(57)【要約】  太陽光エネルギー利用システム（１００）は、ソーラーパネル（１０１）と、ソーラー出力電力で駆動されるモータ（１２２）と、駆動中のモータの失速を防止するモータ失速防止装置を備え、モータ失速防止装置として次のいずれかが選択される：（ａ）ソーラー出力電圧を、ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限するモータ失速防止装置、（ｂ）ソーラー出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限するモータ失速防止装置、（ｃ）ソーラーパネルに並列接続されてソーラーパネルが発電した電力を蓄積するキャパシタ（３１７）により構成されるモータ失速防止装置。
2014119145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
ソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルが出力する電力により駆動されるモータと、
駆動中の前記モータの失速を防止するモータ失速防止装置を備え、
前記モータ失速防止装置として次のいずれかが選択される：
（ａ）前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限するモータ失速防止装置、
（ｂ）前記ソーラーパネルの出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限するモータ失速防止装置、
（ｃ）前記ソーラーパネルに並列接続されて前記ソーラーパネルが出力した電力を蓄積するキャパシタにより構成されるモータ失速防止装置。
【請求項２】
請求項１の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置が選択され、
前記モータ失速防止装置は、前記ソーラーパネルの出力電圧Ｖが、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する最大電力出力電圧Ｖｍおよび所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１に対して
Ｖ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１
となるように制御する。
【請求項３】
請求項２の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置は、前記最大電力出力電圧Ｖｍと前記出力電圧Ｖの差が前記オフセット電圧値Ｖｏｆｆ１以下の場合に前記モータの回転数を減少させ、
前記最大電力出力電圧Ｖｍと前記出力電圧Ｖの差が所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ２（＞Ｖｏｆｆ１）以上の場合に前記モータの回転数を増加させる。
【請求項４】
請求項２または３の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記オフセット電圧値Ｖｏｆｆ１を０．１８×Ｖｍ≧Ｖｏｆｆ１≧０．０５×Ｖｍとした。
【請求項５】
請求項３の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記オフセット電圧値Ｖｏｆｆ２をＶｏｆｆ２≧Ｖｏｆｆ１＋０．０２×Ｖｍであって、かつＶｏｆｆ２≦０．２×Ｖｍとした。
【請求項６】
請求項２の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記ソーラーパネルの温度を測定する温度計を備え、前記モータ失速防止装置の制御回路は、前記温度計が測定した温度に応じ前記最大出力電圧Ｖｍを補正してモータ失速防止制御を行う。
【請求項７】
請求項１の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置が選択され、
前記モータ失速防止装置は、前記モータの回転数からの推測により得たまたは実測により得た前記ソーラーパネルの出力電力Ｐが、前記モータの回転数および前記ソーラーパネルの出力電力を用いて推定した前記ソーラーパネルのその時点での最大出力電力Ｐｍおよび所定の正のオフセット電力値Ｐｏｆｆ１に対して
Ｐ＜Ｐｍ−Ｐｏｆｆ１
となるように制御する。
【請求項８】
請求項７の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置は、前記最大出力電力Ｐｍと前記出力電力Ｐの差が前記オフセット電力値Ｐｏｆｆ１以下の場合に前記モータの回転数を減少させ、
前記最大出力電力Ｐｍと前記出力電力Ｐの差が所定の電力値Ｐｏｆｆ２以上の場合に前記モータの回転数を増加させる。
【請求項９】
請求項７または８の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記オフセット電力値Ｐｏｆｆ１を０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１≧０．０３×Ｐｍとした。
【請求項１０】
請求項８の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記オフセット電力値Ｐｏｆｆ２をＰｏｆｆ２≧Ｐｏｆｆ１＋０．０２×Ｐｍであって、かつＰｏｆｆ２≦０．５Ｐｍとした。
【請求項１１】
請求項７の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記ソーラーパネルの温度を測定する温度計を備え、前記モータ失速防止装置の制御回路は、前記温度計が測定した温度に応じ前記最大出力電力Ｐｍを補正してモータ失速防止制御を行う。
【請求項１２】
請求項１の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置が選択され、
前記モータ失速防止装置は、前記モータの消費電力を変化させたときの前記ソーラーパネルの出力電圧の変化ΔＶおよび前記ソーラーパネルの出力電力の変化ΔＰから、前記ソーラーパネルの出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを求め、
前記変化率ΔＰ／ΔＶの絶対値が所定の正の変化率ｓ１に対して
｜ΔＰ／ΔＶ｜＞ｓ１
となるように制御する。
【請求項１３】
請求項１２の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置は、前記変化率ΔＰ／ΔＶの絶対値が前記変化率ｓ１以下のときには前記モータの回転数を減少させ、
前記変化率ΔＰ／ΔＶの絶対値が前記変化率ｓ１より大である所定の正の変化率ｓ２以上のときには前記モータの回転数を増加させる。
【請求項１４】
請求項１２または１３の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記変化率ｓ１を１．０≦ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦５．７（Ｖｍ、Ｐｍは夫々その時点での前記ソーラーパネルの最大電力出力電圧および最大電力）とした。
【請求項１５】
請求項１３の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記変化率ｓ２をｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≧ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）＋０．４であって、かつｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦６．７（Ｖｍ、Ｐｍは夫々その時点での前記ソーラーパネルの最大電力出力電圧および最大電力）とした。
【請求項１６】
請求項１２の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記変化率ΔＰ／ΔＶを求める際のΔＰを負値とする。
【請求項１７】
請求項２から１６のいずれかの太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータはインバータ制御モータであり、前記モータ失速防止装置は、インバータと、前記インバータの制御回路により構成される。
【請求項１８】
請求項２から１６のいずれかの太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータは直流整流子モータであり、前記モータ失速防止装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路により構成される。
【請求項１９】
請求項１の太陽光エネルギー利用システムであって、以下のように構成されるもの：
前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルに並列接続されて前記ソーラーパネルが発電した電力を蓄積するキャパシタにより構成されるモータ失速防止装置が選択され、
前記キャパシタの容量Ｃは、
２２．２ｍＦ以上１００Ｆ以下である。
【請求項２０】
前記モータ及び前記モータ失速防止装置を備えることにより、請求項１から１９のいずれかの太陽光エネルギー利用システムに含まれることを特徴とする保冷庫、空気調和機、またはポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光エネルギー利用システム及びそれに含まれる保冷庫、空気調和機、またはポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーパネル（太陽電池）により太陽光のエネルギーを電力に変換し、その電力で機器を駆動するシステムが種々提案されている。特許文献１〜８にその例を見ることができる。【０００３】
特許文献１には太陽電池を電源とする空調装置が記載されている。この空調装置では、太陽電池が出力する直流電力をＤＣ−ＤＣコンバータにより負荷の要求する電圧の直流電力に変換する。そして前記ＤＣ−ＤＣコンバータが出力する直流電力を可変電圧・可変周波数インバータで負荷に応じた電圧・周波数の交流電力に変換し、前記可変電圧・可変周波数インバータが出力する交流電力で圧縮機を駆動している。圧縮機は、ＭＰＰＴ（最大電力点追従制御：maximum  power  point  tracking）により太陽電池の最大出力点で動作せしめられる。【０００４】
特許文献２には冷蔵庫が記載されている。この冷蔵庫の電源系統には、太陽電池と、商用電源の深夜電力で充電される蓄電池と、前記太陽電池及び蓄電池に接続される双方向コンバータと、圧縮機を駆動するインバータ回路と、前記双方向コンバータと連繋接続される商用電源系統が含まれる。太陽電池による電力発生に加え、深夜料金時間帯の電力を蓄電池に充電しておいて用いるので、冷蔵庫の電力料金を削減することができる。昼間の太陽電池による冷蔵庫の駆動はＭＰＰＴで行われる。【０００５】
特許文献３には電力供給システムが記載されている。この電力供給システムは直流電力により駆動される負荷に電力を供給するものであり、直流電力を出力して前記負荷に供給する第１電源部（太陽電池）と、前記第１電源部から負荷に供給する直流電力の不足分を供給する第２電源部（商用電源）を備えている。太陽電池で空気調和機を駆動する場合、それはＭＰＰＴで行われる。【０００６】
特許文献４には太陽電池を用いた回転機器の制御装置が記載されている。この装置は太陽電池からの入力電力が最大となる最大電力点を追跡或いは探求して回転機器の回転速度を制御する、すなわちＭＰＰＴを行うものである。この装置では回転機器の運転周波数を基に運転周波数の増減値を定めて最大電力点を追跡或いは探索するようにしている。【０００７】
特許文献５には太陽光発電システムが記載されている。このシステムは太陽光パネルと、前記太陽光パネルの出力直流電力を交流電力に変換してポンプ等の負荷を駆動するインバータと、前記インバータを制御する制御装置とを具備する。このシステムでは前記太陽光パネルの最大電力点に追従するように前記負荷を可変速駆動、すなわちＭＰＰＴを行っている。【０００８】
特許文献６には太陽電池駆動のポンプシステムが記載されている。このシステムは太陽電池の電源出力をインバータを介して直流から交流に変換して誘導電動機を駆動するものである。このシステムは前記インバータにＰＷＭインバータを用い、前記誘導電動機の供給電圧に対し遅れ要素を介して前記インバータの発振周波数を定め、前記インバータの出力電圧と入力電圧の比を発振周波数に対し所定比の範囲内に維持させることとしている。【０００９】
特許文献７には太陽電池を用いた揚水装置が記載されている。この装置ではポンプ駆動用モータとしてブラシレスモータを用い、このブラシレスモータをロータの磁気位置検知手段を有さない汎用インバータで駆動している。【００１０】
特許文献８には太陽電池駆動冷媒サイクル装置が記載されている。太陽電池において発電された電力から周波数制御可能な疑似交流電力をインバータで生成し、その疑似交流電力で電動要素を運転することとしている。【００１１】
ソーラーパネルが出力した電力で駆動される機器の構成例を図２４に示す。図２４の機器は空気調和機である。ソーラーパネル９９１が出力した直流電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ９９２により、空気調和機の圧縮機９９６の要求する電圧の直流電力に変換され、ＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数：variable  voltage,  variable  frequency）制御を行うＶＶＶＦインバータ９９５に入力される。ＶＶＶＦインバータ９９５は、直流電力を圧縮機９９６の回転数に見合った周波数と電圧の交流電力に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ９９２が出力する直流電力は、空気調和機の室内機に配置された送風機の直流モータ９９８と室外機に配置された送風機の直流モータ９９９を駆動するのにも用いられる。システム制御回路９９７はＭＰＰＴ制御を行うものであり、ソーラーパネル９９１が発電した電力の最大電力点を利用して圧縮機９９６及び直流モータ９９８、９９９を効率良く稼働させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−１１７６７８号公報
【特許文献２】特開平７−１８４３３１号公報
【特許文献３】特許第３２９４６３０号公報
【特許文献４】特開２００３−９５７２号公報
【特許文献５】特許第３７３３４８１号公報
【特許文献６】特開昭６０−２４９６８２号公報
【特許文献７】特開２００４−１５３９７９号公報
【特許文献８】特開２００５−２２６９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ソーラーパネルが出力した電力を用い、ＭＰＰＴ制御で誘導性の負荷であるモータを含む負荷を駆動した場合、モータ動作が不安定になる可能性がある。すなわちモータが同期モータである場合、ソーラーパネルが出力する最大電力でモータが出力するトルク以上のトルクが求められると、同期ずれを起こすことによりモータが脱調して停止に至る。ソーラーパネルが出力する最大電力でモータが出力するトルク以上のトルクが求められることのないようにしていたとしても、太陽に雲がかかったり、ソーラーパネルに人や動物が接近してソーラーパネルに影が差したりした場合など、ソーラーパネルの出力が急減し、モータのトルクが不足して脱調する可能性がある。モータが一旦脱調すると復旧させるためには数分間といった所定時間が必要となり、装置稼働率が落ちる。【００１４】
モータが誘導モータまたは直流整流子モータであったとしても、ＭＰＰＴ制御で駆動される場合には動作不安定化の可能性を排除できない。ソーラーパネルが出力する最大電力でモータが出力するトルク以上のトルクが求められると、モータに流れる電流が増加する。電流が増加するということは、ソーラーパネルのＰ−Ｖ曲線において動作点が左側に移動するということである。動作点が最大電力点の左側に移動すると、モータはトルク不足に陥り、失速する。【００１５】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、ソーラーパネルが出力する電力で、モータを含む負荷を駆動する太陽光エネルギー利用システムにおいて、電力を有効に利用しつつモータを安定して動作させることができる太陽光エネルギー利用システム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】
【００１６】
本発明に係る太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成される。すなわち、ソーラーパネルと、前記ソーラーパネルが出力する電力により駆動されるモータと、駆動中の前記モータの失速を防止するモータ失速防止装置を備え、前記モータ失速防止装置として次のいずれかが選択される：
（ａ）前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限するモータ失速防止装置、
（ｂ）前記ソーラーパネルの出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限するモータ失速防止装置、
（ｃ）前記ソーラーパネルに並列接続されて前記ソーラーパネルが発電した電力を蓄積するキャパシタにより構成されるモータ失速防止装置。【００１７】
この構成によると、モータの動作が不安定になって失速することを防止するモータ失速防止装置を備えているため、電力を有効利用しつつモータを安定して動作させることができる。【００１８】
モータ失速防止装置として、ソーラーパネルの出力電圧を、ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置を選択すれば、モータの負荷が増大した場合、ソーラーパネルの出力電力が高まるから、駆動中のモータを失速させなくて済む。【００１９】
モータ失速防止装置として、ソーラーパネルの出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置を選択すれば、モータの負荷が増大した場合、ソーラーパネルの出力電力が高まるから、駆動中のモータを失速させなくて済む。【００２０】
更には、ソーラーパネルの出力電力の変化率は、最大電力点に近づくにつれて単調に減少し、最大電力点でゼロとなる。そのため、この変化率を測定することにより、最大電力点の位置を全く知らなくても、また、最大電力点に到達しなくても、ある時点の動作点が最大電力点からどれだけ離れているかを容易に推定することができる。従って、ソーラーパネルを他の機種に変更したり、ソーラーパネルの特性が温度または経時変化により変化したりしたとしても、特に設定変更等せずにモータの失速防止を継続することができる。【００２１】
モータ失速防止装置として、ソーラーパネルに並列接続されてソーラーパネルが発電した電力を蓄積するキャパシタにより構成されるモータ失速防止装置を選択すれば、ソーラーパネルが出力した電力をモータが効率良く利用できることにより、モータの負荷が増大しても駆動中のモータを失速させなくて済む。【００２２】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置が選択され、前記モータ失速防止装置は、前記ソーラーパネルの出力電圧Ｖが、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する最大電力出力電圧Ｖｍおよび所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１に対して
Ｖ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１
となるように制御する。【００２３】
この構成によると、モータ失速防止装置はソーラーパネルの出力電圧をソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うから、モータの負荷が増大した場合、ソーラーパネルの出力電力が高まり、モータを失速させなくて済む。またソーラーパネルの出力電圧Ｖが、ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する最大電力出力電圧Ｖｍおよび所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１に対して
Ｖ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１
となるように制御することにより、ソーラーパネルで急激な出力変動があった場合でも、モータを安定して動作させることが可能となる。【００２４】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち前記モータ失速防止装置は、前記最大電力出力電圧Ｖｍと前記出力電圧Ｖの差が前記オフセット電圧値Ｖｏｆｆ１以下の場合に前記モータの回転数を減少させ、前記最大電力出力電圧Ｖｍと前記出力電圧Ｖの差が所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ２（＞Ｖｏｆｆ１）以上の場合に前記モータの回転数を増加させる。【００２５】
この構成によると、モータの動作を安定化しつつ、ソーラーパネルの動作点を最大電力点の近くに留めることができるので、ソーラーパネルが出力する電力を有効利用することができる。また、このような制御を、ソーラーパネルの出力電圧を測定するだけで行うことができるので、制御回路を簡素化することができる。【００２６】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記オフセット電圧値Ｖｏｆｆ１を０．１８×Ｖｍ≧Ｖｏｆｆ１≧０．０５×Ｖｍとする。【００２７】
この構成によると、ソーラーパネルの急な出力変動に対してモータを安定して駆動するという効果を十分得ることができる。また、ソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。【００２８】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記オフセット電圧値Ｖｏｆｆ２をＶｏｆｆ２≧Ｖｏｆｆ１＋０．０２×Ｖｍであって、かつＶｏｆｆ２≦０．２×Ｖｍとする。【００２９】
この構成によると、モータの回転数を過度に頻繁に変更する必要がないという効果を得ることができる。また、ソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。【００３０】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記ソーラーパネルの温度を測定する温度計を備え、前記モータ失速防止装置の制御回路は、前記温度計が測定した温度に応じ前記最大出力電圧Ｖｍを補正してモータ失速防止制御を行う。【００３１】
この構成によると、最大電力点での出力電圧Ｖｍをより正確に把握し、モータの動作が不安定となりモータが失速することを確実に防ぎつつ、ソーラーパネルが出力する電力を効率的に利用することが可能となる。【００３２】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置が選択され、前記モータ失速防止装置は、前記モータの回転数からの推測により得たまたは実測により得た前記ソーラーパネルの出力電力Ｐが、前記モータの回転数および前記ソーラーパネルの出力電力を用いて推定した前記ソーラーパネルのその時点での最大出力電力Ｐｍおよび所定の正のオフセット電力値Ｐｏｆｆ１に対して
Ｐ＜Ｐｍ−Ｐｏｆｆ１
となるように制御する。【００３３】
この構成によると、ソーラーパネルで急激な出力変動があった場合でも、モータを安定して動作させることが可能となる。【００３４】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち前記モータ失速防止装置は、前記最大出力電力Ｐｍと前記出力電力Ｐの差が前記オフセット電力値Ｐｏｆｆ１以下の場合に前記モータの回転数を減少させ、前記最大出力電力Ｐｍと前記出力電力Ｐの差が所定の電力値Ｐｏｆｆ２以上の場合に前記モータの回転数を増加させる。【００３５】
この構成によると、モータの動作を安定化しつつ、ソーラーパネルの動作点を最大電力点の近くに留めることができるので、ソーラーパネルが出力する電力を有効利用することができる。【００３６】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記オフセット電力値Ｐｏｆｆ１を０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１≧０．０３×Ｐｍとする。【００３７】
この構成によると、ソーラーパネルの急な出力変動に対してモータを安定して駆動するという効果を十分得ることができる。また、ソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。【００３８】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記オフセット電力値Ｐｏｆｆ２をＰｏｆｆ２≧Ｐｏｆｆ１＋０．０２×Ｐｍであって、かつＰｏｆｆ２≦０．５Ｐｍとする。【００３９】
この構成によると、モータの回転数を過度に頻繁に変更する必要がないという効果を得ることができる。また、ソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。【００４０】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記ソーラーパネルの温度を測定する温度計を備え、前記モータ失速防止装置の制御回路は、前記温度計が測定した温度に応じ前記最大出力電力Ｐｍを補正してモータ失速防止制御を行う。【００４１】
この構成によると、最大電力点での出力電力Ｐｍをより正確に把握し、モータの動作が不安定となりモータが失速することを確実に防ぎつつ、ソーラーパネルが出力する電力を効率的に利用することが可能となる。【００４２】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置が選択され、前記モータ失速防止装置は、前記モータの消費電力を変化させたときの前記ソーラーパネルの出力電圧の変化ΔＶおよび前記ソーラーパネルの出力電力の変化ΔＰから、前記ソーラーパネルの出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを求め、前記変化率ΔＰ／ΔＶの絶対値が所定の正の変化率ｓ１に対して
｜ΔＰ／ΔＶ｜＞ｓ１
となるように制御する。【００４３】
この構成によると、ソーラーパネルで急激な出力変動があった場合でも、モータを安定して動作させることが可能となる。【００４４】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち前記モータ失速防止装置は、前記変化率ΔＰ／ΔＶの絶対値が前記変化率ｓ１以下のときには前記モータの回転数を減少させ、前記変化率ΔＰ／ΔＶの絶対値が前記変化率ｓ１より大である所定の正の変化率ｓ２以上のときには前記モータの回転数を増加させる。【００４５】
この構成によると、ソーラーパネルの発電量を高いレベルに維持してソーラーパネルの発電能力を有効利用しつつ、モータを安定して動作させることができる。【００４６】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記変化率ｓ１を１．０≦ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦５．７（Ｖｍ、Ｐｍは夫々その時点での前記ソーラーパネルの最大電力出力電圧および最大電力）とする。【００４７】
この構成によると、ソーラーパネルの急な出力変動に対してモータを安定して駆動するという効果を十分得ることができる。また、ソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。【００４８】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記変化率ｓ２をｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≧ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）＋０．４であって、かつｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦６．７（Ｖｍ、Ｐｍは夫々その時点での前記ソーラーパネルの最大電力出力電圧および最大電力）とする。【００４９】
この構成によると、モータの回転数を過度に頻繁に変更する必要がないという効果を得ることができる。また、ソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。【００５０】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記変化率ΔＰ／ΔＶを求める際のΔＰを負値とする。【００５１】
この構成によると、ソーラーパネルの出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを求める際、動作点が最大電力点から遠ざかるから、モータの動作が不安定になるのを防ぐことができる。【００５２】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記モータはインバータ制御モータであり、前記モータ失速防止装置は、インバータと、前記インバータの制御回路により構成される。【００５３】
この構成によると、モータ失速防止装置を容易に構成することができる。【００５４】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記モータは直流整流子モータであり、前記モータ失速防止装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの制御回路により構成される。【００５５】
この構成によると、モータ失速防止装置を容易に構成することができる。【００５６】
上記構成の太陽光エネルギー利用システムは以下のように構成されることが好ましい。すなわち、前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルに並列接続されて前記ソーラーパネルが発電した電力を蓄積するキャパシタにより構成されるモータ失速防止装置が選択され、前記キャパシタの容量Ｃは２２．２ｍＦ以上１００Ｆ以下である。【００５７】
この構成によると、モータ失速防止の効果を十分に発揮させることができる。【００５８】
また本発明は、前記モータ及び前記モータ失速防止装置を備えることにより、上記構成の太陽光エネルギー利用システムに含まれる保冷庫、空気調和機、またはポンプであることを特徴とする。【００５９】
この構成によると、ソーラーパネルが発電する電力を有効利用できる保冷庫、空気調和機、またはポンプとすることができる。また、ソーラーパネルが発電した電力のみで駆動される場合であっても、安定して動作させることができる。【００６０】
ソーラーパネルが出力する電力で動作するモータにより圧縮機を駆動する保冷庫にあっては、制御回路は、前記ソーラーパネルを照射する日照強度の増減に応じて前記モータの回転数を増減させることが好ましい。【００６１】
この構成によると、朝夕の日照強度が弱い時間帯でも保冷庫の圧縮機を駆動することができる。また、日中の日照強度が強い時間帯ではモータの回転数を上げて強力に冷却することができるから、太陽光エネルギーをより多く利用することができる。【００６２】
上記構成の保冷庫において、前記ソーラーパネルの最大出力電力ＰＳと前記モータの最大消費電力ＰＭが
０．５≦ＰＳ／ＰＭ≦１．５
なる関係を満たすことが好ましい。【００６３】
この構成によると、ソーラーパネルが出力する電力をモータが効率良く利用できるため、ソーラーパネルを小型化して装置コストを抑えることができる。また、夜間の保冷に必要な蓄冷動作を昼間に十分行うことができる。【００６４】
上記構成の保冷庫において、前記モータは商用電源によっても駆動可能であることが好ましい。【００６５】
この構成によると、商用電源のない地域において自立したシステムとして保冷庫を稼働させることが可能である。また、商用電源のある地域では、コスト、利便性、安定性など様々なファクターを考慮してソーラーパネルと商用電源のどちらかを選択使用することができる。【００６６】
上記構成の保冷庫において、庫内に蓄冷剤を配置することが好ましい。【００６７】
この構成によると、ソーラーパネルが電力を出力できない夜間でも庫内を所定の温度以下に確実に保つことが可能となる。あるいは天候が原因で、例えば雨天であることにより、十分な電力を出力することができなかったとしても、十分な発電が可能な天候に回復するまで、庫内を所定の温度以下に保つことができる。
【発明の効果】
【００６８】
本発明によると、ソーラーパネルと、前記ソーラーパネルが出力する電力により駆動されるモータと、駆動中の前記モータの失速を防止するモータ失速防止装置を備え、前記モータ失速防止装置として、前記ソーラーパネルの出力電圧を、前記ソーラーパネルがその時点で最大電力を出力する電圧よりも高い電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置、または、前記ソーラーパネルの出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限する制御を行うモータ失速防止装置、または、前記ソーラーパネルに並列接続されて前記ソーラーパネルが発電した電力を蓄積するキャパシタにより構成されるモータ失速防止装置、のいずれかを選択したから、電力を有効利用しつつモータを安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略構成図である。
【図２】本発明を説明する第１のＰ−Ｖ線図である。
【図３】本発明を説明する第２のＰ−Ｖ線図である。
【図４】ソーラーパネルが出力する最大電力とその中で利用される電力が１日の中でどのように変遷するかを示す第１のグラフである。
【図５】ソーラーパネルが出力する最大電力とその中で利用される電力が１日の中でどのように変遷するかを示す第２のグラフである。
【図６】ソーラーパネルが出力する最大電力とその中で利用される電力が１日の中でどのように変遷するかを示す第３のグラフである。
【図７】ソーラーパネルが出力する最大電力とその中で利用される電力が１日の中でどのように変遷するかを示す第４のグラフである。
【図８】ソーラーパネルが出力する電力と利用電力との関係を示すグラフである。
【図９】太陽光エネルギー利用システムの動作を説明する第１のフローチャートである。
【図１０】本発明を説明する第３のＰ−Ｖ線図である。
【図１１】本発明を説明する第４のＰ−Ｖ線図である。
【図１２】太陽光エネルギー利用システムの動作を説明する第２のフローチャートである。
【図１３】本発明を説明する第５のＰ−Ｖ線図である。
【図１４】ソーラーパネルの出力電力とモータ回転数の関係を示す第１のグラフである。
【図１５】本発明を説明する第６のＰ−Ｖ線図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略構成図である。
【図１７】本発明を説明する第７のＰ−Ｖ線図である。
【図１８】太陽光エネルギー利用システムの動作を説明する第３のフローチャートである。
【図１９】ソーラーパネルの出力電力とモータ回転数の関係を示す第２のグラフである。
【図２０】本発明を説明する第８のＰ−Ｖ線図である。
【図２１】本発明の第３実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略構成図である。
【図２２】本発明の第４実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略構成図である。
【図２３】本発明の第５実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略構成図である。
【図２４】従来の太陽光エネルギー利用システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００７０】
以下、図１から図２３までの図に基づき第１実施形態から第５実施形態までの実施形態を説明する。
【００７１】
＜第１実施形態＞
図１に示す太陽光エネルギー利用システム１００は、ソーラーパネル１０１、制御部１１０、及び負荷となる機器により構成される。保冷庫、空気調和機、ポンプなど様々な機器が負荷となり得るが、ここでは保冷庫１２０が負荷として選択されている。ソーラーパネル１０１が出力した直流電力は制御部１１０に送られ、制御部１１０から保冷庫１２０に対し、保冷庫１２０を駆動する電力が出力される。なお本明細書ではソーラーパネル１０１が出力した直流電力のことを「ソーラー出力電力」と呼称することがある。
【００７２】
ソーラーパネル１０１を構成する太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などのシリコン系太陽電池の他、ＧａＡｓ太陽電池、ＩｎＧａＡｓ太陽電池、ＣｄＴｅ−ＣｄＳ系太陽電池、カルコパイライト系太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池などの化合物系太陽電池を用いることができる。現時点では、コスト面から多結晶型またはアモルファス型の薄膜シリコン太陽電池を用いるのが好ましい。ソーラーパネル１０１はガラス等に封じ込められた平板状のものに限られない。曲げることが可能なフィルム状のものであってもよい。
【００７３】
制御部１１０には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１、インバータ１１２、制御回路部１１３、電圧センサ回路１１４、及び温度センサ回路１１５が配置されている。
【００７４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１は、ソーラー出力電力を、制御回路部１１３からの指令に基づき、所定の電圧値に昇圧または降圧する。ソーラー出力電力の定格電圧が、例えば３５Ｖの場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１によって例えば３８０Ｖに昇圧することができる。
【００７５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の回路方式は、チョークコンバータ、フォワードコンバータ、フライバックコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッジコンバータなどとすることができる。ソーラー出力電力が２００Ｗ程度の場合は、この電力領域で変換効率が比較的高く、かつ、比較的コスト安のフォワードコンバータを用いるのが好適である。
【００７６】
インバータ１１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１が出力する直流電力を、制御回路部１１３からの指令に基づき、保冷庫１２０が必要とする電圧値の交流電力に変換する。
【００７７】
インバータ１１２は、ＰＷＭ（パルス幅変調：pulse  width  modulation）方式による２レベルまたは３レベルインバータとすることができる。また、ＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数：variable  voltage,  variable  frequency）制御とすることができる。インバータ１１２が出力する交流電力の電圧及び周波数は、保冷庫１２０に搭載された圧縮機を駆動するモータ（後述）に合わせて決められる。
【００７８】
電圧センサ回路１１４は、ソーラー出力電力の電圧値を信号に変換して制御回路部１１３に伝達する。温度センサ回路１１５は、ソーラーパネル１０１の内部あるいはソーラーパネル１０１に隣接した箇所に配置された温度センサ１０２の出力信号を受け、ソーラーパネル１０１の温度を計算して制御回路部１１３に伝達する。
【００７９】
インバータ１１２により交流に変換された電力は保冷庫１２０に出力される。保冷庫１２０は冷蔵庫であってもよく、冷凍庫であってもよく、冷凍冷蔵庫であってもよい。保冷庫１２０は、モータ１２２により駆動される圧縮機１２１、保冷室１２３、保冷室１２３内に配置された蓄冷剤１２４、圧縮機１２１から吐出された高温高圧の冷媒を受け入れる凝縮器１２５、保冷室１２３内に配置されており、凝縮器１２５で放熱を行った冷媒を内部で蒸発させることにより冷熱を得て保冷室１２３を冷却する冷却器１２６、及び圧縮機１２１から凝縮器１２５へ、凝縮器１２５から冷却器１２６へ、冷却器１２６から再び圧縮機１２１へと冷媒を循環させる冷媒配管１２７を備える。なお図示しないが凝縮器１２５と冷却器１２６の間には膨張弁が配置されている。保冷室１２３内に配置された蓄冷剤１２４は、ソーラー出力電力が供給されない夜間でも保冷室１２３の温度を低温に保つ働きをする。
【００８０】
ソーラー出力電力は、負荷となる保冷庫１２０の消費電力に応じて決める。保冷庫１２０の好ましい態様は、ソーラーパネル１０１が発電しない夜間においても保冷室１２３が低温を保つことである。より好ましい態様は、雨降りのためソーラーパネル１０１が丸１日間全く発電しないことがあったとしても、保冷室１２３が低温を保つことである。上記「より好ましい態様」を実現するためには、１日の日照時間が１０時間である場合、ソーラーパネル１０１の発電がない状態で、保冷室１２３は３８時間低温を保つ必要がある。
【００８１】
上記「より好ましい態様」を実現できる構成例は次のようなものである。太陽光エネルギー利用システムの設置場所は緯度１２度で外気温３０℃の地点とする。ソーラーパネルには定格最大出力２３５Ｗのものを用いる。保冷室の容積は２００リットルとし、保冷室に設置される蓄冷剤としては融解潜熱２３０ｋＪ／ｋｇのものを重量にして１６．５ｋｇ配置する。
【００８２】
圧縮機１２１を駆動するモータ１２２はインバータ制御モータである交流誘導モータまたは交流同期モータである。モータ１２２はインバータ１１２が出力する交流電力の出力周波数及び出力電圧に応じた回転数及びトルクで動作する。モータ１２２としては、例えば、最小回転数１，５００ｒｐｍ、最大回転数５，０００ｒｐｍ、最大消費電力１５０Ｗ、動作電圧２２０Ｖのものを使用することができる。
【００８３】
インバータ１１２の負荷として、モータ１２２の他、保冷庫１２０内の温度制御装置（図示せず）や、保冷庫１２０に設けられた表示装置（図示せず）などの軽い負荷が接続されていてもよい。モータ１２２以外の負荷は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の出力部、あるいはソーラーパネル１０１の出力部に接続されていてもよい。
【００８４】
制御回路部１１３は、電圧センサ回路１１４から伝達されたソーラーパネル１０１の出力電圧に基づき、ソーラーパネル１０１の現時点での動作点を推定する。制御回路部１１３はまた、温度センサ回路１１５から伝達されたソーラーパネル１０１の温度に基づき、ソーラーパネル１０１の動作点を補正する。制御回路部１１３は、ソーラーパネル１０１の動作点を把握した上で、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１とインバータ１１２を制御する。なお本明細書ではソーラーパネル１０１の出力電圧のことを「ソーラー出力電圧」と呼称することがある。
【００８５】
制御回路部１１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１及びインバータ１１２の動作開始及び動作停止、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の昇圧（降圧）比率の変更、インバータ１１２の出力電圧及び周波数の変更を行う。このような制御を通じ制御回路部１１３は、モータ１２２を、ソーラー出力電力に応じて、できる限り高速回転で、かつ安定して駆動する。
【００８６】
ソーラーパネル１０１とＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の間に、商用電源に接続されたＡＣアダプタ（図示せず）の出力を接続することができる。具体的には、ソーラーパネル１０１の定格出力電圧が３５Ｖの場合、ＤＣ３０Ｖを出力するＡＣアダプタを接続することができる。このようにしておけば、ソーラーパネル１０１が非常に大きな出力低下を起こした場合であっても、モータ１２２が脱調して停止することを防ぐことができる。
【００８７】
（第１実施形態のモータ失速防止装置）
太陽光エネルギー利用システム１００は、駆動中のモータ１２２が失速することを防ぐモータ失速防止装置を備える。第１実施形態におけるモータ失速防止装置の基本的な動作原理を図２により説明する。
【００８８】
図２のグラフには、一般的なソーラーパネルの出力特性がＰ−Ｖ曲線（出力電力と出力電圧の関係をプロットした曲線）として描かれている。ソーラー出力電圧は、開放時（無負荷時）に最大となり、負荷が増大し、出力電力が増大するにつれて低下し、短絡時にはゼロとなる。一方、ソーラー出力電力は、出力電圧が開放時電圧の約８０％であるときに最大となる。このときの動作点は最大電力点と呼ばれる。図２では、Ｐ−Ｖ曲線Ｃにおける最大電力点ｃｍでの出力電圧をＶｍ、出力電力をＰｍとしている。
【００８９】
第１実施形態におけるモータ失速防止装置は、インバータ１１２と、インバータ１１２を制御する制御回路部１１３により構成される。モータ失速防止装置は、ソーラーパネル１０１の出力電圧を、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力Ｐｍを出力する電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限する。すなわちモータ失速防止装置は、ソーラーパネル１０１の出力電圧を、電圧Ｖｍ以下の電圧としては用いられなくする。図解すると、図２のＰ−Ｖ曲線Ｃにおいて、ソーラーパネル１０１の動作点ａは、最大電力点ｃｍよりも右側に維持され、最大電力点ｃｍに重ならないようにされる。
【００９０】
誘導性の負荷であるモータ１２２に負荷がかかると、モータ１２２に流れる電流が増加してトルクが生じる。動作点ａが最大電力点ｃｍより右側に存在する場合、モータ１２２に負荷がかかると動作点ａはＰ−Ｖ曲線Ｃ上で自発的に左側に移動する。これにより、ソーラー出力電圧は下がるものの出力電流は増加し、それらの積である出力電力は増加する。その結果、モータ１２２は安定して動作する。
【００９１】
動作点ａが最大電力点ｃｍよりも左側に存在する場合にも、モータ１２２に負荷がかかると動作点ａはＰ−Ｖ曲線Ｃ上で自発的に左側に移動する。ところがこの場合、出力電流がほとんど増加しないにも関わらず出力電圧が降下するため出力電力が減少する。その結果、モータ１２２はトルク不足となり、脱調して停止してしまうのである。
【００９２】
上記から明らかのように、モータを含む負荷をソーラーパネルに接続した場合、ソーラーパネルの最大電力点で動作させようとすると、動作点は容易に最大電力点よりも左側に移動してしまう。その結果、モータの動作が不安定となり、脱調して停止する可能性が生じる。
【００９３】
ソーラーパネル１０１の出力電圧を、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力Ｐｍを出力する電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限するためには、まず最大電力点を知らねばならない。最大電力点を探索する方法としては、従来、「山登り法」が良く用いられている。「山登り法」とは、電圧を少しずつ上げて最大電力点を探る方法である。「山登り法」を実施するためにはＰ−Ｖ曲線において必ず最大電力点の左側に侵入する必要がある。そのため「山登り法」で最大電力点を探索してＭＰＰＴの制御を行おうとすると、モータの動作が不安定となり、脱調して停止する可能性が生じるという不都合を避けられなかった。
【００９４】
これに対し第１実施形態におけるモータ失速防止装置は、前述の通り、ソーラー出力電圧を、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力Ｐｍを出力する電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限するものであるから、ソーラー出力電圧が電圧Ｖｍ以下である場合不可避となるモータ１２２の動作の不安定化を回避することができる。従って、太陽光エネルギー利用システム１００は、ソーラーパネル１０１の発電能力を有効利用しつつ、モータ１２２を安定して動作させることが可能となる。
【００９５】
第１実施形態におけるモータ失速防止装置は、ソーラー出力電圧Ｖが、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力を出力する最大電力出力電圧Ｖｍ及び所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１に対して
Ｖ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１
となるように制御することがより好ましい。すなわち図２のＰ−Ｖ曲線Ｃ上で、最大電力出力電圧Ｖｍよりもオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１だけ高い電圧Ｖ１に対応する点ｃ１よりも、動作点ａが右側に存在するように制御することがより好ましい。
【００９６】
このように、所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１を設定し、ソーラー出力電圧ＶをＶ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１となるように制御することにより、ソーラーパネル１０１で急な出力変動があった場合でも、負荷であるモータ１２２を安定して駆動することが可能となる。
【００９７】
所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１の他、所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ２と、所定の正のオフセット電力値Ｐｏｆｆ１、Ｐｏｆｆ２が設定される。ここでは、表１に基づきオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２およびオフセット電力値Ｐｏｆｆ１、Ｐｏｆｆ２を決定した。表１は一般的なシリコン系太陽電池の特性を示すものであり、最大電力点（Ｐｍ、Ｖｍ）が基準となっている。
【００９８】
【表１】
2014119145.tif 000003
【００９９】
オフセット電圧値Ｖｏｆｆ１は０．１８×Ｖｍ≧Ｖｏｆｆ１≧０．０５×Ｖｍとすることが好ましい。前記条件において、太陽電池として代表的なシリコン系太陽電池を用いたとき、Ｖ＝Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１のときにソーラーパネルの出力電力は最大電力の６０％から９７％となる。オフセット電圧値Ｖｏｆｆ１をＶｏｆｆ１≧０．０５×Ｖｍとすることにより、ソーラーパネル１０１の急な出力変動に対してモータ１２２を安定して駆動するという効果が十分得られる。また、０．１８×Ｖｍ≧Ｖｏｆｆ１とすることにより、ソーラーパネル１０１が出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０１００】
図２に示すように、Ｖｏｆｆ１より大きい正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ２を設定し、ソーラー出力電圧Ｖが、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力を出力する最大電力出力電圧Ｖｍ及び所定の正のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１、Ｖｏｆｆ２に対して
Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ２＞Ｖ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１
となるように制御することがさらに好ましい。すなわち、動作点ａを点ｃ１と点ｃ２の間に制限し、ソーラー出力電圧Ｖを電圧Ｖ１と電圧Ｖ２の間に制限するのである。
【０１０１】
オフセット電圧値Ｖｏｆｆ２はＶｏｆｆ２≧Ｖｏｆｆ１＋０．０２×Ｖｍであって、かつＶｏｆｆ２≦０．２×Ｖｍとすることが好ましい。オフセット電圧値Ｖｏｆｆ２をＶｏｆｆ２≧Ｖｏｆｆ１＋０．０２×Ｖｍとすることにより、モータ１２２の回転数を過度に頻繁に変更する必要がないという効果が得られる。また、Ｖｏｆｆ２≦０．２×Ｖｍとすることにより、ソーラーパネル１０１が出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０１０２】
上記したモータ失速防止装置の好ましい制御方法は次のように言い換えることもできる。点ｃ１におけるソーラー出力電力をＰ１とし、Ｐｏｆｆ１を正のオフセット電力値とする。この時、ソーラー出力電圧Ｖを、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力Ｐｍを出力する最大電力出力電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限し、かつ、ソーラー出力電力Ｐが
Ｐ＜Ｐｍ−Ｐｏｆｆ１
となるように制御する。なおＰｍ−Ｐｏｆｆ１はＰ１であるから、上式は
Ｐ＜Ｐ１
と書き換えることができる。
【０１０３】
オフセット電力値Ｐｏｆｆ１は０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１≧０．０３×Ｐｍとすることが好ましい。前記条件において、太陽電池として代表的なシリコン系太陽電池を用いたとき、Ｐ＝Ｐｍ−Ｐｏｆｆ１のときにソーラーパネルの出力電圧は１．１８Ｖｍから１．０５Ｖｍとなる。オフセット電力値Ｐｏｆｆ１をＰｏｆｆ１≧０．０３×Ｐｍとすることにより、ソーラーパネル１０１の急な出力変動に対してモータ１２２を安定して駆動するという効果が十分得られる。また、０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１とすることにより、ソーラーパネル１０１が出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０１０４】
あるいは、点ｃ２におけるソーラー出力電力をＰ２、また、Ｐｏｆｆ２をＰｏｆｆ１より大きい正のオフセット電力値とする。このとき、ソーラー出力電圧Ｖをソーラーパネル１０１が最大電力を出力する電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限し、かつ、ソーラー出力電力Ｐを
Ｐｍ−Ｐｏｆｆ２＜Ｐ＜Ｐｍ−Ｐｏｆｆ１
となるように制御する。なおＰｍ−Ｐｏｆｆ２はＰ２であるから、上式は
Ｐ２＜Ｐ＜Ｐ１
と書き換えることができる。
【０１０５】
動作点ａを点ｃ１と点ｃ２の間に制限することにより、ソーラーパネル１０１の発電量を高いレベルに維持してソーラーパネル１０１の発電能力をより有効に利用しつつ、モータ１２２を安定して動作させることができる。
【０１０６】
動作点ａを点ｃ１と点ｃ２の間に制限することにより、ソーラーパネル１０１の発電量を高いレベルに維持してソーラーパネル１０１の発電能力をより有効に利用しつつ、モータ１２２を安定して動作させることができる。
【０１０７】
上記のようなモータ失速防止装置の好ましい制御方法を実施した場合の利点を、図３を用いて説明する。図３に描かれたＰ−Ｖ曲線Ｃａは、ある時点でのソーラーパネル１０１の出力特性を示している。同じく図３に描かれたＰ−Ｖ曲線Ｃｂは、太陽に雲がかかったり、ソーラーパネル１０１の一部が日陰になるなどしてソーラーパネル１０１の出力が急に低下したりしたときの出力特性を示している。Ｐ−Ｖ曲線Ｃａ、Ｃｂにおける最大出力電力は、それぞれＰａｍ、Ｐｂｍである。
【０１０８】
Ｐ−Ｖ曲線Ｃａ上の動作点ａａにおける出力電力がＰｂｍ以上であった場合には、ソーラーパネル１０１の出力変動によりモータ１２２を駆動する電力の低下が避けられず、モータ１２２の動作が不安定になって脱調し停止する可能性が生じる。しかしながら、図３に示すように、点ｃ１より右側に位置する動作点ａａにおける出力電力が、Ｐ−Ｖ曲線Ｃｂの最大出力電力Ｐｂｍよりも小さければ、Ｐ−Ｖ曲線Ｃａ上の動作点ａａはＰ−Ｖ曲線Ｃｂ上の動作点ａｂに移動し、モータ１２２の安定動作が維持される。
【０１０９】
このように、ソーラー出力電圧Ｖを、ソーラーパネル１０１がその時点で最大電力を出力する最大電力出力電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限し、かつ、所定の正のオフセット電力値Ｐｏｆｆ１を設定し、ソーラー出力電力ＰがＰ＜Ｐｍ−Ｐｏｆｆ１となるように制御することにより、ソーラーパネル１０１で急な出力変動があった場合でも、負荷であるモータ１２２を安定して駆動することが可能となる。
【０１１０】
オフセット電力値Ｐｏｆｆ１は０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１≧０．０３×Ｐｍとすることが好ましい。オフセット電力値Ｐｏｆｆ１を０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１≧０．０３×Ｐｍとすることにより、ソーラーパネル１０１の急激な出力変動に対してモータ１２２を安定して駆動するという効果が十分得られる。また、０．４Ｐｍ≧Ｐｏｆｆ１とすることにより、ソーラーパネル１０１が出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０１１１】
ここで、最大電力点ｃｍでの最大電力出力電圧Ｖｍ及び最大出力電力Ｐｍの決め方につて説明する。
【０１１２】
従来は、山登り法などの手法により実際に最大電力点ｃｍを探索し、最大電力出力電圧Ｖｍ及び最大出力電力Ｐｍを実測していた。しかしながらこの方法は、最大電力点ｃｍを探索する段階または最大電力点ｃｍに到達した段階でモータ１２２の動作が不安定になって脱調する可能性が生じてしまうので、適切ではない。
【０１１３】
最大電力出力電圧Ｖｍを決定するためには、予めソーラーパネル１０１の特性を把握し、最大電力出力電圧Ｖｍを定めておけばよい。なお最大電力出力電圧Ｖｍを決定するにあたっては、日照強度による補正を行うのが好ましい。日照強度による補正は、日照計を追加する、ある時点における出力電圧と出力電力から日照強度を推定する、などの方法で行うことができる。
【０１１４】
ところで、ソーラーパネル１０１の最大電力出力電圧Ｖｍは温度によって変化するので、温度センサ１０２及び温度センサ回路１１５で測定したソーラーパネル１０１の温度により最大電力出力電圧Ｖｍを補正するのが好ましい。これにより、最大電力点ｃｍでの最大電力出力電圧Ｖｍをより正確に把握し、モータ１２２の動作の不安定化や脱調をより確実に防ぎつつ、ソーラーパネル１０１が出力する電力をより効率的に利用することが可能となる。
【０１１５】
上記最大電力出力電圧Ｖｍの補正は次のようにして行うことができる。例えば、ソーラーパネル１０１が一般的なシリコン結晶系太陽電池であった場合、温度が１℃上昇すると出力電圧は約０．３５％低下する。従って、ソーラーパネル１０１の最大電力出力電圧Ｖｍが３０Ｖであったならば、温度が１０℃上昇した場合、電圧が３．５％低下、すなわち１．０５Ｖ低下するので、最大電力出力電圧Ｖｍを２８．９５Ｖとすることができる。
【０１１６】
最大出力電力Ｐｍは日照強度により変化するので、最大出力電力Ｐｍを決定するためには以下のような推定が必要である。すなわち、ある時点でのモータ１２２の回転数及びソーラー出力電圧Ｖを測定することにより、この時点でのＰ−Ｖ曲線を推定することができる。推定したＰ−Ｖ曲線から、最大出力電力Ｐｍを推定することができる。この方法については後で詳しく説明する。
【０１１７】
（日の出から日没までの間のモータ回転数の変化）
日の出から日没までの間に太陽光エネルギー利用システム１００のモータ１２２の消費電力がどのように変化するかを図４に示す。環境や熱負荷の変化によるモータ消費電力の変化を無視すれば、図４におけるモータ消費電力の変化は、モータ１２２の回転数の変化をも表している。
【０１１８】
従来、ソーラーパネルを電源とする保冷庫では、圧縮機のモータの回転数は一定であった。すなわち、日の出後しばらくしてソーラーパネルの出力が一定値以上になると、保冷庫の圧縮機が動作を開始する。圧縮機のモータの回転数は、日没前にソーラーパネルの出力が足りなくなってモータが停止するまで、ずっと一定であった。モータの回転数が一定であるから、図４に示す通り、負荷の利用電力も一定である。
【０１１９】
一方、保冷庫１２０では、圧縮機１２１のモータ１２２は必要な電力の一部または全部をソーラーパネル１０１から供給されて動作する。ソーラーパネル１０１に照射される日照強度の増減に応じてモータ１２２の回転数も増減する。図４に示すように、モータ１２２は日の出後少し時間が経過してから低速回転を開始し、日照強度が増すにつれ段階的に回転数が上がって行く。太陽の南中時点の前後ではモータ１２２の回転数が一定になり、モータ１２２の消費電力も一定になっているが、これはモータ１２２の回転数が最高回転数に達したためである。その後、日照強度が減少するにつれてモータ１２２の回転数は段階的に低下し、モータ１２２の最低回転数も維持できないようなレベルに日照強度が落ち込むとモータ１２２は停止する。
【０１２０】
このように、同じくソーラーパネルを電源とするものでありながら、従来の保冷庫と保冷庫１２０とを比較すると、保冷庫１２０の方が、図４に斜線で示した分だけ電力を多く使用していることがわかる。すなわち、ソーラーパネル１０１に照射される日照強度の増減に応じてモータ１２２の回転数を増減させることにより、朝夕の日照強度が弱い時間帯でも圧縮機１２１を動作させることができる。そして日中の日照強度が強い時間帯ではモータ１２２の回転数を上げて圧縮機１２１を強力に稼働させることができる。これらにより、ソーラーパネル１０１が出力する電力をより多く利用して、保冷室１２３をより低温に保つことができる。
【０１２１】
保冷庫が太陽光エネルギー利用システムの一環を構成することには次の意義がある。
【０１２２】
保冷庫の場合、空気調和機に比べて圧縮機の圧縮率が顕著に高い。これは、部屋の温度を数℃程度下げればよい空気調和機に比べて、保冷庫の場合は保冷室の温度を室温から数十℃下げる必要があるためである。このため、保冷庫の圧縮機を駆動するモータには、その回転サイクルにおいて、非常に大きなトルク変動が起こることになる。既に述べたように、モータのトルク変動はモータの動作を不安定にし、脱調を引き起こす可能性がある。従って、従来のソーラーパネルを電源とする保冷庫のようにモータの回転数を一定としておくことは、ソーラーパネルの出力時間帯の大部分においてソーラーパネルの最大出力電力の方がモータの消費電力を上回ることから、モータの安定動作という点では理に適っていると言える。
【０１２３】
さらに言えば、ソーラーパネルに照射される日照強度の増減に応じてモータの回転数を増減させる構成を備えた保冷庫は、上記従来の保冷庫以上の効果を奏する。
【０１２４】
ソーラーパネルは夜間発電することができないため、保冷庫の圧縮機は夜間休止せざるを得ない。一方で食品や薬品などの貯蔵品は、一旦冷却した後は、一時的にでも所定温度以上の温度に戻ることを避けねばならない。これは空気調和機やポンプにはない制約である。それ故、昼間に冷却された食品や薬品などの貯蔵品や蓄冷剤が、夜間に冷熱を放出することにより、夜間も保冷室内を所定の温度以下に保つことが非常に重要である。
【０１２５】
ソーラーパネルに照射される日照強度の増減に応じてモータの回転数を増減させることとすれば、朝夕の日照強度の弱い時間帯にもモータを駆動してモータの駆動時間数を延ばすことができる。また日中の日照強度の強い時間帯にはモータの回転数を増し、保冷室を強力に冷却することができる。これにより、貯蔵品や蓄冷剤が蓄える冷熱量を増大させ、夜間でも周囲環境との温度差を大きく保つことができる。
【０１２６】
以上より明らかなように、ソーラーパネルが出力する電力で動作するモータにより圧縮機を駆動する保冷庫にあっては、ソーラーパネルを照射する日照強度の増減に応じてモータの回転数を増減させる制御を行うことは、保冷庫に貯蔵された食品や薬品などの温度を夜間にも所定温度以下に保つことができるという特別な効果を奏する。また、比較的小型のソーラーパネルで間に合わせることができるという特別な効果を奏する。
【０１２７】
図４において、ソーラーパネルの最大出力電力と利用電力はどの時点においても一致していない。これは、図２に示すように、動作点ａを点ｃｍの右側に制限したこと、及び、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１とインバータ１１２を含めた制御部１１０の電力伝送効率が１００％ではないことに起因する。
【０１２８】
ソーラーパネル１０１の最大出力電力と、モータ１２２の最大消費電力との間にどのような関係があることが好適であるかを図５〜図８に基づき説明する。
【０１２９】
モータ１２２の最小回転数と最大回転数は、典型的には、最小回転数が１，５００ｒｐｍ、最大回転数は５，０００ｒｐｍとされる。最小回転数と最大回転数の比は３：１０である。環境や熱負荷の変化によるモータ消費電力の変化を無視し、モータの消費電力は回転数に比例するという近似則を適用すると、モータ１２２の最小消費電力と最大消費電力の比も３：１０となる。
【０１３０】
図５は、ソーラーパネルの発電ピーク電力が０．４、モータの最大消費電力が１．０、モータの最小消費電力が０．３（数字はいずれも指数）の場合の、ソーラーパネルの最大発電電力（最大電力点における発電電力）及びモータの消費電力（利用電力）の時間変化を示している。なお、ソーラーパネルの発電ピーク電力とは、太陽の南中時におけるソーラーパネルの最大発電電力である。
【０１３１】
図５では、日の出後と日没前の長時間にわたり、ソーラーパネルが発電する電力を全く利用できていない。これは、ソーラーパネルの発電電力が、モータの最小消費電力に達しないからである。図５の斜線部が電力を利用できている期間であり、その面積が利用電力量を表すことになる。
【０１３２】
図６は、ソーラーパネルの発電ピーク電力が１．０、モータの最大消費電力が１．０、モータの最小消費電力が０．３の場合の、ソーラーパネルの最大発電電力及びモータの利用電力の時間変化を示している。
【０１３３】
図６では、日の出後速やかにモータが動作を開始し、日没直前まで動作を継続する。斜線部で示す利用電力量も図５に比べ大きくなっている。
【０１３４】
図７は、ソーラーパネルの発電ピーク電力が１．７、モータの最大消費電力が１．０、モータの最小消費電力が０．３の場合の、ソーラーパネルの最大発電電力及びモータの利用電力の時間変化を示している。
【０１３５】
図７では、日の出後速やかにモータが動作を開始し、日没直前まで動作を継続する。斜線部で示す利用電力量も図５に比べ大きくなっている。但し太陽の南中時刻前後では、長時間にわたってソーラーパネルの最大発電電力とモータの利用電力が大きく乖離している。これは、ソーラーパネルが多くの電力を発電し得るにもかかわらず、それだけの電力をモータが利用しきれないという状態が長く続いていることを示している。
【０１３６】
図５〜図７のグラフには２点の仮定が存在する。１点は太陽が南中するときに発電量が最大となるようにソーラーパネルの向きが決められている、というものである。他の１点は時刻によるソーラーパネルの発電量の推移は正弦関数で表される、というものである。
【０１３７】
モータの消費電力（利用電力）は、ソーラーパネルが大きくなるほど大きくし得ることは明らかである。しかしながら、太陽光エネルギー利用システムの総コストに占めるソーラーパネルの割合は大きく、コストを抑えるためにはソーラーパネルはできるだけ小さいことが望ましい。従って、ソーラーパネルが発電できる最大電力量のうち、モータの消費電力（利用電力）がどのくらいの割合になるかという指標が重要になる。この指標は、図５〜図７において、モータの消費電力（利用電力）の積分値（斜線部分の面積）を、ソーラーパネルの発電電力の積分値で除したもの、すなわち総利用電力量／総発電可能電力量として定義できる。
【０１３８】
図８は、ソーラー発電ピーク電力／最大モータ消費電力が変化した際の、総利用電力量／総発電可能電力量の変化を示している。図８から明らかなように、ソーラー発電ピーク電力／最大モータ消費電力が０．５を下回ると総利用電力量／総発電可能電力量は急激に低下する。これは、モータが朝夕の長時間に亘って動作しないことを示している。一方、ソーラー発電ピーク電力／最大モータ消費電力が１．５を超える場合も、総利用電力量／総発電可能電力量は８０％を下回る。
【０１３９】
以上をまとめると、ソーラーパネルの最大発電電力ＰＳと、モータの最大消費電力ＰＭを
０．５≦ＰＳ／ＰＭ≦１．５
とすることが好ましい。このようにすれば、ソーラーパネルの発電する電力をモータが効率良く利用できるため、ソーラーパネルを小型化してコストを抑えつつ、夜間の保冷に必要な冷熱を昼間に十分蓄えることができる、高性能な保冷庫を提供できる。
【０１４０】
ソーラーパネルを照射する日照強度の増減に応じてモータの回転数を増減させることで昼間に保冷室が十分に冷却されたとしても、夜間に保冷庫の温度が上昇して所定温度を超えてしまうのは好ましくない。保冷室に十分な量の貯蔵品があれば、それに蓄えられた冷熱により、夜間も保冷室が所定温度以下に保たれることとなりやすい。しかしながら、十分な量の貯蔵品が常にあるとは限らない。
【０１４１】
従って、保冷室に蓄冷剤を配置することが好ましい。これにより、ソーラーパネルが発電できない夜間においても保冷室内を所定の温度以下に確実に保つことが可能となる。あるいは、昼間天候が悪くて十分に発電をすることができなかったとしても、次に発電可能になるまで保冷室を所定温度以下に保つことが可能となる。
【０１４２】
例えば、「より好ましい態様」を実現できる構成例として紹介したように、太陽光エネルギー利用システムの設置場所を緯度１２度で外気温３０℃の地点とし、ソーラーパネルには定格最大出力２３５Ｗのものを用い、保冷室の容積は２００リットルとし、蓄冷剤として融解潜熱２３０ｋＪ／ｋｇのものを重量にして１６．５ｋｇ保冷室に配置した場合、モータが動作を停止してから３８時間の間、保冷室を−２０℃以下に保つことができた。これは、雨天のため丸一日発電をすることができなくても、次の晴天時にソーラーパネルが発電を開始するまで、保冷室を十分低温に保つことができることを示している。
【０１４３】
太陽光エネルギー利用システム１００は、基本的にはソーラーパネル１０１から供給される電力のみで動作する。これにより、商用電源がない場所でも、自立した（スタンドアローンの）システムとして太陽光エネルギー利用システム１００を設置することができる。しかしながら、ソーラーパネル１０１とＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の間に、商用電源に接続されたＡＣアダプタの出力部、または二次電池の出力部が接続されていてもよい。このようにしておけば、ソーラーパネル１０１が非常に大きな出力低下を起こした場合でも、駆動中のモータ１２２が脱調して停止することを防止することができる。
【０１４４】
ＡＣアダプタまたは二次電池から供給される電力で駆動される際のモータ１２２の最大回転数は、ソーラーパネル１０１から電力のみで駆動される際のモータ１２２の最大回転数より低いことが好ましい。このようにすれば、主電源であるソーラーパネル１０１の補助電源であるＡＣアダプタは定格が小さいもので足りる。同じくソーラーパネル１０１の補助電源である二次電池は容量の小さなもので足りる。従って太陽光エネルギー利用システム１００のコストを低減することができる。
【０１４５】
ＡＣアダプタや二次電池には頼らないこととしてそれらを省略すれば、回路を大幅に簡素化してコストを下げ、メンテナンスを簡略化することができる。
【０１４６】
（モータ回転数を制御する一方法の詳細）
太陽光エネルギー利用システム１００においてモータ１２２の回転数を制御する一方法の詳細を、図９〜図１１に基づき説明する。
【０１４７】
このモータ回転数制御方法のポイントは、ソーラーパネル１０１のＰ−Ｖ曲線における動作点を、最大電力点よりも右側に制限することである。すなわち、ソーラー出力電圧を最大電力点における出力電圧よりも高い電圧に制限することである。これにより、モータ１２２を安定な状態で駆動することができる。また、ソーラーパネル１０１が発電する電力をできるだけ有効に利用することができる。
【０１４８】
上記方法では、ソーラーパネル１０１の最大電力点における最大電力出力電圧Ｖｍと、ある時点でのソーラー出力電圧Ｖとを比較することが基本となる。
【０１４９】
この方法では、最大電力出力電圧Ｖｍを決定するためには、予めソーラーパネル１０１の特性を把握し、最大電力出力電圧Ｖｍを定めておけばよい。ソーラー出力電圧Ｖは電圧センサ回路１１４で測定することができる。
【０１５０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１における昇圧比率が判明している場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の出力電圧を測定してソーラー出力電圧Ｖを推定してもよい。この方法は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１で高圧（例えば３８０Ｖ）に昇圧する場合には特に好ましい。なぜなら、高圧がかかるインバータ１１２も制御回路部１１３の制御対象であるが、できる限りＤＣ−ＤＣコンバータ１１１の入力側等の低圧部とは電気的に分離しておきたいからである。これにより例えば、低圧部にある電圧センサ１１４からの信号を、フォトカプラを通じて制御回路部１１３に伝達するといった配慮が不要となる。
【０１５１】
以下の説明では、モータの負荷の変動によるモータ消費電力の変動は無視する。すなわち、モータの回転数と印加電圧が定まれば、モータの消費電力は一意に決まるものとする。また、ソーラーパネルの出力特性が温度により変化することも無視する。さらに、日照強度の増減によりソーラーパネルが最大電力を出力する電圧Ｖｍが変動することも無視する。
【０１５２】
図９はモータの回転数制御のフローチャートである。図１０は日の出後に日照強度が次第に強くなって行くときの動作点の移動を表している。
【０１５３】
図１０において、日の出後しばらくすると、ソーラーパネル１０１はＰ−Ｖ曲線Ｃａの出力特性を持ち、モータ１２２を最低回転数Ｒａで駆動できるだけの電力を発生するようになる。モータ１２２がＲａ回転のときのＰ−Ｖ特性をＰ−Ｖ曲線Ｒａとすると、ソーラーパネル１０１の動作点はＰ−Ｖ曲線ＣａとＰ−Ｖ曲線Ｒａの交点ａ１に位置し、モータ１２２は回転数Ｒａで回転する。このとき、ソーラー出力電圧ＶがＶ３付近であったとすると、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２であるから、図９よりモータ１２２の回転数は変化しないことがわかる。
【０１５４】
日照強度が徐々に強くなり、ソーラーパネル１０１の出力特性がＰ−Ｖ曲線ＣａからＰ−Ｖ曲線Ｃｂまで移動すると、動作点ａ１はＰ−Ｖ曲線Ｒａにのったまま動作点ａ２に移動する。これにより、ソーラー出力電圧ＶがＶ２に達するので、図９からわかるように、ソーラー出力電圧ＶがＶ３に達するまで、モータ１２２の回転数は増加する。この時動作点ａ２は、Ｐ−Ｖ曲線Ｃｂにのったまま動作点ａ３に移動する。以下、同様にしてモータ１２２の回転数は最高回転数であるＲｄまで増加し、動作点はａ７に移動する。
【０１５５】
日照強度が更に増加し、ソーラーパネル１０１の出力特性がＰ−Ｖ曲線Ｃｄより更に上方に移動した場合、動作点ａ７はＰ−Ｖ曲線Ｒｄにのったまま右側に移動するが、これ以上モータ１２２の回転数が増加することはない。
【０１５６】
次に、太陽の南中後、日照強度が次第に弱くなって行くときのソーラーパネル１０１の動作点の移動を図１１で説明する。
【０１５７】
図１１において、日照強度が減少してソーラーパネル１０１の出力特性がＰ−Ｖ曲線Ｃｅに移動すると、動作点ａ７はＰ−Ｖ曲線Ｒｅにのったまま左側に移動し、動作点ａ８に移る。ここで、ソーラー出力電圧ＶはＶ１に達するので、図９からわかるように、ソーラー出力電圧ＶがＶ４に達するまで、モータ１２２の回転数は減少する。この時、動作点ａ８は、Ｐ−Ｖ曲線Ｃｅにのったまま動作点ａ９に移動する。以下、同様にしてモータ１２２の回転数は最低回転数であるＲｉ（＝Ｒａ）まで減少し、動作点はａ１５に移動する。
【０１５８】
さらに日照強度が減少すると、ソーラーパネル１０１はモータ１２２を最低回転数Ｒｉで駆動できるだけの電力を発生できなくなるので、モータ１２２は停止する。
【０１５９】
上記モータ回転制御方法では、ソーラー出力電圧Ｖは、ソーラーパネル１０１が最大電力を出力する電圧Ｖｍよりも高い電圧に制限され、かつ、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２となるように制限されている。これを実現するために、ソーラーパネル１０１が最大電力を出力する電圧Ｖｍとソーラーパネル１０１の出力電圧Ｖの差が所定のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１以下の場合にモータ１２２の回転数を減少させている。また、ソーラーパネル１０１が最大電力を出力する電圧Ｖｍとソーラー出力電圧Ｖの差が所定のオフセット電圧値Ｖｏｆｆ２以上の場合にモータ１２２の回転数を増加させている。
【０１６０】
上記モータ回転制御方法を用いると、太陽光エネルギー利用システム１００のモータ１２２の動作を安定化しつつ、ソーラーパネル１０１の動作点を最大電力点の近くに留めることができる。これにより、ソーラーパネル１０１が発電する電力を有効に利用することが可能になる。また、このような制御を、ソーラー出力電圧Ｖを測定するだけで行うことができるので、回路を簡素化することができる。
【０１６１】
上記Ｖ１、Ｖ２は、最大電力出力電圧Ｖｍが３０Ｖのソーラーパネルを用いた場合、例えば３２．５Ｖと３４Ｖにすることができる。なお、この値はあくまでも例示であり、発明を限定するものではない。
【０１６２】
（モータ回転数を制御する他の方法の詳細）
太陽光エネルギー利用システム１００においてモータ１２２の回転数を制御する他の方法の詳細を、図１２〜図１５に基づき説明する。
【０１６３】
このモータ回転数制御方法も、前述のモータ回転数制御の一方法と同様に、ソーラーパネル１０１のＰ−Ｖ曲線における動作点を、最大電力点よりも右側に制限する。すなわち、ソーラー出力電圧を最大電力点における出力電圧よりも高い電圧に制限することをポイントとしている。これにより、モータ１２２を安定な状態で駆動することができる。また、ソーラーパネル１０１が発電する電力をできるだけ有効に利用することができる。
【０１６４】
このモータ回転数制御方法が前述の一方法と異なる点は、ソーラーパネル１０１の最大電力点における最大電力出力電圧Ｖｍと、ある時点でのソーラー出力電圧Ｖとを比較するのではなく、ある時点のソーラーパネル１０１の最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐｍと、ある時点の動作点におけるソーラー出力電力Ｐとを比較する点である。
【０１６５】
最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐは、同一のソーラーパネルであっても日照強度により変化するため、ある時点の動作点におけるソーラー出力電圧Ｖとソーラー出力電力Ｐから推定する必要がある。
【０１６６】
ある時点のソーラー出力電力Ｐは、ある時点の動作点におけるソーラー出力電圧Ｖとモータの回転数ｒから推定するか、ある時点のモータの消費電力を実測して推定するか、もしくはある時点のソーラーパネルの出力電力を実測して求める。
【０１６７】
以下の説明では、モータの負荷の変動によるモータ消費電力の変動は無視する。すなわち、モータの回転数と印加電圧が定まれば、モータの消費電力は一意に決まるものとする。また、ソーラーパネルの出力特性が温度により変化することも無視する。さらに、日照強度の増減によりソーラーパネルが最大電力を出力する電圧Ｖｍが変動することも無視する。
【０１６８】
図１２はモータの回転数制御のフローチャートである。図１３は最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐｍを推定する方法を説明する図である。
【０１６９】
図１２に示すように、ある時点のソーラーパネル１０１の最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐｍを求めるときは、ある時点のソーラー出力電圧Ｖ及びモータ回転数ｒを測定する。ソーラー出力電圧Ｖは電圧センサ回路１１４で測定することができる。モータ回転数ｒは、インバータ１１２に対し制御回路部１１３が指令している回転数をそのまま用いればよい。
【０１７０】
次に、モータ回転数ｒからソーラー出力電力Ｐを推定する。このためには、予めモータ回転数とモータ消費電力との関係、及びモータ消費電力とソーラー出力電力Ｐとの関係を制御部１１０に記憶させておけばよい。図１３から明らかなように、モータ回転数ｒがＲｂであり、ソーラー出力電圧がＶであるならば、動作点はａ１６であり、このときのソーラー出力電力Ｐを求めることができる。
【０１７１】
ソーラー出力電力Ｐは上記のようにモータ回転数ｒから求めることができるが、モータ消費電力またはソーラー出力電力Ｐを実測して求めてもよい。これを行うには、該当箇所に電流計と電圧計を配置しておけばよい。
【０１７２】
上記方法によって、ある時点でのソーラー出力電圧Ｖとソーラー出力電力Ｐが求められたら、図１３に示すように、ある時点でのソーラーパネル１０１のＰ−Ｖ曲線及び最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐｍが推定できる。接続されるソーラーパネルの各日照強度におけるＰ−Ｖ曲線を記憶させておけば、動作点ａ１６を通るソーラーパネル１０１のＰ−Ｖ曲線Ｃｂを一意に求めることができるので、最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐｍも推定することができる。
【０１７３】
次に、最大電力点におけるソーラー出力電力Ｐｍとソーラー出力電力Ｐの差Ｐｄを求める。Ｐｄはソーラーパネルの発電能力にどれくらい余力があるかを示すものである。
【０１７４】
Ｐｄの大きさによりモータ回転数を増減する。Ｐｄ≧Ｐｏｆｆ２であればモータ回転数を一定値Δｒ１だけ増加させ、Ｐｄ≦Ｐｏｆｆ１であればモータ回転数を一定値Δｒ２だけ減少させる。Ｐｏｆｆ２＞Ｐｄ＞Ｐｏｆｆ１であればモータ回転数を変化させない。
【０１７５】
一定値Δｒ１は１００ｒｐｍ≦Δｒ１≦５００ｒｐｍとすることが好ましい。一定値Δｒ１を１００ｒｐｍ≦Δｒ１≦５００ｒｐｍとすることにより、モータ回転数を過度に頻繁に変更する必要がないという効果が得られる。また、モータ回転数を適度な頻度で変更してソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。一定値Δｒ２は２００ｒｐｍ≦Δｒ２≦１０００ｒｐｍとすることが好ましい。一定値Δｒ２を２００ｒｐｍ≦Δｒ２とすることにより、発電量の急激な減少が起きたときにもモータを安定して駆動するという効果が十分得られる。また、Δｒ２≦１０００ｒｐｍとすることにより、過度なモータ回転数の低下を抑制してソーラーパネルが出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０１７６】
図１４（ａ）〜（ｅ）は、ソーラー出力電圧Ｖ、モータ回転数ｒ、ソーラー出力電力Ｐ、ソーラー最大出力電力Ｐｍ及びＰｄ（＝Ｐｍ−Ｐ）の時間変化をそれぞれ示したグラフである。
【０１７７】
図１４中、ｍ１、ｍ２、及びｍ３で示した測定期間では、ソーラー出力電圧Ｖ及びモータ回転数ｒを測定し、ソーラー出力電力Ｐ、ソーラー最大出力電力Ｐｍ、及びそれらよりＰｄを求めている。測定期間ｍ１では、Ｐｄ≧Ｐｏｆｆ２であり、期間ａ１においてモータ回転数ｒをΔｒ１増加させている。測定期間ｍ２では、Ｐｏｆｆ２＞Ｐｄ＞Ｐｏｆｆ１であり、モータ回転数ｒを変化させない。その後、日照強度の低下が発生し、ソーラー出力電圧Ｖ及びソーラー最大出力電力Ｐｍが急減している。その結果、測定期間ｍ３では、Ｐｄ≦Ｐｏｆｆ１であり、期間ａ３においてモータ回転数ｒをΔｒ２減少させている。
【０１７８】
図１５は、図１４の時間ｔ１〜ｔ５におけるソーラーパネルの動作点の変遷（ａ（ｔ１）〜ａ（ｔ５））を示している。Ｐｏｆｆ２＞Ｐｄ＞Ｐｏｆｆ１となるように制御されているのがわかる。
【０１７９】
上記モータ回転制御の方法を用いても、太陽光エネルギー利用システムのモータの動作を安定化しつつ、ソーラーパネルの動作点を最大電力点の近くに留めることができるので、ソーラーパネルが発電する電力を有効に利用することが可能になる。
【０１８０】
上記オフセット電力値Ｐｏｆｆ１とＰｏｆｆ２は、定格出力が２００Ｗのソーラーパネルを用いた場合、例えば１０Ｗと２０Ｗにすることができる。なお、この数値はあくまでも例示であり、発明を限定するものではない。
【０１８１】
＜第２実施形態＞
図１６は本発明の第２実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムのブロック図である。第２実施形態の太陽光エネルギー利用システム２００は次の点が第１実施形態の太陽光エネルギー利用システム１００と異なる。すなわち、太陽光エネルギー利用システム１００が備えていた温度センサ１０２及び温度センサ回路１１５を備えない点、太陽光エネルギー利用システム１００が備えていない電流センサ回路２１６を備える点、及びモータ失速防止装置が異なるという点である。
【０１８２】
太陽光エネルギー利用システム１００の場合と同様に、太陽光エネルギー利用システム２００は、ソーラーパネル２０１、ソーラーパネル２０１が発電した電力を受ける制御部２１０、及び制御部２１０が出力する電力により駆動される保冷庫２２０を備えている。
【０１８３】
制御部２１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１１、インバータ２１２、制御回路部２１３、電圧センサ回路２１４、及び電流センサ回路２１６を備えている。
【０１８４】
保冷庫２２０は、モータ２２２により駆動される圧縮機２２１、保冷室２２３、保冷室２２３内に配置された蓄冷剤２２４、圧縮機２２１から吐出された高温高圧の冷媒を受け入れる凝縮器２２５、保冷室２２３内に配置されており、凝縮器２２５で放熱を行った冷媒を内部で蒸発させることにより冷熱を得て保冷室２２３を冷却する冷却器２２６、及び圧縮機２２１から凝縮器２２５へ、凝縮器２２５から冷却器２２６へ、冷却器２２６から再び圧縮機２２１へと冷媒を循環させる冷媒配管２２７を備える。
【０１８５】
電流センサ回路２１６としては、電流を抵抗器に流して抵抗器の両端の電位差を測定する回路や、電流がつくる磁場を検出する非接触方式の回路などを用いることができる。
【０１８６】
電圧センサ回路２１４によってソーラーパネル２０１の出力電圧Ｖを測定し、電流センサ回路２１６によってソーラーパネル２０１の出力電流Ｉを測定する。これら出力電圧Ｖ
及び出力電流Ｉから、ソーラーパネル２０１の出力電力Ｐを求めることができる。
【０１８７】
（第２実施形態のモータ失速防止装置）
太陽光エネルギー利用システム２００は、駆動中のモータ２２２が失速することを防ぐモータ失速防止装置を備える。第２実施形態のモータ失速防止装置は、インバータ２１２と、インバータ２１２を制御する制御回路部２１３により構成される。このモータ失速防止装置は、ソーラーパネル２０１の出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限する。その基本的な動作原理を図１７に基づき説明する。
【０１８８】
図１７には、様々な日照強度における、一般的なソーラーパネルの出力特性がＰ−Ｖ曲線として描かれている。図１７では、Ｐ−Ｖ曲線Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ、Ｃｄの最大電力点を、それぞれｃａｍ、ｃｂｍ、ｃｃｍ、ｃｄｍとしている。
【０１８９】
各Ｐ−Ｖ曲線の最大電力点では、その定義から必ずＰ−Ｖ曲線の傾きがゼロ、すなわち、ｄＰ／ｄＶ＝０となる。また、最大電力点より左側（出力電圧Ｖが低い側）では傾きが正（ｄＰ／ｄＶ＞０）となり、最大電力点より右側（出力電圧Ｖが高い側）では傾きが負（ｄＰ／ｄＶ＜０）となる。
【０１９０】
前記の通り、太陽光エネルギー利用システム２００のモータ失速防止装置は、ソーラーパネル２０１の出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる（ｄＰ／ｄＶ＜０）電圧に制限する。言い換えると、ソーラーパネル２０１の動作点を、最大電力点より右側に制限する。これにより、ソーラーパネル２０１の出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が正となる（ｄＰ／ｄＶ＞０）電圧で動作させた際のモータ動作の不安定化を避けることができる。従って太陽光エネルギー利用システム２００は、ソーラーパネル２０１の発電能力を有効に利用しつつ、かつ、モータ２２２を安定して動作させることが可能になる。
【０１９１】
ソーラーパネル２０１の出力電圧の変化率（ｄＰ／ｄＶ）は、最大電力点に近づくにつれて単調に減少し、最大電力点で０となる。そのため、変化率（ｄＰ／ｄＶ）を測定することによって、最大動作点の位置を全く知らなくても、また、最大動作点に到達することなく、ある時点の動作点が最大動作点とどれだけ離れているかを容易に推定することができる。
【０１９２】
従って、ソーラーパネル２０１を他の機種に変更したり、ソーラーパネル２０１の特性が温度による変化や経時変化で変化したりした場合であっても、特に設定変更等せずにモータの失速防止を継続することが可能になる。
【０１９３】
第１実施形態の太陽光エネルギー利用システム１００に存在した温度センサ１０２及び温度センサ回路１１５を、第２実施形態の太陽光エネルギー利用システム２００は備えていない。これは、電圧センサ回路２１４及び電流センサ回路２１６によってソーラーパネル２０１の出力電圧Ｖ及び出力電力Ｐを測定し、変化率（ｄＰ／ｄＶ）を測定すれば、ソーラーパネル特性の温度変化に対応できるからである。
【０１９４】
太陽光エネルギー利用システム２００のモータ失速防止装置は、所定の正の変化率ｓ１を設定し、ソーラーパネル２０１の出力電圧の変化ΔＶ及びソーラーパネル２０１の出力電力の変化ΔＰから、ソーラーパネル２０１の出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを求め、その上で｜ΔＰ／ΔＶ｜＞ｓ１となるようにモータ２２２を制御することが、より好ましい。すなわち、図１７において、動作点を｜ｄＰ／ｄＶ｜＝ｓ１なる点より右側に制限するのである。
【０１９５】
上記のような制御を行うことにより、第１実施形態でオフセット電圧値Ｖｏｆｆ１を設定し、ソーラー出力電圧ＶをＶ＞Ｖｍ＋Ｖｏｆｆ１となるように制御する（図２）場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、ソーラーパネル２０１で急な出力変動があった場合でも、負荷であるモータ２２２を安定して駆動することが可能となる。
【０１９６】
図１７に示すように、ｓ１より大きい正の変化率ｓ２をさらに設定し、ｓ２＞｜ΔＰ／ΔＶ｜＞ｓ１となるように制御することが、さらに好ましい。すなわち、動作点を｜ｄＰ／ｄＶ｜＝ｓ１なる点より右側、かつ、｜ｄＰ／ｄＶ｜＝ｓ２なる点より左側に制限するのである。このような位置に動作点を制限することにより、ソーラーパネル２０１の発電量を高いレベルに維持してソーラーパネル２０１の発電能力をより有効に利用しつつ、モータ２２２を安定して動作させることができる。
【０１９７】
ここで、変化率ｓ１およびｓ２の好ましい値を述べる。変化率ｓ１およびｓ２はＰ−Ｖ曲線の傾きであり、これはソーラーパネルの出力電圧および出力電力により変化するため、これをそのまま限定するのは適切でない。しかしながら、一般的なシリコン系の太陽電池のＰ−Ｖ曲線の形は規格化を行うことにより概ね普遍のものとなる。ここでは、ソーラーパネルの最大電力出力電圧Ｖｍおよび最大電力Ｐｍがともに１となるような規格化を行う（表２参照）。このようにすれば、ソーラーパネルの機種によらず、Ｐ−Ｖ曲線の形状が一定になる。ｓ１およびｓ２のかわりに規格化された変化率ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）およびｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）を用いれば、ソーラーパネルの機種によらず無次元量で限定することが可能となる。
【０１９８】
【表２】
2014119145.tif 000004
【０１９９】
規格化された変化率ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）は１．０≦ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦５．７とすることが好ましい。規格化された変化率ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）を１．０≦ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）とすることにより、ソーラーパネル２０１の急な出力変動に対してモータ２２２を安定して駆動するという効果が十分得られる。また、ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦５．７とすることにより、ソーラーパネル２０１が出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０２００】
規格化された変化率ｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）はｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≧ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）＋０．４であって、かつｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦６．７とすることが好ましい。規格化された変化率ｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）をｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≧ｓ１×（Ｖｍ／Ｐｍ）＋０．４とすることにより、モータ２２２の回転数を過度に頻繁に変更する必要がないという効果が得られる。また、ｓ２×（Ｖｍ／Ｐｍ）≦６．７とすることにより、ソーラーパネル２０１が出力する電力を十分有効に利用できるという効果が得られる。
【０２０１】
（モータ回転数を制御する方法の詳細）
太陽光エネルギー利用システム２００においてモータ２２２の回転数を制御する方法の詳細を、図１８〜図２０に基づき説明する。
【０２０２】
このモータ回転数制御方法のポイントは、ソーラーパネル２０１のＰ−Ｖ曲線における動作点を、ソーラー出力電圧Ｖを変化させたとき、ソーラー出力電力Ｐの変化率が負となる（ｄＰ／ｄＶ＜０）電圧に制限することである。これにより、モータ２２２を安定な状態で駆動することができる。また、ソーラーパネル２０１が発電する電力をできるだけ有効に利用することができる。
【０２０３】
以下の説明では、ソーラーパネルの出力特性が温度により変化することを無視する。さらに、日照強度の増減によりソーラーパネルが最大電力を出力する電圧Ｖｍが変動することも無視する。
【０２０４】
図１８はモータの回転数制御のフローチャートである。図１８に示すように、ある時点のソーラー出力電圧Ｖｉ及びソーラー出力電流Ｉｉを測定する。この結果を用いて、ある時点におけるソーラー出力電力Ｐｉを計算する。
【０２０５】
次に、モータ回転数を一定値Δｒ１減少させる。一定値Δｒ１は、例えば１００ｒｐｍとすることができるが、この数値に限定されるものではない。
【０２０６】
モータの減速が終了した後、ソーラー出力電圧Ｖｆ及びソーラー出力電流Ｉｆを測定する。この結果を用いて、モータ減速後のソーラー出力電力Ｐｆを計算する。
【０２０７】
次に、モータ減速前後におけるソーラー出力電力のソーラー出力電圧に対する変化率、すなわちΔＰ／ΔＶ＝（Ｐｆ−Ｐｉ）／（Ｖｆ−Ｖｉ）を計算する。この変化率は、Ｐ−Ｖ曲線における傾きに対応し、モータを安定して動作させるためには負となるように制御すべきものである。この変化率は最大電力点に近づくほどゼロに近づくので、その絶対値から、動作点が最大電力点からどのくらい離れているかを推定することができる。
【０２０８】
上記手順では、ソーラー出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを求める際には、モータ回転数を一定値Δｒ１減少させ、ΔＰが負になるようにしていた。変化率ΔＰ／ΔＶを求めるためには、モータ回転数を増加させる、すなわちΔＰが正になるようにしてもよいのであるが、ΔＰを負値とする方が好ましい。なぜなら、ΔＰを負とすれば、動作点が最大電力点から遠ざかるので、変化率ΔＰ／ΔＶの測定により、モータの動作が不安定になるのを防ぐことができるからである。
【０２０９】
次に、変化率の絶対値｜ΔＰ／ΔＶ｜の大きさに応じてモータ回転数を変化させる。｜ΔＰ／ΔＶ｜≧ｓ２であればモータ回転数を一定値Δｒ３（Δｒ３＞Δｒ１）だけ増加させる。｜ΔＰ／ΔＶ｜≦ｓ１であればモータ回転数を更に一定値Δｒ２だけ減少させる。ｓ２＞｜ΔＰ／ΔＶ｜＞ｓ１であればモータ回転数を一定値Δｒ１だけ増加させてモータ減速前の回転数に戻す。
【０２１０】
図１９（ａ）〜（ｄ）は、モータ回転数ｒ、ソーラー出力電力Ｐ、ソーラー出力電圧Ｖ及びソーラー出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを、それぞれ示したグラフである。
【０２１１】
図１９中、ｍ１、ｍ２、及びｍ３で示した測定期間では、モータ回転数ｒをΔｒ１減少させるとともに、モータ回転数減少前後でソーラー出力電圧Ｖ及びソーラー出力電流Ｉを測定し、その結果を用いてソーラー出力電力の変化率ΔＰ／ΔＶを求めている。
【０２１２】
測定期間ｍ１では、｜ΔＰ／ΔＶ｜≧ｓ２であり、期間ａ１においてモータ回転数ｒをΔｒ３（Δｒ３＞Δｒ１）増加させている。その結果、モータ回転数は測定期間ｍ１の前よりΔｒ３−Δｒ１だけ増加している。
【０２１３】
測定期間ｍ２では、ｓ２＞｜ΔＰ／ΔＶ｜＞ｓ１であり、期間ａ２においてモータ回転数ｒをΔｒ１増加させている。その結果、モータ回転数は測定期間ｍ２の前と同じになる。
【０２１４】
その後、日照強度の低下が発生し、ソーラー出力電圧Ｖが急減している。その結果、測定期間ｍ３では、｜ΔＰ／ΔＶ｜≦ｓ１であり、期間ａ３においてモータ回転数ｒをΔｒ２減少させている。その結果、モータ回転数は測定期間ｍ３の前よりΔｒ１＋Δｒ２だけ減少している。
【０２１５】
図２０は、図１９の時間ｔ１〜ｔ５におけるソーラーパネルの動作点の変遷（ａ（ｔ１）〜ａ（ｔ５））を示している。
【０２１６】
上記モータ回転制御の方法を用いても、太陽光エネルギー利用システムのモータの動作を安定化しつつ、ソーラーパネルの動作点を最大電力点の近くに留めることができるので、ソーラーパネルが発電する電力を有効に利用することが可能になる。
【０２１７】
図１７からわかるように、日照強度が弱いときはＰ−Ｖ曲線の傾きは全体的に緩やかになる。そのため、ｓ１及びｓ２を一定にすると、日照強度が弱いときのソーラーパネルの動作点は最大電力点から離れたところに制限されることとなる。従って、日照強度が弱いときはソーラーパネルの発電した電力の利用率が低下してしまう。これを防ぐためには、ｓ１及びｓ２を、ＰｉまたはＰｆで乗算して補正するのが有効である。これにより、日照強度が弱いときのソーラーパネルの動作点も最大電力点に近づき、ソーラーパネルが発電した電力の利用率を向上させることができる。
【０２１８】
＜第３実施形態＞
図２１は本発明の第３実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムのブロック図である。第３実施形態の太陽光エネルギー利用システム３００は次の点が第１実施形態の太陽光エネルギー利用システム１００と異なる。すなわち、太陽光エネルギー利用システム１００が備えていた温度センサ１０２及び温度センサ回路１１５を備えない点、太陽光エネルギー利用システム１００が備えていない大容量のキャパシタ３１７を備える点、及びモータ失速防止装置が異なるという点である。
【０２１９】
太陽光エネルギー利用システム１００の場合と同様に、太陽光エネルギー利用システム３００は、ソーラーパネル３０１、ソーラーパネル３０１が発電した電力を受ける制御部３１０、及び制御部３１０が出力する電力により駆動される保冷庫３２０を備えている。
【０２２０】
制御部３１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１１、インバータ３１２、制御回路部３１３、電圧センサ回路３１４、及びキャパシタ３１７を備えている。
【０２２１】
保冷庫３２０は、モータ３２２により駆動される圧縮機３２１、保冷室３２３、保冷室３２３内に配置された蓄冷剤３２４、圧縮機３２１から吐出された高温高圧の冷媒を受け入れる凝縮器３２５、保冷室３２３内に配置されており、凝縮器３２５で放熱を行った冷媒を内部で蒸発させることにより冷熱を得て保冷室３２３を冷却する冷却器３２６、及び圧縮機３２１から凝縮器３２５へ、凝縮器３２５から冷却器３２６へ、冷却器３２６から再び圧縮機３２１へと冷媒を循環させる冷媒配管３２７を備える。
【０２２２】
（第３実施形態のモータ失速防止装置）
太陽光エネルギー利用システム３００は、駆動中のモータ３２２が失速することを防ぐモータ失速防止装置を備える。第３実施形態のモータ失速防止装置は、ソーラーパネル３０１またはモータ３２２に並列接続され、ソーラーパネル３０１が発電した電力を蓄積するキャパシタ３１７により構成される。
【０２２３】
キャパシタ３１７が存在することにより、モータ３２２の消費電力がソーラーパネル３０１の最大発電電力を超えたとしても、モータ３２２の動作が直ちに不安定になることはない。モータ３２２の消費電力がソーラーパネル３０１の最大発電電力を超えた場合、キャパシタ３１７に蓄積された電荷は徐々に減少し、キャパシタ３１７の電圧も徐々に低下する。この電圧低下を電圧センサ回路３１４が検知した場合、制御回路部３１３はインバータ３１２にモータ３２２の回転数を下げるように指令し、モータ３２２の消費電力を下げる。
【０２２４】
このように、太陽光エネルギー利用システム３００は、モータ失速防止装置として、ソーラーパネル３０１に並列接続され、ソーラーパネル３０１が発電した電力を蓄積するキャパシタ３１７を備えるので、ソーラーパネル３０１の発電能力を有効に利用しつつ、かつ、モータ３２２を安定して動作させることが可能になる。
【０２２５】
図２１ではキャパシタ３１７はソーラーパネル３０１の出力部に接続されているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１１の出力部に接続されていてもよい。この場合、キャパシタ３１７とソーラーパネル３０１との間に電圧変換装置であるＤＣ−ＤＣコンバータ３１１が挿入されることになるが、この場合でも実質的にはキャパシタ３１７はソーラーパネル３０１に並列接続され、ソーラーパネル３０１が発電した電力を蓄積することになる。
【０２２６】
キャパシタ３１７の容量は、モータ３２２が安全に減速する間、必要な電力を供給できることが好ましい。以下にキャパシタ３１７の好ましい容量を述べる。
【０２２７】
保冷庫に用いられるモータとしては、最大回転数５，０００ｒｐｍ（この時の消費電力は１５０Ｗ）、最小回転数１，５００Ｗ（この時の消費電力は４５Ｗ）といった諸元のものが典型的である。また保冷庫に用いられるモータは、通常、１秒間に６０ｒｐｍといった減速速度であれば安全に減速できる。このようなモータに組み合わせるキャパシタ３１７の容量は、次のように考えることができる。
【０２２８】
保冷庫のモータの通常回転数は２，０００ｒｐｍであり、ソーラーパネルの出力が低下して１０％の減速が必要になるといったことは頻繁に生じるので、キャパシタ３１７はこのような状況に対応できるだけの容量を持つことが好ましい。この場合ソーラーパネルの出力は６０Ｗから５４Ｗに急減し、モータは２，０００ｒｐｍ（消費電力６０Ｗ）から１，８００Ｗ（消費電力５４Ｗ）まで、３．３３秒かけて減速する。この間、ソーラーパネルからの電力の不足分は１０ワット秒になる。ソーラーパネルの出力電圧を３０Ｖとすると、キャパシタ３１７に１０ワット秒の電力を蓄積するためには、キャパシタ３１７が２２．２ｍＦの容量を持っていることが必要になる。
【０２２９】
キャパシタ３１７のさらに好ましい容量は以下のようにして求められる。モータが最大回転数５，０００ｒｐｍ（消費電力１５０Ｗ）で回転しているとき、ソーラーパネルからの電力供給がゼロになったとする。このとき、モータが最低回転数１，５００ｒｐｍ（消費電力４５Ｗ）まで安全に減速するのに６０秒を要する。このとき、モータが消費する電力は、５，８５０ワット秒であり、ソーラーパネル３１７の出力電圧を３０Ｖとすると、キャパシタ３１７には１３Ｆの容量が必要である。
【０２３０】
キャパシタ３１７の容量の上限値は、コストと体積を考慮して１００Ｆとするのが好ましい。
【０２３１】
キャパシタ３１７に蓄積される電力量またはキャパシタ３１７の容量を上記範囲とすることにより、モータ失速防止の効果を十分に発揮させることができる。
【０２３２】
キャパシタ３１７は大容量である必要があることから、電気二重層キャパシタを用いるのが好ましい。
【０２３３】
＜第４実施形態＞
図２２は本発明の第４実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムのブロック図である。
【０２３４】
図２２に示すように、第４実施形態に係る太陽光エネルギー利用システム４００は、ソーラーパネル４０１、ソーラーパネル４０１が発電した電力を受ける制御部４１０、及び制御部４１０が出力する電力により駆動される空気調和機の室外機４４０と室内機４５０を備えている。
【０２３５】
制御部４１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１１、制御回路部４１３、電圧センサ回路４１４、電流センサ４１５、及び３個のインバータ４３１、４３２、４３３を備えている。
【０２３６】
空気調和機の室外機４４０は、モータ４４２で駆動される圧縮機４４１と室外側送風機４４３を備えている。
【０２３７】
空気調和機の室内機４５０は、室内側送風機４５１を備えている。
【０２３８】
なお、いずれも図示しないが、室外機４４０には圧縮機４４１から吐出された高温高圧の冷媒を受け入れる凝縮器が配置され、室外機４５０には凝縮器で放熱を行った冷媒を内部で蒸発させることによって冷熱を得る冷却器が配置される。
【０２３９】
インバータ４３１、４３２、４３３は、それぞれモータ４４２、室外側送風機４４３、及び室内側送風機４５１を駆動する。制御回路部４１３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１１及びインバータ４３１、４３２、４３３を統合して制御する。
【０２４０】
（第４実施形態のモータ失速防止装置）
太陽光エネルギー利用システム４００は、駆動中のモータ４４２が失速することを防ぐモータ失速防止装置を備える。第４実施形態のモータ失速防止装置は、インバータ４３１と、インバータ４３１を制御する制御回路部４１３により構成される。このモータ失速防止装置は、第２実施形態のモータ失速防止装置と同様、ソーラーパネル４０１の出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限することで駆動中のモータ４４２の失速を防止する。
【０２４１】
＜第５実施形態＞
図２３は本発明の第５実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムのブロック図である。
【０２４２】
図２３に示すように、第５実施形態に係る太陽光エネルギー利用システム５００は、ソーラーパネル５０１、ソーラーパネル５０１が発電した電力を受ける制御部５１０、及び制御部５１０が出力する電力により駆動されるポンプ５２１を備えている。ポンプ５２１はモータ５２２で駆動される。
【０２４３】
制御部５１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１１、インバータ５１２、制御回路部５１３、電圧センサ回路５１４、及び電流センサ５１５を備えている。
【０２４４】
（第５実施形態のモータ失速防止装置）
太陽光エネルギー利用システム５００は、駆動中のモータ５２２が失速することを防ぐモータ失速防止装置を備える。第５実施形態のモータ失速防止装置は、インバータ５１２と、インバータ５１２を制御する制御回路部５１３により構成される。このモータ失速防止装置は、第２実施形態のモータ失速防止装置と同様、ソーラーパネル５０１の出力電圧を、Ｐ−Ｖ曲線上で当該出力電圧を変化させたときに変化率が負となる電圧に制限することで駆動中のモータ５２２の失速を防止する。
【０２４５】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。発明の主旨を逸脱しない限り、種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４６】
本発明は太陽光エネルギー利用システムに広く利用可能である。
【符号の説明】
【０２４７】
１００  太陽光エネルギー利用システム
１０１  ソーラーパネル
１０２  温度センサ
１１０  制御部
１１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１２  インバータ
１１３  制御回路部
１１４  電圧センサ回路
１１５  温度センサ回路
１２０  保冷庫
１２１  圧縮機
１２２  モータ
１２３  保冷室
１２４  蓄冷剤
１２５  凝縮器
１２６  冷却器
１２７  冷媒配管
２００  太陽光エネルギー利用システム
２０１  ソーラーパネル
２１０  制御部
２１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１２  インバータ
２１３  制御回路部
２１４  電圧センサ回路
２１６  電流センサ回路
２２０  保冷庫
２２１  圧縮機
２２２  モータ
２２３  保冷室
２２４  蓄冷剤
２２５  凝縮器
２２６  冷却器
２２７  冷媒配管
３００  太陽光エネルギー利用システム
３０１  ソーラーパネル
３１０  制御部
３１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１２  インバータ
３１３  制御回路部
３１４  電圧センサ回路
３１７  キャパシタ
３２０  保冷庫
３２１  圧縮機
３２２  モータ
３２３  保冷室
３２４  蓄冷剤
３２５  凝縮器
３２６  冷却器
３２７  冷媒配管
４００  太陽光エネルギー利用システム
４０１  ソーラーパネル
４１０  制御部
４１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
４１３  制御回路部
４１４  電圧センサ回路
４１５  電流センサ回路
４３１、４３２、４３３  インバータ
４４０  空気調和機の室外機
４４１  圧縮機
４４２  モータ
４４３  室外側送風機
４５０  空気調和機の室内機
４５１  室内側送風機
５００  太陽光エネルギー利用システム
５０１  ソーラーパネル
５１０  制御部
５１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
５１２  インバータ
５１３  制御回路部
５１４  電圧センサ回路
５１５  電流センサ回路
５２１  ポンプ
５２２  モータ
【図１】
2014119145.tif 000005
【図２】
2014119145.tif 000006
【図３】
2014119145.tif 000007
【図４】
2014119145.tif 000008
【図５】
2014119145.tif 000009
【図６】
2014119145.tif 000010
【図７】
2014119145.tif 000011
【図８】
2014119145.tif 000012
【図９】
2014119145.tif 000013
【図１０】
2014119145.tif 000014
【図１１】
2014119145.tif 000015
【図１２】
2014119145.tif 000016
【図１３】
2014119145.tif 000017
【図１４】
2014119145.tif 000018
【図１５】
2014119145.tif 000019
【図１６】
2014119145.tif 000020
【図１７】
2014119145.tif 000021
【図１８】
2014119145.tif 000022
【図１９】
2014119145.tif 000023
【図２０】
2014119145.tif 000024
【図２１】
2014119145.tif 000025
【図２２】
2014119145.tif 000026
【図２３】
2014119145.tif 000027
【図２４】
2014119145.tif 000028
【国際調査報告】
2014119145.tif 000029
2014119145.tif 000030
2014119145.tif 000031
2014119145.tif 000032