(57)【要約】【課題】太陽電池電源の最大出力点を簡易に効率良く追尾できる太陽電池出力制御装置を提供すること。【解決手段】太陽電池２から得られる直流電力を交流電力に変換し出力する太陽電池出力制御装置１であって、太陽電池２の電力を計測する電力計測手段１２と、太陽電池２の電圧を変化させて太陽電池２の出力点を制御して最大出力点を得る出力制御手段９と、該出力制御手段９により得られた最大出力点を記憶する出力記憶手段１３とを有するとともに、記憶された所定回数の最大出力点を平均化して太陽電池２の最大出力点を推測し、この推測された最大出力点を中心に太陽電池２の出力点を制御すべく出力制御手段９が動作することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池から得られる直流電力を交流電力に変換し出力する太陽電池出力制御装置であって、前記太陽電池の電力を計測する電力計測手段と、前記太陽電池の電圧を変化させて前記太陽電池の出力点を制御して最大出力点を得る出力制御手段と、該出力制御手段により得られた最大出力点を記憶する出力記憶手段とを有するとともに、記憶された所定回数の最大出力点を平均化して前記太陽電池の最大出力点を推測し、この推測された最大出力点を中心に前記太陽電池の出力点を制御すべく前記出力制御手段が動作することを特徴とする太陽電池出力制御装置。
【請求項２】
前記出力制御手段により得られた最大出力点を複数の所定出力範囲毎に区分し、これら所定出力範囲内で記憶された複数の最大出力点を平均化して各出力範囲における最大出力点を求め、前記太陽電池の最大出力特性を推測するとともに、得られた最大出力特性を中心に前記出力制御手段が動作することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池出力制御装置。
【請求項３】
前記出力制御手段を、記憶された複数の最大出力点をもとに推測された太陽電池の最大出力点で動作させ、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点に出力点を変化させて制御を行わせることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池出力制御装置。
【請求項４】
前記出力制御手段を、記憶された複数の最大出力点をもとに推測された太陽電池の最大出力点で電圧変動を行なわずに動作させ、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点に出力点を変化させて制御を行わせることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は太陽電池モジュールの最大出力点を追尾する太陽電池出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池の出力をインバータにて交流に変換し、商用電力系統と連系する系統連系システムが実用化されている。この系統連系システムにおいては、図３に示すように太陽電池電源２にて発電した直流電力は、太陽電池出力制御装置１にて例えば交流の２００Ｖに変換され、商用電力系統１６と連系接続されている。従来より太陽電池の出力をインバータにて交流に変換させる太陽電池出力制御装置においては、太陽電池電源の出力を効率よく取り出すために最大出力点を追尾させるＭＰＰＴ（Ｍａｘｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｅｒ）制御が行われている。
【０００３】
従来の太陽電池出力制御装置１は、図４に示す通り太陽電池電源２と太陽電池電源２の電圧を異なる電圧に変換する直流電圧変換回路３と直流電圧変換回路３にて変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路４とから構成され、太陽電池電源２の電圧検出手段１０と電流検出手段１１とを有している。ここで太陽電池出力制御装置１のＭＰＰＴ制御は、図５に示す太陽電池電源２の電圧―電流特性上の動作点における電圧、電流を測定するとともに該動作点を微小変動させ、図６に示す太陽電池電源２の電圧―電力特性上の前動作点の出力電力と比較することにより最大出力点を追尾させる方式（山登り方式）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２０１４９号公報（第３頁、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の山登り方式においては、最大出力点を検知するために常に太陽電池電源の動作点をある範囲を持って変動させており、そのために最大出力点に達するまでに時間がかかったり、ＭＰＰＴ制御時の電力演算を行うＣＰＵ（演算装置）に負担がかかるという問題があった。太陽電池の一部が影になった場合などには最大点出力点が検出できず太陽電池の発電エネルギーを有効に利用できないという問題があった。そこで、初期電圧に基づき定電圧制御を行い、太陽電池出力が所定レベルを超えた後は山登り方式を行うといった方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
しかし、前記のような方式においては、予め決められた太陽電池システムでなければ初期電圧を設定することができない。また、日射が低く太陽電池電源の出力が小さいときには電力変化が小さいために最大出力点が検出しづらく、一層変動が大きくなり、さらに出力効率が低下してしまうという問題がある。さらに、常に動作点を変動させながら最大出力点を検出する方式であるため、日射が安定しているときにでも出力が変動し、出力効率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池電源の最大出力点を簡易に効率良く追尾できる太陽電池出力制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、太陽電池から得られる直流電力を交流電力に変換し出力する太陽電池出力制御装置であって、前記太陽電池の電力を計測する電力計測手段と、前記太陽電池の電圧を変化させて前記太陽電池の出力点を制御して最大出力点を得る出力制御手段と、該出力制御手段により得られた最大出力点を記憶する出力記憶手段とを有するとともに、記憶された所定回数の最大出力点を平均化して前記太陽電池の最大出力点を推測し、この推測された最大出力点を中心に前記太陽電池の出力点を制御すべく前記出力制御手段が動作することを特徴とする。
【０００９】
また、前記出力制御手段により得られた最大出力点を複数の所定出力範囲毎に区分し、これら所定出力範囲内で記憶された複数の最大出力点を平均化して各出力範囲における最大出力点を求め、前記太陽電池の最大出力特性を推測するとともに、得られた最大出力特性を中心に前記出力制御手段が動作することを特徴とする。
【００１０】
また、前記出力制御手段は、記憶された複数の最大出力点を基に推測された太陽電池の最大出力点で動作させ、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点に出力点を変化させて制御を行わせることを特徴とする。
【００１１】
さらに、前記出力制御手段は、記憶された複数の最大出力点を基に推測された太陽電池の最大出力点で電圧変動を行なわずに動作し、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点に出力点を変化させて制御を行わせることを特徴とする。
【００１２】
以上の構成により、如何なる容量の太陽電池システムにおいても、季節等に左右されないその時期における太陽電池電源の最大出力点が容易に推測でき、太陽電池出力制御装置を確実に最大出力点で動作させることが可能となる。また、最大出力点に達するまでに時間がかかったり、影の影響で最大出力点が検出できなくなることを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１、図２に従い本発明に係る第１実施形態について説明する。
【００１４】
太陽電池電源２から得られる直流電力は太陽電池出力制御装置１に入力される。太陽電池出力制御装置１は、太陽電池電源２の電圧を異なる電圧に変換する直流電圧変換回路３と直流電圧変換回路３にて変換された直流電力を交流電力に変換するインバータ回路４とから構成される。
【００１５】
直流電圧変換回路３はリアクトル５、半導体スイッチ素子６、ダイオード７、平滑コンデンサ８及び半導体スイッチ素子６を制御する出力制御手段９から成るチョッパ回路により電圧変換が行われ、太陽電池電源２の電圧、電流を検出する電圧検出手段１０，電流検出手段１１と、検出された電圧・電流の演算により電力を求める電力計測手段１２と、得られた電力の中で最大の出力点を記憶する出力記憶手段１３とを有する。
【００１６】
一方、インバータ回路４は複数の半導体スイッチ素子から成るブリッジ回路１４とリアクトルとコンデンサから成るフィルタ回路１５とを有し、直流電圧変換回路３より出力される直流電力を正弦波の商用交流波形に変換し、商用電力系統１６と連系運転を行う。また、インバータ回路４は交流出力電力を測定する交流出力検出器１７を備える。
【００１７】
このように、本発明の太陽電池出力制御装置１は、太陽電池２から得られる直流電力を交流電力に変換し出力するものであり、太陽電池２の電力を計測する電力計測手段１２と、太陽電池２の電圧を変化させて太陽電池２の出力点を制御して最大出力点を得る出力制御手段９と、該出力制御手段９により得られた最大出力点を記憶する出力記憶手段１３とを有するとともに、記憶された所定回数の最大出力点を平均化して太陽電池２の最大出力点を推測し、この推測された最大出力点を中心に太陽電池２の出力点を制御すべく出力制御手段９が動作することを特徴とする。
【００１８】
また、出力制御手段９により得られた最大出力点を複数の所定出力範囲毎に区分し、これら所定出力範囲内で記憶された複数の最大出力点を平均化して各出力範囲における最大出力点を求め、太陽電池２の最大出力特性を推測するとともに、得られた最大出力特性を中心に出力制御手段９が動作することを特徴とする。
【００１９】
また、出力制御手段９を、記憶された複数の最大出力点をもとに推測された太陽電池２の最大出力点で動作させ、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点に出力点を変化させて制御を行わせることを特徴とする。
【００２０】
さらに、出力制御手段９を、記憶された複数の最大出力点をもとに推測された太陽電池２の最大出力点で電圧変動を行なわずに動作させ、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点に出力点を変化させて制御を行わせることを特徴とする。
【００２１】
以下に、太陽電池出力制御装置１の動作について説明する。
【００２２】
直流電圧変換回路３においては、太陽電池電源２から直流電力が入力され、出力制御手段９により半導体スイッチ素子６が高速にオン、オフ制御される。半導体スイッチ６のオン時、リアクトル５にはエネルギーが蓄積され、半導体スイッチ６のオフ時に前記エネルギーがダイオード７を通り平滑コンデンサ８部に出力され、太陽電池電源２から入力された電圧とは異なる直流電圧に変換することが可能となる。尚、半導体スイッチ素子６は変換電圧に応じてパルスのデューティーをコントロールするＰＷＭ方式により制御されている。
【００２３】
また、出力制御手段９部は、電圧検出手段１０、電流検出手段１１で検出された太陽電池電源２の電圧、電流値から電力計測手段１２により電力を演算し、電圧（動作点）を微少に変動させながら太陽電池電源２の電力が最大になるように制御を行うものである。尚、電力計測手段１２で得られた電力値の中で１日における最大電力発生時の太陽電池電源２の動作点（最大出力点）での電圧、電流、電力値については出力記憶手段１３により記憶されるものである。
【００２４】
一方、インバータ回路４では、ブリッジ回路１４の高速スイッチング動作によるＰＷＭ制御が行われ、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）であるフィルタ回路１５を通すことにより、正弦波の交流出力が得られるものである。尚、インバータ回路４が有する交流出力検出器１７は正弦波の交流出力電力を検出するものである。
【００２５】
ここで、太陽電池は天候や温度等により出力特性が変化することが知られており、最大出力点も常に一定ではなく、１年の間では図２の最大出力点Ｐ１〜Ｐ３のように大きく変動してしまうものである。しかしながら、ある期間毎に区切って考慮すれば、気候や温度についても極端な差はないものと見ることができる。
【００２６】
そこで、前記出力記憶手段１３により記憶された１日の最大出力点の所定回数分を平均化し、太陽電池電源の最大出力点を推測させており、ここで得られた最大出力点を中心に動作させるものである。例えば、１日の最大出力点が数十回（数十日）分記憶されており、これらの最大出力点における電圧値Ｖｎ（ｎ＝１〜数十）の平均化処理を行う。ここで得られた電圧値を太陽電池電源の最大出力点の電圧値として基準制御電圧Ｖｐと設定する。そして次の日の動作においては基準制御電圧Ｖｐを中心にして制御を行うこととなる。
【００２７】
この制御手段により、如何なる容量の太陽電池システムにおいても、季節等に左右されることなく、その時期における太陽電池電源の最大出力点を容易に推測することが可能であり、最大出力点に達するまでに時間がかかったり、影の影響で最大出力点が検出できなくなることがない太陽電池出力制御装置を提供することが可能となる。
【００２８】
尚、本発明においては、１日の最大出力点の記憶、平均化処理を行っているが、１日の内の数点または数日の中の最大出力点等を記憶、平均化処理を行ってもよい。
【００２９】
次に本発明に係る第２実施形態について説明する。
【００３０】
太陽電池出力制御装置の構成は前記の図１と同様であるが、動作においては以下の通りとなる。
【００３１】
前記出力制御手段９部は、電圧検出手段１０、電流検出手段１１で検出された太陽電池電源２の電圧、電流値から電力計測手段１２により電力を演算し、電圧（動作点）を微少に変動させながら太陽電池電源２の電力が最大になるように制御を行い、得られた電力値の中で１日における最大の電力発生時の太陽電池電源２の動作点（最大出力点）の電圧、電流、電力値については、所定の出力範囲毎に出力記憶手段１３により記憶されるものである。
【００３２】
ここで、本発明においては、前記出力記憶手段１３により記憶された各出力範囲毎の１日の最大出力点の所定回数分を平均化し、太陽電池電源の最大出力点を出力別に推測させており、ここで得られた最大出力点を中心に動作させるものである。
【００３３】
この制御手段により、各出力毎の最大出力点をつなぐことで太陽電池電源の出力特性を容易に推測することが可能であり、インバータ回路の出力検出器が検出する交流出力に応じた太陽電池電源の動作点が最大出力点にあるかどうかを判別することが可能となる。そのため不必要に動作点を変動させることなく確実に最大出力点へ移行することができるものである。つまり天候や季節による日射変動等に左右されることなく、日射量に応じた太陽電池電源の最大出力を得ることができる太陽電池出力制御装置を提供することが可能となる。また、太陽電池電源２の電力変化が、略一定量以上であった場合にのみ動作点を変化させることも可能である。
【００３４】
また、前記出力記憶手段１３にて記憶された所定回数の最大出力点を基に推測された該太陽電池の最大出力点で電圧変動を行なわずに一定電圧で動作させておき、所定の電力変化があった場合にのみ推測された最大出力点を中心に該出力制御手段９を動作させ、真の最大出力点に追従させることとしてもよい。
【００３５】
この制御手段により、日射量が一定で太陽電池電源２の電力が一定の場合には動作点が変わらないため不必要に出力効率を低下させることが無く、日射量が変化した場合にのみ最大出力点を追従させるため、効率良く最大出力を得ることが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
上記説明したように本発明によれば、如何なる容量の太陽電池システムにおいても、季節等に左右されないその時期における太陽電池電源の最大出力点が容易に推測でき、太陽電池出力制御装置を確実に最大出力点で動作させることが可能となる。また、最大出力点に達するまでに時間がかかったり、影の影響で最大出力点が検出できなくなることを防止できるという効果を有するものである。
【００３７】
また、前記出力制御手段により得られた１日の最大出力点を所定の出力範囲毎に区分し、同出力範囲内の記憶された所定回数の最大出力点を平均化して各出力範囲における最大出力点を求め、該太陽電池の最大出力特性を推測するとともに、得られた最大出力特性を中心に該出力制御手段が動作する構成にできるため、太陽電池電源の動作点が最大出力点にあるかどうかを容易に判別することが可能であり、これにより、確実に最大出力点へ移行することができ、天候等に左右されることなく、日射量に応じた太陽電池電源の最大出力を得ることができる。
【００３８】
また、前記出力記憶手段にて記憶された所定回数の最大出力点を基に推測された、該太陽電池の最大出力点で動作し、所定の電力変化がある場合にのみ出力点を変化させ制御を行う構成にできるので、不必要に出力効率を低下させることが無く、効率良く最大出力を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池出力制御装置の第１実施形態を示す概略回路構成図である。
【図２】本発明の太陽電池電源の出力特性を示す概略説明図である。
【図３】従来の系統連系システムの形態を示す概略説明図である。
【図４】従来の太陽電池出力制御装置の形態を示す一例の説明図である。
【図５】従来の太陽電池電源の電圧−電流特性を示す概略説明図である。
【図６】従来の太陽電池電源の電圧−電力特性を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１  ：太陽電池出力制御装置
２  ：太陽電池電源
３  ：直流電圧変換回路
４  ：インバータ回路
５  ：リアクトル
６  ：半導体スイッチ素子
７  ：ダイオード
８  ：平滑コンデンサ
９  ：出力制御手段
１０：電圧検出手段
１１：電流検出手段
１２：電力計測手段
１３：出力記憶手段
１４：ブリッジ回路
１５：フィルタ回路
１６：商用電力系統
１７：交流出力検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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