(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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前記基準動作電圧よりも前記太陽電池からの出力電圧が下回っている時間に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化方向を反転させ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】
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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前回の前記基準動作電圧の変化幅よりも今回の前記基準動作電圧と前記太陽電池からの出力電圧との差が上回った場合、前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化方向を反転させ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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前記基準動作電圧よりも前記太陽電池からの出力電圧が下回っている時間に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化開始位置を変更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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前回の前記基準動作電圧の変化幅よりも今回の前記基準動作電圧と前記太陽電池からの出力電圧との差が上回った場合、前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化開始位置を変更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、変化幅ΔＶＳが一定のため、変化幅ΔＶＳを小さくした場合、太陽電池の最大電力Ｐへ高速に移行できず、変化幅ΔＶＳを大きくした場合、太陽電池の最大電力Ｐ近傍での振れ幅が大きくなるという問題点を有していた。また、太陽電池から出力される出力電流及び出力電圧から出力電力を高速に演算するための演算回路を必要とするとともに、出力電力は検出された２値から算出されるため、検出ノイズの影響を受けやすいという問題点を有していた。
【０００８】
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、太陽電池の最大出力制御を高速かつ精度よく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。
【０００９】
【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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前記基準動作電圧よりも前記太陽電池からの出力電圧が下回っている時間に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化方向を反転させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前回の前記基準動作電圧の変化幅よりも今回の前記基準動作電圧と前記太陽電池からの出力電圧との差が上回った場合、前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化方向を反転させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前記基準動作電圧よりも前記太陽電池からの出力電圧が下回っている時間に基づいて前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化開始位置を変更するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
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、前記太陽電池に与える基準動作電圧を所定時間毎に変化させていき、その際の前記太陽電池からの出力電圧が前記基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて次に与える前記基準動作電圧の変化幅を変更するようにするとともに、前記所定時間内にあって、前回の前記基準動作電圧の変化幅よりも今回の前記基準動作電圧と前記太陽電池からの出力電圧との差が上回った場合、前記太陽電池に与える基準動作電圧の変化開始位置を変更するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【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。
【００１４】
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は電流制御回路である。
【００１５】
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の位相を制御する。
【００１６】
ここで最大電力制御回路２３の動作について図２及び図３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。
【００１７】
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となるように設定する。そして、所定のサンプリング周期Ｔで基準動作電圧を所定の変化幅で減少させていく。図３に示すように、この変化幅は、最初は予め与えられた変化幅ΔＶであるが、２回目移行は基準動作電圧が変更されてから基準動作電圧に太陽電池１０から出力される電圧が到達するまでの時間ｔ１に基づいて変化幅が変更されるようになっている。なお、図３において実線は基準動作電圧を示し、破線は実際に太陽電池１０から出力される電圧を示している。
【００１８】
本実施の形態にあっては、到達するまでの時間ｔ１が長いほど変化幅ΔＶが大きくなるように設定されている。したがって、基準動作電圧は高速に最大電力Ｐ近傍に到達することになる。
【００１９】
基準動作電圧が最大電力Ｐ近傍に到達し、太陽電池１０から出力される電圧が基準動作電圧を下回る時間が長くなると、本実施の形態に係る最大電力制御回路２３は基準動作電圧の変化方向を反転する。すなわち、図４に示すように、所定時間Ｔ内において太陽電池１０から出力される電圧が基準動作電圧を上回っている時間（ｔ５＋ｔ６）と下回っている時間（ｔ７＋ｔ８）とを比較し、下回っている時間（ｔ７＋ｔ８）が長い場合は、基準動作電圧の変化方向を反転させ、時間ｔ５に基づいて変化幅ΔＶ５を出力するのである。
【００２０】
以上の手続きが繰り返されることにより、太陽電池１０の基準動作電圧は出力電力が増加する方向に移動させられていき、最終的には最大電力Ｐを中心として振れることになる。この振れ幅は太陽電池１０からの出力が基準動作電圧に到達するまでの時間で決定されることになるため、最大電力Ｐ近傍にあっては小さくすることが可能となり、精度良く安定に最大電力Ｐを得ることが可能になる。また、太陽電池１０から出力される電力を演算する必要がないため、検出ノイズによる誤った制御を行うことを防止することが可能になるとともに、最大電力を高速に演算する回路を省略することが可能になる。
【００２１】
なお、反転の基準は上述のものに限られるものではなく、図５に示すように、所定時間Ｔ内にあって、前回の基準動作電圧の変化幅Δ８よりも今回の前記基準動作電圧と太陽電池１０からの出力電圧との差Ｖ９が上回った場合、基準動作電圧が最大電力Ｐ近傍に到達したとして太陽電池１０に与える基準動作電圧の変化方向を反転させるようにしてもよい。
【００２２】
また、反転による制御を行うことなく、上述の基準により最大電力Ｐ近傍に基準動作電圧があることが分かったところで、その時の基準動作電圧よりも所定値だけ高い基準動作電圧Ｖｎを新たな基準動作電圧の開始点として、基準動作電圧を変更していくようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、太陽電池の基準動作電圧を最大電力発生電圧に一致させる制御において、基準動作電圧の変化幅を太陽電池の出力電圧が基準動作電圧に到達するまでの時間に基づいて変更するようにしているので、最大電力から離れたところにある基準動作電圧は素早く最大電力発生電圧近傍に到達するとともに、最大電力近傍においては精密な追従がなされる。また、出力電力の演算を不要とするため、検出ノイズによる誤った制御を低減するとともに、出力電力の高速な演算回路を必要としないため、安価に制御を行うことが可能になる。
【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
【図１】
0003567812.tif 000002
【図２】
0003567812.tif 000003
【図３】
0003567812.tif 000004
【図４】
0003567812.tif 000005
【図５】
0003567812.tif 000006
【図６】
0003567812.tif 000007