実行される間であっても、新たな陰の発生を調べることができる。電力低下が発生する場合には、本発明は、電力低下が新たな陰の発生から生じているか否かを調べるために、スケジューリングよりも早く電力曲線測定をトリガーすることができる。結果として、陰がソーラーアレイを覆い始め、それにより電力が低下するとき、本発明は陰の存在を検出し、電力曲線測定が早くなるようにスケジューリングし直すことができる。本発明は複数の極大値の存在を見逃さず、太陽光電源上に陰が出現すると直ちに第１の極大値を選択する。
【００２１】
特定の特徴によれば、装置は、
−  最大電力追跡プロセス中の電圧変動が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
−  電圧変動が所定の閾値を上回るときに第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備える。
【００２２】
したがって、陰の存在が検出されず、電力曲線測定が少ない頻度で実行される間であっても、陰が著しい電力低下をもたらしていない場合でも、新たな陰の発生を調べることができる。新たな陰の発生から生じる電圧変動が検出される場合には、本発明は、検出された電圧変動が新たな陰の発生から生じているか否かを調べるために、スケジューリングよりも早く電力曲線測定をトリガーすることができる。結果として、陰がソーラーアレイを覆い始め、それにより最大電力点電圧が変動すると、本発明は陰の存在を検出し、電力曲線測定が早くなるようにスケジューリングし直すことができる。本発明は複数の極大値の存在を見逃さず、太陽光電源上に陰が出現すると直ちに第１の極大値を選択する。
【００２３】
特定の特徴によれば、太陽光電源の電力曲線を取得する手段は、太陽光電源の出力のキャパシタの電圧を監視する。
【００２４】
したがって、入力キャパシタがソーラーアレイにのみ接続されているとき、入力キャパシタ電圧の電圧時間変動はソーラーアレイの電流レベルを示しており、入力キャパシタの電圧の経時的変化から太陽光電源の電圧−電流特性を決定することができる。
【００２５】
特定の特徴によれば、太陽光電源によって供給される電流は、キャパシタの充電中に当該キャパシタの電圧を測定することによって取得される。
【００２６】
したがって、入力キャパシタが太陽光電源にのみ接続されているとき、入力キャパシタ電圧の電圧時間変動は太陽光電源の電流レベルを示しており、入力キャパシタの電圧の経時的変化から太陽光電源の電圧−電流特性を決定することができる。太陽光電源の電圧−電流特性の収集が迅速であるので、結果として発電の低下が抑制される。
【００２７】
特定の特徴によれば、装置は、
−  太陽光電源によって供給される電力を求める手段と、
−  太陽光電源によって供給されて求められた電力から第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電圧及び最小電流を求める手段と
を更に備える。
【００２８】
したがって、電力曲線測定のための電圧範囲を狭くすることができ、結果として、入力キャパシタの寿命が延長されるとともに、入力キャパシタの充電時間が短縮される。電力曲線測定から生じる発電低下が抑制される。
【００２９】
特定の特徴によれば、装置は電力調整器の一部であり、当該電力調整器は最大電流レベルまで動作可能であり、第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電圧は、太陽光電源によって供給されて求められた電力を電力調整器の最大電流レベルで除算した値に等しい。
【００３０】
したがって、電力調整器によって現時点で運用されている電力よりも低い電力を生じることになる電圧範囲では、電力曲線測定は実現されない。
【００３１】
特定の特徴によれば、装置は電力調整器の一部であり、当該電力調整器は最小電圧レベルまで動作可能であり、第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電流は、太陽光電源によって供給されて求められた電力を電力調整器の最大電圧レベルで除算した値に等しい。
【００３２】
したがって、電力調整器によって現時点で運用されている電力よりも低い電力を
生じることになる電流範囲では、電力曲線測定は実現されない。
【００３３】
本発明の特徴は、実施形態例の以下の説明を読むことからより明確になる。この説明は、添付図面を参照して行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（１ａ）は、太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。（１ｂ）は、太陽光電源の表面上に陰が存在するときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。
【図２】（２ａ）は、陰が存在しない太陽光電源の表面を表す図である。（２ｂ）は、太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。
【図３】（３ａ）は、大部分が陰で覆われている太陽光電源の表面を表す図である。（３ｂ）は、太陽光電源の表面の大部分が陰で覆われるときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。
【図４】（４ａ）は、部分的に陰で覆われている太陽光電源の表面を表す図である。（４ｂ）は、太陽光電源の表面が部分的に陰で覆われているときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。
【図５】本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例を示す図である。
【図６】本発明による太陽光電源の最大電力点を決定するために用いられる電力曲線測定の発生を制御するためのアルゴリズムを示す図である。
【図７】太陽光電源の端子に接続されるキャパシタの充電及び放電中に太陽光電源の電力曲線を決定するためのアルゴリズムの一例を示す図である。
【図８】（８ａ）は、太陽光電源上の陰の発生の一例を示す図である。（８ｂ）は、本発明が実施されないときの、最大電力点曲線決定の発生例を示す図である。（８ｃ）は、本発明が実施されるときの、最大電力点曲線決定の発生例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１ａは、太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。
【００３６】
図１ａの横軸には電圧値が示されている。電圧値はゼロ（null）値と開回路電圧ＶＯＣの間に含まれる。
【００３７】
図１ａの縦軸には電力値が示されている。電力値はゼロ値と最大電力点値の間に含まれる。図１ａにおいて、最大電力点値は１０で表されている。
【００３８】
図１ａに示される曲線は、１つの最大値１０のみを呈している。このような挙動は、太陽光電源上に陰が存在しない場合を表している。
【００３９】
図１ｂは、太陽光電源の表面上に陰が存在するときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。
【００４０】
図１ｂの横軸には電圧値が示されている。電圧値はゼロ値と開回路電圧ＶＯＣの間に含まれる。
【００４１】
図１ｂの縦軸には電力値が示されている。
【００４２】
図１ｂに示される曲線は、２つの極大値１１と１２を呈している。このような挙動は、太陽光電源上に陰が存在する場合を表している。
【００４３】
図２ａは、陰が存在しない太陽光電源の表面を表している。
【００４４】
図２ｂは、図２ａに示されるように太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。
【００４５】
図２ｂの曲線は図１ａの曲線に類似であり、これ以上説明しない。
【００４６】
図３ａは、大部分が陰で覆われている太陽光電源の表面を表している。
【００４７】
図３ａの例では、太陽光電源の表面の６０％が陰で覆われている。
【００４８】
図３ｂは、太陽光電源の表面の大部分が陰で覆われているときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。
【００４９】
図３ｂに示される曲線は、図２ｂにおいて太陽光電源によって供給される電力と比べて、太陽光電源によって供給される電力が著しく低下していることを示している。
【００５０】
図３ｂに示される曲線は、２つの極大値１４と１５を呈している。このような挙動は、太陽光電源上に陰が存在する状況を表している。
【００５１】
図４ａは、部分的に陰で覆われている太陽光電源の表面を表している。
【００５２】
図４ａの例では、太陽光電源の表面の４０％が陰で覆われている。
【００５３】
図３ａと図４ａの間の変化は、例えば、上空の太陽が動くことによって太陽光電源の表面上の陰になる部分が動くことに起因する。
【００５４】
図４ｂは、太陽光電源の表面が部分的に陰で覆われるときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。
【００５５】
図４ｂに示される曲線は、図２ｂにおいて太陽光電源ＰＶによって供給される電力と比べて、太陽光電源ＰＶによって供給される電力が著しく低下していることを示しており、図３ｂにおいて太陽光電源によって供給される電力と比べて、太陽光電源ＰＶによって供給される電力が増加していることを示している。
【００５６】
図４ｂに示される曲線は、２つの極大値１６と１７を呈している。このような挙動は、太陽光電源ＰＶ上に陰が存在する状況を表している。
【００５７】
図５は、本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例である。
【００５８】
エネルギー変換システムは、太陽電池セル若しくはセルアレイ又は燃料電池セルのような太陽光電源ＰＶを含んでいる。太陽光電源ＰＶは、ＤＣ−ＤＣステップダウン／ステップアップコンバータ及び／又はインバータとも呼ばれるＤＣ／ＡＣコンバータのようなエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに接続されている。エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの出力は、負荷Ｌｏに電気エネルギーを供給する。
【００５９】
エネルギー変換デバイスＣｏｎｖは、少なくとも１つのスイッチＳと、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力端子間に接続される少なくとも１つのキャパシタＣｉｎとを備えている。
【００６０】
太陽光電源ＰＶは、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力端子に接続されている。
【００６１】
太陽光電源ＰＶは、負荷Ｌｏに向けて電流を供給する。太陽光電源ＰＶによって供給される電流Ｉｉｎ及び電圧Ｖｉｎは、負荷Ｌｏによって使用される前に、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖによって出力電流Ｉｏｕｔ及び出力電圧Ｖｏｕｔに変換される。
【００６２】
本発明によれば、エネルギー変換システムは、コントローラデバイス５０を更に備えている。
【００６３】
コントローラデバイス５０は、一連の電力測定から調整電圧値を求める。調整電圧値は、太陽光電源ＰＶによって生成されるエネルギーを最大にする入力電圧値の推定値である。
【００６４】
ここで、コントローラデバイス５０によって用いられる一連の電力測定は、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力又は出力において実現することができることに留意されたい。
【００６５】
コントローラデバイス５０は、調整電圧値Ｖｐｖｒｅｆに従ってデューティサイクルを制御することによって、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力電圧を制御する。
【００６６】
デューティサイクルは、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの少なくとも１つのスイッチＳのオン／オフ状態を駆動する。
【００６７】
コントローラデバイス５０は、例えば、バス５０１によって互いに接続されたコンポーネントと、図６及び図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムによって制御されるプロセッサ５００とに基づくアーキテクチャを有している。
【００６８】
ここで、プロセッサ５００は、一変形では、後に開示するようなプロセッサ５００によって実行されるものと同じ動作を実行する、１つ又は幾つかの専用集積回路の形態で実装されることに留意されたい。
【００６９】
バス５０１は、プロセッサ５００を、リードオンリーメモリＲＯＭ５０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ５０３、アナログ／ディジタルコンバータＡＤＣ５０６、及びインターフェース５０５に連結する。
【００７０】
リードオンリーメモリＲＯＭ５０２は、図６及び図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含んでおり、これらの命令はコントローラデバイス５０に電源が投入されるとランダムアクセスメモリＲＡＭ５０３に転送される。
【００７１】
ＲＡＭメモリ５０３は、変数を受け取るように意図されたレジスタと、図６及び図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含んでいる。
【００７２】
アナログ／ディジタルコンバータ５０６は、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力と出力に接続され、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力と出力において電圧及び電流を２値情報に変換する。
【００７３】
プロセッサ５００は、インターフェースモジュール５０５を通して、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖによって適用されることになるデューティサイクルＤを転送する。
【００７４】
本発明によれば、コントローラデバイス５０は、
−  太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段と、
−  第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段と、
−  陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングする手段と
を備えている。
【００７５】
図６は、本発明による、太陽光電源の最大電力点を決定するために用いられる電力曲線測定の発生を制御するためのアルゴリズムである。
【００７６】
より厳密には、本アルゴリズムは、コントローラデバイス５０のプロセッサ５００によって実行される。
【００７７】
ステップＳ６００において、本アルゴリズムが開始され、変数ｔＰＣＥがゼロ値に初期化される。
【００７８】
次のステップＳ６０１において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶの出力電圧に対する太陽光電源ＰＶの出力電流変動を表す曲線を取得する時刻であるか否かを調べる。
【００７９】
この目的のために、プロセッサ５００は、現在の時刻が所定の時刻ｔＰＣＥよりも大きいか否かを調べる。
【００８０】
現在の時刻がｔＰＣＥよりも大きい場合には、プロセッサ５００はＳ６０４に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０２に進む。
【００８１】
ステップＳ６０２において、プロセッサ５００は、スイッチＳのデューティサイクルを変更するようにインターフェース５０５に指示し、太陽光電源ＰＶによって供給される電圧Ｖｉｎを、例えば１ボルトの増加量又は減少量だけ増加又は減少させる。このようなプロセスは、最大電力点の小さな変動を追跡するために用いられる。
【００８２】
次のステップＳ６０３において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶによって供給される電流値Ｉｉｎを取得するようにＡＤＣ５０６に指示し、太陽光電源ＰＶによって供給される電力を求める。
【００８３】
同じステップにおいて、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶによって供給される電力の電力降下が生じているか否かを調べる。
【００８４】
この目的のために、プロセッサ５００は、求められた電力が、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３によって構成されるループの前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を下回るか否かを調べる。
【００８５】
例えば、プロセッサ５００は、求められた電力が、前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を少なくとも２％〜７％下回るか否か、又は前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を少なくとも３％下回るか否かを調べる。
【００８６】
電力降下が生じている場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０４に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０１に戻る。
【００８７】
電力降下が生じていないか、又は現在の時刻がｔＰＣＥよりも小さい限り、プロセッサ５００はステップＳ６０１〜Ｓ６０３を実行し、求められた電力が、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３によって構成されるループの前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を上回る場合には、太陽光電源ＰＶによって供給される電圧をインクリメントし、求められた電力が、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３によって構成されるループの前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を上回る場合には、太陽光電源ＰＶによって与えられる電圧をデクリメントする。
【００８８】
ステップＳ６０４において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶの最大電力点を求めるための電力曲線測定値を取得するようにインターフェース５０５及びＡＤＣ５０６に指示する。
【００８９】
本発明の第１の実現形態によれば、プロセッサ５００は、スイッチＳのデューティサイクルを変更するように連続的にインターフェース５０５に指示し、コンバータＣｏｎｖの最小動作電圧から最大動作電圧までの一連の電圧をＶｉｎに印加し、各印加電圧において太陽光電源ＰＶによって供給される電流値ＩｉｎをＡＤＣ５０６から取得する。
【００９０】
本発明の第２の実現形態によれば、プロセッサ５００は、スイッチＳのデューティサイクルを変更するように連続的にインターフェース５０５に指示し、ステップＳ６０２において最後に印加された電圧ＶＳ６０２及びステップＳ６０３において測定された最後の電流ＩＳ６０３から求められた最小電圧Ｖｍｉｎから、ステップＳ６０２において最後に印加された電圧ＶＳ６０２及びステップＳ６０３において測定された最後の電流ＩＳ６０３から求められた最小電流Ｉｍｉｎまでの一連の電圧をＶｉｎに印加する。
【００９１】
最小電圧Ｖｍｉｎは、以下の式に従って求められる。
【数１】
2014081921.tif 000003
ただし、ＩＣｏｎｖｍａｘはエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに入力することができる最大電流である。
【００９２】
最小電流Ｉｍｉｎは、以下の式に従って求められる。
【数２】
2014081921.tif 000004
ただし、ＶＣｏｎｖｍａｘはエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに入力することができる最大電圧である。
【００９３】
図７を参照しながら開示されることになる第３の実現形態によれば、プロセッサ５００は、電力曲線測定値を取得するようにインターフェース５０５及びＡＤＣ５０６に指示する。そのために、インターフェース５０５は、最小電圧Ｖｍｉｎまでの電圧ランプを指示し、ＡＤＣ５０６は、キャパシタＣｉｎの放電中に電圧Ｖｉｎのサンプルを取り込む。電圧Ｖｉｎのサンプルが最小電圧Ｖｍｉｎに達したことを示すと、インターフェース５０５は、太陽光電源ＰＶによって入力キャパシタＣｉｎを充電するように指示する。ＡＤＣ５０６は、キャパシタＣｉｎの充電中に電圧Ｖｉｎのサンプルを取り込み、プロセッサ５００は、電圧のサンプルから電流Ｉｉｎを導出する。電流Ｉｉｎのサンプルが最小電流Ｉｍｉｎに達したことを示すと、インターフェース５０５は、キャパシタＣｉｎの充電を中止する。
【００９４】
次のステップＳ６０５では、プロセッサ５００は、ステップＳ６０４において取得された電圧／電流の対を用いて解析を実行する。
【００９５】
プロセッサ５００は、電力曲線内に１つ又は複数の極大値が存在するか否かを判断するために、電圧／電流の対を解析することができる。
【００９６】
プロセッサ５００は、電圧／電流の対から取得された電力曲線の曲線因子を求めることができる。
【００９７】
この目的のために、プロセッサ５００は、最大電力点電流ＩＭＰ値及び電圧値ＶＭＰを求め、以下の式を計算することができる。
【数３】
2014081921.tif 000005
ただし、ＩＳＣは太陽光電源の短絡電流であり、ＶＯＣは太陽光電源ＰＶの開放電圧である。
【００９８】
プロセッサ５００は、電力曲線の不連続な凹部があるか否かを調べることができる。
【００９９】
次のステップＳ６０６において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在するか否かを判断する。
【０１００】
プロセッサ５００は、電力曲線内に２つ以上の極大値が存在する場合には、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在すると判断する。
【０１０１】
プロセッサ５００は、曲線因子が所定の値、例えば０．７未満である場合には、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在すると判断することができる。
【０１０２】
プロセッサ５００は、電力曲線に不連続な凹部が存在する場合には、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在すると判断することができる。
【０１０３】
太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在する場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０７に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０８に進む。
【０１０４】
ステップＳ６０７において、プロセッサ５００は、変数ｔＰＣＥを第１の所定の値Ｔｓｈａｄｏｗだけインクリメントする。
【０１０５】
その後、プロセッサ５００はステップＳ６０９に進む。
【０１０６】
ステップＳ６０８において、プロセッサ５００は、変数ｔＰＣＥを第２の所定の値Ｔｎｏｓｈａｄｏｗだけインクリメントする。第１の所定の値Ｔｓｈａｄｏｗは、第２の所定の値Ｔｎｏｓｈａｄｏｗよりも小さい。例えば、Ｔｎｏｓｈａｄｏｗは１分間に等しく、Ｔｎｏｓｈａｄｏｗは１時間に等しい。
【０１０７】
その後、プロセッサ５００はステップＳ６０９に進む。
【０１０８】
ステップＳ６０９において、プロセッサ５００は、ステップＳ６０４において取得された電圧及び電流サンプルから、最大電力点電流ＩＭＰ値及び電圧値ＶＭＰを求める。
【０１０９】
次のステップＳ６１０において、プロセッサ５００は、最大電力点電圧値ＶＭＰに対応するデューティサイクルをスイッチＳに印加するようにインターフェース５０５に指示する。
【０１１０】
その後、プロセッサ５００はステップＳ６０１に戻る。
【０１１１】
図７は、太陽光電源の端子に接続されているキャパシタの充電中及び放電中に太陽光電源の電力曲線を決定するためのアルゴリズムの一例である。
【０１１２】
本アルゴリズムは、第３の実現形態に従って、図６のアルゴリズムのステップＳ６０４の代わりに実行される。
【０１１３】
ステップＳ７００において、アルゴリズムが開始される。
【０１１４】
次のステップＳ７０１において、プロセッサ５００は、ステップＳ６０３において測定された最後の電流ＩＳ６０３と、ステップＳ６０２における最後の印加電圧ＶＳ６０２とを取得する。
【０１１５】
次のステップＳ７０２において、プロセッサ５００は、以下の式に従って、最小電圧Ｖｍｉｎ及び最小電流Ｉｍｉｎを求める。
【数４】
2014081921.tif 000006
【０１１６】
次のステップＳ７０３において、プロセッサ５００は、インターフェース５０５及びスイッチＳを通して、キャパシタＣｉｎを放電するように指示する。
【０１１７】
時間のアフィン関数のような放電曲線を取得するために、キャパシタＣｉｎの放電はスイッチＳのデューティサイクルを連続的に変更することによって実行される。
【０１１８】
次のステップＳ７０４において、プロセッサ５００は、キャパシタＣｉｎの放電中に電圧Ｖｉｎのサンプルを取り込むようにＡＤＣ５０６に指示する。
【０１１９】
次のステップＳ７０５において、プロセッサ５００は、電圧Ｖｉｎが最小電圧Ｖｍｉｎよりも小さいか否かを調べる。
【０１２０】
電圧Ｖｉｎが最小電圧Ｖｍｉｎよりも小さい場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０６に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０３に戻る。
【０１２１】
ステップＳ７０６において、プロセッサ５００は、インターフェース５０５及びスイッチＳを通して、キャパシタＣｉｎを充電するように指示する。スイッチＳに指示すると、キャパシタＣｉｎは太陽光電源ＰＶにのみ接続され、太陽光電源ＰＶの電流によって充電される。
【０１２２】
キャパシタＣｉｎを太陽光電源ＰＶ以外にも接続するようにスイッチＳの状態が変更されるまで、キャパシタＣｉｎの電圧は、太陽光電源ＰＶの電流がキャパシタＣｉｎを充電するにつれて、時間の経過とともに連続的に増加する。一例として、スイッチＳの状態は、ステップＳ６１０において開示されたように変更される。
【０１２３】
次のステップＳ７０７において、プロセッサ５００は、キャパシタＣｉｎの充電中に電圧Ｖｉｎのサンプルを取り込むようにＡＤＣ５０６に指示する。
【０１２４】
次のステップＳ７０８において、プロセッサ５００は、キャパシタＣｉｎを通って流れる電流Ｉｉｎを推定するだけの十分な数のＶｉｎサンプルが取り込まれたか否かを調べる。
【０１２５】
例えば、キャパシタＣｉｎを通って流れる電流Ｉｉｎを確実に推定するためには、Ｎ＝４個のサンプルが必要である。
【０１２６】
Ｖｉｎのサンプルが受ける雑音レベルによっては、更に多くのサンプル数Ｎが用いられる場合もある。
【０１２７】
十分な数のＶｉｎサンプルが取り込まれた場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０９に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０７に戻る。
【０１２８】
次のステップＳ７０９において、プロセッサ５００は、キャパシタＣｉｎを通って流れる電流を推定する。
【０１２９】
電圧導関数を取得するために、キャパシタＣｉｎの静電容量値に直前に測定されたＮ個の電圧サンプルの時間導関数を乗算することによって、キャパシタ電流Ｉｉｎが求められる。電圧導関数は、フィッティング数学的関数、例えば実数の係数を有する多項式関数を通して取得される。
【０１３０】
フィッティング数学関数は、所与の時間サンプルに対する処理された電圧を取得するために、連続的な時間サンプルｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）において測定された電圧サンプルｙｉと数学関数ｆ（ｘｉ）との差の二乗和を最小化することによって取得される。これは、以下のように行われる。
【０１３１】
Ｎ個のサンプル（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）．．．（ｘＮ，ｙＮ）が与えられると、必要なフィッティング数学関数を、例えば以下の形に書くことができる。
【数５】
2014081921.tif 000007
ただし、ｆｊ（ｘ）（ｊ＝１，２．．．Ｋ）はｘの数学関数であり、Ｃｊ（ｊ＝１，２．．．Ｋ）は当初は未知の定数である。
【０１３２】
ｆ（ｘ）とｙの実際の値との差の二乗和は、以下によって与えられる。
【数６】
2014081921.tif 000008
【０１３３】
この誤差項は、定数Ｃｊ（ｊ＝１，２，．．．Ｋ）の各々についてＥの１階偏導関数を取り、その結果をゼロにすることによって最小化される。したがって、対称なＫ元連立方程式が得られ、これがＣ１、Ｃ２、．．．、ＣＫについて解かれる。この手順は、最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムとしても知られている。
【０１３４】
Ｖｉｎの電圧サンプルを用いて、各サンプルに対して移動する所定の窓において、適切な数学関数、例えば実係数を有する多項式関数のフィッティングに基づいて曲線が取得される。したがって、電圧はフィルタリングされ、その導関数を窓の中心点すべてに対して非常に簡単かつ直接的な方法で同時に計算することができ、それにより、いかなる追加の電流センサも必要とすることなく電流Ｉｉｎが求められる。
【０１３５】
次のステップＳ７１０において、プロセッサ５００は、ステップＳ７０９において推定された電流値がステップＳ７０２において求められた最小電流Ｉｍｉｎよりも小さいか否かを調べる。
【０１３６】
ステップＳ７０９において推定された電流値が最小電流Ｉｍｉｎよりも小さい場合には、プロセッサ５００は図６のステップＳ６０５に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０７に戻る。
【０１３７】
図８ａは、太陽光電源上において陰が生じる一例である。
【０１３８】
横軸には時間が表されており、縦軸には太陽光電源ＰＶによって供給される最大電力が示されている。
【０１３９】
図８ａにおいて、８００と８０２で表される２つの期間中に、太陽光電源ＰＶの表面上に陰がある。期間８０１中に太陽光電源ＰＶ上を雲が通過する。
【０１４０】
図８ａに示されるように、太陽光電源ＰＶによって供給される電力は、これらの期間中に大きく変化して低下する。
【０１４１】
図８ｂは、本発明が実施されない場合における、最大電力点曲線決定の発生の一例である。
【０１４２】
横軸には時間が表されており、縦軸には電力曲線の決定の発生が表されており、同一のタイミングＴｓｈａｄｏｗ及びＴｎｏｓｈａｄｏｗが用いられる。
【０１４３】
図８ｂにおいて見ることができるように、電力曲線の決定の発生頻度は高い。そのような場合、太陽光電源ＰＶは電力曲線の決定中に負荷Ｌｏに電力を供給しないので、太陽光電源ＰＶによって供給される全エネルギーは減少する。
【０１４４】
図８ｃは、本発明が実施される場合における、最大電力点曲線決定の発生の一例である。
【０１４５】
横軸には時間が表されており、縦軸にはステップＳ６０４において開示されたような電力曲線の決定の発生が表されている。ステップＳ６０４では、異なるタイミングＴｓｈａｄｏｗ及びＴｎｏｓｈａｄｏｗが用いられる。
【０１４６】
期間８００が終わると、プロセッサ５００は、陰が存在しないことを検出し、長いタイミングＴｎｏｓｈａｄｏｗによる電力曲線推定のスケジューリングを開始する。
【０１４７】
期間８０１において、雲の存在に起因する電力降下が検出され、電力曲線が直ちに作成される。プロセッサ５００は、測定された電力曲線を解析し、複数の極大値が存在しないと判断する。プロセッサ５００は、長いタイミングＴｎｏｓｈａｄｏｗによる電力曲線推定のスケジューリングを再開する。
【０１４８】
期間８０２において、太陽光電源ＰＶに夕暮れの陰がかかることに起因する電力降下が検出され、電力曲線が直ちに作成される。プロセッサ５００は、測定された電力曲線を解析し、太陽光電源ＰＶに夕暮れの陰がかかることから生じる複数の極大値が存在すると判断する。プロセッサ５００は、短いタイミングＴｓｈａｄｏｗによる電力曲線推定のスケジューリングを再開する。図８ｃにおいて見ることができるように、本発明によれば、太陽光電源ＰＶの表面上に陰がない限り、電力曲線の決定の発生は大きく減少するか又はゼロ値まで減少する。太陽光電源ＰＶの表面上に陰が検出されると直ちに、本発明は電力曲線の決定の発生頻度を高める。
【０１４９】
当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。
【図１】
2014081921.tif 000009
【図２】
2014081921.tif 000010
【図３】
2014081921.tif 000011
【図４】
2014081921.tif 000012
【図５】
2014081921.tif 000013
【図６】
2014081921.tif 000014
【図７】
2014081921.tif 000015
【図８】
2014081921.tif 000016
【外国語明細書】
2014081921.tif 000017
2014081921.tif 000018
2014081921.tif 000019
2014081921.tif 000020
2014081921.tif 000021
2014081921.tif 000022
2014081921.tif 000023
2014081921.tif 000024
2014081921.tif 000025
2014081921.tif 000026
2014081921.tif 000027
2014081921.tif 000028
2014081921.tif 000029
2014081921.tif 000030
2014081921.tif 000031
2014081921.tif 000032
2014081921.tif 000033
2014081921.tif 000034
2014081921.tif 000035
2014081921.tif 000036
2014081921.tif 000037
2014081921.tif 000038
2014081921.tif 000039
2014081921.tif 000040
2014081921.tif 000041
2014081921.tif 000042