(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に追従制御するために電力変換装置により制御される基準動作電圧を設定する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を変化させていく際、基準動作電圧が減少方向にあり前記太陽電池からの出力電力が増加方向にあるときの前記基準動作電圧の変化幅の最大値に対して、基準動作電圧が増加方向にあり前記太陽電池からの出力電力が増加方向にあるときの前記基準動作電圧の変化幅の最大値が小さくなるようにしたことを特徴とする太陽電池の最大電力制御方法。
【請求項２】
前記基準動作電圧の変化幅の最大値を前記太陽電池の出力電力に応じて変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池の最大電力制御方法。
【請求項３】
太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定変化幅で変化させていく際、前記太陽電池から出力される電圧と前記基準動作電圧との差が所定幅以上の場合は、前記基準動作電圧を変更して前記基準動作電圧と前記太陽電池の出力電圧との差を小さくするようにしたことを特徴とする太陽電池の最大電力制御方法。
【請求項４】
太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定変化幅で変化させていく際、前記太陽電池から出力される電圧と前記基準動作電圧との差が所定時間内に所定幅に収束しない場合は、前記基準動作電圧を大きくするようにしたことを特徴とする太陽電池の最大電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を電源とし、その太陽電池からインバータ等で構成される電力変換装置を介して最大電力を効率よく取り出すための太陽電池の最大電力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池を電源とし、インバータ等の電力変換装置を介して所定の電力を供給する電源装置が注目されている。この太陽電池は、太陽電池に入射する日射量をパラメータとした場合、日射量の増大に従って電力が増大する傾向を有しており、また、その太陽電池の動作点により出力電力が大幅に変動する特性を有している。
【０００３】
このような特性を有する太陽電池から最大電力を効率よく取り出すために、特開昭５７−２０６９２９号公報等には、山登り法といわれる最大電力点追尾制御が提案されている。
【０００４】
このものにあっては、一定の日射量の下において太陽電池が、図６に示すように、電圧−電力特性を有している場合、先ず太陽電池の出力電圧の基準動作電圧を開放電圧ＶＯＰから所定のサンプリング周期で一定の変化幅ΔＶＳで減少させていく。この間、電力は図中矢印ａの方向に増加して行く。すると、電力が最大電力Ｐを越え矢印ｂの方向に減少して行く。この電力の減少を検出すると、今度は基準動作電圧を変化幅ΔＶＳで増加させる。これにより、電力は図中矢印ｃ方向に増加し、やがて最大電力Ｐを越え矢印ｄ方向に減少し始める。そこでこの電力の減少を検出して、再び基準動作電圧を変化幅ΔＶＳで減少させる方向へ変化させる。以上の動作を繰り返して行くことにより基準動作電圧を最大電力Ｐ近傍で往復させ、太陽電池の最大電力Ｐを常に追従させている。
【０００５】
しかしながら、上記のように基準動作電圧を一定の変化幅ΔＶＳで変化させるようにすると、変化幅ΔＶＳが小さい場合は追従性が悪くなり、変化幅ΔＶＳが大きい場合は最大電力Ｐでの振れ幅が大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、特公平５−６８７２２号記載のものにあっては、基準動作電圧を変化させることにより生じた出力電力の変化量に応じて、基準動作電圧の変化幅ΔＶＳを変更するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した従来法では、基準動作電圧の変化に対する安定性が考慮されておらず、精度良く最大電力Ｐを追従することが困難であるという問題点を有していた。
【０００８】
一般に、動作電圧は太陽電池に接続された電力変換装置に与える電流指令値を変化させることにより追従制御される。そして、太陽電池の電圧−電力特性曲線において最大電力Ｐよりも左側の領域Ｉと右側の領域ＩＩとでその特性が大きく異なる。すなわち、電流指令値を変化させたことによる基準動作電圧の変化量は、領域ＩＩに比して領域Ｉの方が大きくなるという特性を有している。
【０００９】
したがって、領域Ｉにおける制御では、電流指令値の変化に対して太陽電池の動作電圧が大きく変化することになるため、例えば、電流指令値の設定に少しでも誤差が生じると太陽電池の動作電圧が基準動作電圧から大きく外れることになる。つまり、領域ＩＩにおける制御と比較して領域Ｉにおける制御にあっては、電流指令値を変化させることによる安定した制御が困難となるのである。特に、最大電力を素早く出力させるためには、電流指令値を大きく変化させ基準動作電圧を大きく動かすことが必要になるが、領域Ｉにあっては電流指令値を大きく動かす程、太陽電池の出力電圧を基準動作電圧に一致させることは困難になる。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、太陽電池の最大電力制御を素早く安定に行うことができる最大電力制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に追従制御するために電力変換装置により制御される基準動作電圧を設定する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を変化させていく際、基準動作電圧が減少方向にあり前記太陽電池からの出力電力が増加方向にあるときの前記基準動作電圧の変化幅の最大値に対して、基準動作電圧が増加方向にあり前記太陽電池からの出力電力が増加方向にあるときの前記基準動作電圧の変化幅の最大値が小さくなるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の太陽電池の最大電力制御方法において、前記基準動作電圧の変化幅の最大値を前記太陽電池の出力電力に応じて変化させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定変化幅で変化させていく際、前記太陽電池から出力される電圧と前記基準動作電圧との差が所定幅以上の場合は、前記基準動作電圧を変更して前記基準動作電圧と前記太陽電池の出力電圧との差を小さくするようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定変化幅で変化させていく際、前記太陽電池から出力される電圧と前記基準動作電圧との差が所定時間内に所定幅に収束しない場合は、前記基準動作電圧を大きくするようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る太陽電池の最大電力制御方法について図１乃至図５に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は太陽電池から最大電力を取り出す装置の一例である。１０は太陽電池、１１はインバータ、１３は商用電力系統、２１は電流検出器、２２は電圧検出器、２３は最大電力制御回路、２４は誤差増幅器、２５は電流制御回路、２６は電流検出器である。
【００１７】
太陽電池１０の直流出力はインバータ１１において交流に変換され、保護継電器等を介して商用電力系統１３と連系されている。太陽電池１０の出力電流及び出力電圧は、電流検出器２１及び電圧検出器２２で検出され、その検出値は最大電力制御回路２３に入力される。最大電力制御回路２３では、入力された値に基づき基準動作電圧を出力する。基準動作電圧は電圧検出器２２により検出された値と比較され、その偏差は誤差増幅器２４により増幅されて電流制御回路２５に入力される。電流制御回路２５では、誤差増幅器２４からの偏差に応じてこの偏差が零になるようにインバータ１１の出力を制御する。また、電流制御回路２５では、電流検出回路２６から得られるインバータ１１の出力電流がインバータ１１に与えられる電流指令値と一致するように制御がなされる。
【００１８】
ここで最大電力制御回路２３の動作について図２に基づき説明する。太陽電池１０は一定の日射量及び温度にあっては、図２に示すような特性を有しており、最大電力点Ｐにおいて動作させることが理想である。
【００１９】
最大電力制御回路２３にあっては、最初、太陽電池の動作点電圧が開放電圧ＶＯＰとなるように電流指令値（この時の電流指令値は零である）を出力する。そして、所定のサンプリング周期で電流指令値を変化させ、基準動作電圧を所定の変化幅で増加させていく。この変化幅は、今回サンプリングした出力電力と前回サンプリングした出力電力との差、すなわち太陽電池１０の出力電力の変化幅に基づいて、所望とする基準動作電圧が演算されるように設定される。
【００２０】
この変化幅は図２に示すような関係を有している。すなわち、今回サンプリングした出力電力と前回サンプリングした出力電力との差ΔＰと係数ｋとの積が、ΔＰ１より大きい場合は変化幅をΔＶ１に設定し、−ΔＰ２より小さい場合は−ΔＶ２に設定するようになっている。また、今回サンプリングした出力電力と前回サンプリングした出力電力との差ΔＰが上記以外の時の変化幅ΔＶは、電力変化量ΔＰに比例して設定される。
【００２１】
なお、基準動作電圧が増加方向に変化されたことにより電力変化量ΔＰが生じた場合は係数ｋ＝＋１であり、前回の基準動作電圧が減少方向に変化されたことにより電力変化量ΔＰが生じた場合は係数ｋ＝−１である。また、電力変化量ΔＰ×係数ｋと変化幅ΔＶの正負については同一に設定されており、電力変化量ΔＰと係数ｋとの積が負であるとき、すなわち基準動作電圧を増加方向に変化させたときの出力電力が減少方向傾向にある場合、基準動作電圧を減少方向に変化させたときの出力電力が増加方向傾向にある場合、基準動作電圧の変化方向が減少方向に変化させることを意味している。
【００２２】
したがって、太陽電池１０の電圧−電力特性曲線において最大電力Ｐよりも左側の領域Ｉにおいて基準動作電圧を変化させるときの基準動作電圧の変化幅ΔＶの最大変化量ΔＶ２に対して、最大電力Ｐよりも右側の領域ＩＩにおいて基準動作電圧を変化させるときの基準動作電圧の変化幅ΔＶの最大変化量ΔＶ１の方が大きくなるようになっている。
【００２３】
これにより、最大電力Ｐを中心として基準動作電圧が左右に振れることになるが、その振れ幅ΔＶは、電力変化量ΔＰが大きければ大きく、電力変化量ΔＰが小さければ小さく設定されることになるため、最大電力を精度良くかつ安定的に行うことが可能になる。また、本実施の形態にあっては、領域Ｉにおいて最大電力Ｐから外れたとしても領域ＩＩに比べて基準動作電圧が大きく変動することはないため、これにより基準動作電圧の高精度な制御が困難となる領域Ｉでの基準動作電圧を大きく変化させる制御を避けることが可能になるため、太陽電池の最大電力Ｐ制御を精度よく安定的に行うことが可能になる。
【００２４】
なお、その時の出力電力の大きさに応じて、電力変化量ΔＰに対する基準動作電圧の変化量ΔＶの変化量を変更するようにしてもよい。すなわち、その時の出力電力に応じて、例えば、低日射時にあっては図３に示すような変化幅を用いるのである。これにより、太陽電池１０の電圧−電力特性が高日射時のときよりも急峻とならない低日射時において、基準動作電圧を小さく変動させることで最大電力Ｐ近傍で基準動作電圧が大きくふらつくことを防止することが可能になる。
【００２５】
また、図４（ａ）に示すように、太陽電池１０から出力される電圧Ｖａと基準動作電圧Ｖｇとの差が所定幅以上（図４において３０Ｖ以上）の場合は、所定変化幅を小さく設定し直す（図４（ｂ）においてＶｇ’）ようにしてもよい。これにより、太陽電池１０から出力される電圧Ｖａが基準動作電圧Ｖｇに到達するまでの時間を短縮することが可能になるため、太陽電池１０の特性に急激な変化が生じたとしても、素早くその特性に対して対応することが可能になる。
【００２６】
また、太陽電池１０から出力される電圧Ｖａと基準動作電圧Ｖｇが大きく外れていると、基準動作電圧Ｖｇの演算過程にノイズによる影響が生じている可能性があるが、再度演算し直し新たな基準動作電圧Ｖｇ’を与えることになるため、ノイズ等の影響を低減することが可能になる。さらに、不安定な領域Ｉでの動作を防止することが可能になる。
【００２７】
また、太陽電池１０からの出力電力の変化量ΔＰに基づいて太陽電池１０に与える基準動作電圧を所定変化幅ΔＶで変化させていく際、太陽電池１０から出力される電圧と基準動作電圧との差が所定時間内ｔに所定幅ΔＶｃ以内に収束しない場合は、基準動作電圧を少し高い電圧に設定し直すようにしてもよい。すなわち、図５に示すように、時間Ｔ０において基準動作電圧を変化させたところ出力電圧が時間ｔにわたってΔＶｃに収束せず安定しない場合は、時間ｔが経過したところで変化幅ΔＶをそれより大きな設定値Ｖ’に設定し直すのである。これにより、太陽電池１０から出力される電圧と基準動作電圧との差の収束性を高め、安定的な制御を行うことが可能になる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に追従制御するために電力変換装置により制御される基準動作電圧を設定する方法において、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を変化させていく際、基準動作電圧が減少方向にあり前記太陽電池からの出力電力が増加方向にあるときの前記基準動作電圧の変化幅の最大値に対して、基準動作電圧が増加方向にあり前記太陽電池からの出力電力が増加方向にあるときの前記基準動作電圧の変化幅の最大値が小さくなるようにしたので、不安定領域における基準動作電圧の大きな変化を避けることができるため、太陽電池の最大電力制御を素早く安定に行うことができる最大電力制御方法を提供することが可能になるという効果を奏する。
【００２９】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の太陽電池の最大電力制御方法において、前記基準動作電圧の変化幅の最大値を前記太陽電池の出力電力に応じて変化させるようにしたので、特に低日射時において変化幅の大きな制御を避け、安定した制御をさせることが可能になるという効果を奏する。
【００３０】
請求項３記載の発明にあっては、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定変化幅で変化させていく際、前記太陽電池から出力される電圧と前記基準動作電圧との差が所定幅以上の場合は、前記基準動作電圧を変更して前記基準動作電圧と前記太陽電池の出力電圧との差を小さくするようにしたので、基準動作電圧への推移時間を短縮することができるため、安定して高速な制御を行うことが可能になるという効果を奏する。
【００３１】
請求項４記載の発明にあっては、太陽電池から電力変換装置を介して取り出される電力を最大電力に制御する方法において、前記太陽電池からの出力電力の変化量に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定変化幅で変化させていく際、前記太陽電池から出力される電圧と前記基準動作電圧との差が所定時間内に所定幅に収束しない場合は、前記基準動作電圧を大きくするようにしたので、前記所定幅に収束しない不安定な状態を避け、安定して高速な制御を行うことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池から最大電力を取り出す装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る電力変化量と基準動作電圧の変化幅との関係を示す太陽電池の特性図である。
【図３】本実施の形態に係る最大電力制御方法を示す太陽電池の特性図である。
【図４】本実施の形態に係る他の最大電力制御方法を示す太陽電池の特性図である。
【図５】本実施の形態に係る他の最大電力制御方法を示す太陽電池の特性図である。
【図６】従来の最大電力制御方法を示す太陽電池の特性図である。
【符号の説明】
１０  太陽電池
１１  インバータ
１３  商用電力系統
２１  電流検出器
２２  電圧検出器
２３  最大電力制御回路
２４  誤差増幅器
２５  電流制御回路
２６  電流検出器
【図１】
0003567810.tif 000002
【図２】
0003567810.tif 000003
【図３】
0003567810.tif 000004
【図４】
0003567810.tif 000005
【図５】
0003567810.tif 000006
【図６】
0003567810.tif 000007