(57)【要約】  太陽光発電システム（１１０）は、太陽電池（１１５）と、太陽電池（１１５）によって発生された直流を交流に変換するように構成されたインバータ（１２０）とを含む。太陽光発電システム（１００）は、太陽光発電システム（１００）のＭＰＰ追従を行なうように構成された最大電力点（ＭＰＰ）追従モジュール（１２２）を含む。ＭＰＰ追従モジュール（１２２）は、太陽電池（１１５）の日陰を検出して、ＭＰＰ追従を修正してローカルＭＰＰの追従を防ぐように構成される。ＭＰＰ追従モジュール（１２２）は、インバータ（１２０）に組み込まれてもよい。
2015520431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電システムを操作する方法であって、
複数の太陽電池によって発生された電圧と電流との読み取りを受け取ることと、
前記複数の太陽電池中の一群の太陽電池の日陰を示す条件を検出することと、
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件の検出に応じて、前記太陽光発電システムの最大電力点追従を修正して設定値電圧を発生することと、
前記設定値電圧に従った前記電圧を発生する前記複数の太陽電池と、を含む方法。
【請求項２】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
前記複数の太陽電池が太陽照射の方に向くように位置決めする太陽光追従装置から位置情報を受け取ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位置情報は、前記複数の太陽電池を位置決めするために回転するように構成されたモーターの回転角度を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転角度は、
前記モーターの回転を制御するように構成された制御器から受け取られたモーター設定値から導出される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
局所最大の最大電力点追従が生じるときの特定の時刻を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
局所最大の最大電力点追従が生じるときの太陽位置を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
前記複数の太陽電池の前記電圧及び出力電力の傾向をモニターすることと、
前記複数の太陽電池の前記出力電力が低下すると同時に前記複数の太陽電池の前記電圧が上昇することを検出することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
前記一群の太陽電池を含む太陽電池モジュールが、前記複数の太陽電池中の別の群の太陽電池を含む別の太陽電池モジュールによって日陰になるときを検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記太陽光発電システムの前記最大電力点追従を修正することは、
前記設定値電圧を減らすのに用いられるステップサイズを大きくすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記太陽光発電システムの前記最大電力点追従を修正することは、
前記設定値電圧の一続きの異なる値を用いて電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の掃引を行うことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記設定値電圧は、前記複数の太陽電池によって発生された直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換するように構成されたインバータの基準電圧であり、かつ前記インバータは前記複数の太陽電池が前記基準電圧と同レベルで前記電圧を発生するように誘導する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
太陽光発電システムであって、
複数の太陽電池と、
複数の太陽電池中の第１の群の太陽電池を含む第１の太陽電池モジュールを位置決めするように構成された太陽光追従装置であって、前記第１の太陽電池モジュールの前記位置を調節するためのモーターを含む、太陽光追従装置と、
前記複数の太陽電池の電圧と電流とを受け取るように構成された、インバータと、
最大電力点追従を行い、かつ前記第１の太陽電池モジュールが、前記複数の太陽電池中の第２の群の太陽電池を含む第２の太陽電池モジュールを日陰にするときを検出するように構成された、最大電力点追従モジュールと、を含む、太陽光発電システム。
【請求項１３】
前記最大電力点追従モジュールは、前記モーターの回転角度を受け取り、かつ前記モーターの前記回転角度に基づいて、前記第１の太陽電池モジュールが前記第２の太陽電池モジュールを日蔭にするときを検出するように構成されている、請求項１２に記載の太陽光発電システム。
【請求項１４】
前記最大電力点追従モジュールは、前記モーターの回転を制御するように構成された制御器から受け取られたモーター設定値から前記モーターの前記回転角度を導出する、請求項１３に記載の太陽光発電システム。
【請求項１５】
前記最大電力点追従モジュールは、前記第１の太陽電池モジュールが前記第２の太陽電池モジュールを日蔭にしていることの前記検出に基づいて、前記インバータの設定値を発生するように構成される、請求項１２に記載の太陽光発電システム。
【請求項１６】
前記インバータの前記設定値は基準電圧を含み、かつ前記インバータは、前記複数の太陽電池が前記基準電圧に従った前記電圧の発生を誘導するように構成されている、請求項１５に記載の太陽光発電システム。
【請求項１７】
太陽光発電システムを操作する方法であって、
最大電力点追従を行ない、電圧設定値を第１の減少ステップサイズだけ減らすことと、
複数の太陽電池が前記電圧設定値に従った電圧を発生することと、
第２の減少ステップサイズが前記第１の減少ステップサイズより大である時間インスタンスが発生すると、前記第１の減少ステップサイズを前記第２の減少ステップサイズまで大きくすることと、
最大電力点追従を行ない、前記第２の減少ステップサイズだけ前記電圧設定値を減らすことと、
前記電圧設定値が前記第２の減少ステップサイズだけ減らされた後、前記複数の太陽電池が前記電圧設定値に従った前記電圧を発生することと、を含む、方法。
【請求項１８】
前記電圧設定値は、前記複数の太陽電池が前記電圧の発生を誘導するように構成されたインバータの基準電圧である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記時間インスタンスは予め定められている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記時間インスタンスは無作為である、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載する主題の実施形態は、広くは太陽電池に関する。より具体的には、主題の実施形態は、太陽光発電システムの最大電力点追従に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、複数の太陽電池及び１つ以上の光起電力インバータを含む。太陽電池は、日射を電気エネルギーに変換するものとして周知のデバイスである。インバータは、太陽電池によって発生された直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する。
【０００３】
太陽光発電システムは、電圧がゼロである短絡電圧と、電圧が太陽光発電システムによって発生することができる最大値である開路電圧との間の、任意の電圧で動作することができる。電圧のそれぞれの動作点と関連する電流がある。太陽光発電システムの出力電力を最大にするためには、電流及び電圧の最適動作点を捜し出さなければならない。太陽光発電システムの出力電力が最大にある動作点は、「最大電力点」（ＭＰＰ）として知られている。ＭＰＰでの太陽光発電システムの電圧及び電流は、それぞれ、最大電力電圧（Ｖｍｐ）、及び最大電力電流（Ｉｍｐ）である。
【０００４】
図１は、一例の太陽光発電システムの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線１５１を示す。Ｉ−Ｖ曲線１５１上に重ねられたのは、太陽光発電システムの対応する電力−電圧曲線１５２である。ＭＰＰ（１５３を参照）で、太陽光発電システムは、最大電力電流Ｉｍｐ及び最大電力電圧Ｖｍｐを出力する。ＭＰＰでの太陽光発電システムの出力電力は、ＶｍｐとＩｍｐの積である、最大電力Ｐｍｐである。システム電流がゼロであるとき、開路電圧Ｖｏｃが生じ、システム電圧がゼロであるとき、短絡電流Ｉｓｃが生じることに留意されたい。
【０００５】
太陽光発電システムは、ＭＰＰで出力を維持するためにＭＰＰ追従を行う。ＭＭＰ追従の方法の例としては、「山登り」（Ｐ＆Ｏ）法、及び「増分コンダクタンス」（ＩｎｃＣ）法が挙げられる。Ｐ＆Ｏ法では、太陽光発電システムの電圧又は電流は、小さなステップサイズによって摂動され、対応する電力の変化を検出する。電力が増加する場合、摂動は同じ方向に継続し、電力が低下する場合、摂動は反対方向に変更される。その名が意味するように、増分コンダクタンス法は、太陽光発電システムの増分コンダクタンス（ｄＩ／ｄＶ）を利用し、電圧（ｄＰ／ｄＶ）に関する電力の変化の徴候を計算し、最大電力点を追従する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、太陽光発電システムを操作する方法は、複数の太陽電池によって発生された電圧及び電流の読み取りを受け取ることを含む。複数の太陽電池中の一群の太陽電池の日陰を示す条件が検出される。一群の太陽電池の日陰を示す条件の検出に応じて、太陽光発電システムの最大電力点追従は、修正され、設定値電圧を発生する。複数の太陽電池は、ＭＰＰ追従の設定値電圧に従った電圧を発生する。
【０００７】
別の実施形態では、太陽光発電システムは、複数の太陽電池と、複数の太陽電池中の第１の群の太陽電池を含む第１の太陽電池モジュール、を位置決めするように構成された太陽光追従装置であって、第１の太陽電池モジュールの位置を調節するためのモーターを備える、前記太陽光追従装置と、複数の太陽電池の電圧と電流とを受け取るように構成された、インバータと、前記第１の太陽電池モジュールが複数の太陽電池中の第２の群の太陽電池を含む第２の太陽電池モジュールを日陰にするときを検出するように構成された最大電力点追従モジュールと、を含む。
【０００８】
別の実施形態では、太陽光発電システムを操作する方法は、最大電力点追従を行ない、第１の減少ステップサイズだけ減らされる電圧設定値を発生することを含む。複数の太陽電池は、電圧設定値に従った電圧を発生する。第２の減少ステップサイズが第１の減少ステップサイズより大きい時間インスタンスが発生すると、第１の減少ステップサイズは、第２の減少ステップサイズまで大きくされる。最大電力点追従が行われ、電圧設定値を第２の減少ステップサイズだけ減らす。電圧設定値が第２のステップサイズだけ減らされた後、複数の太陽電池は、電圧設定値に従った電圧を発生する。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことにより、当業者には容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
より完全な主題の理解は、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによって得られることができ、同様の参照番号は、図面全体を通して同様の要素を指す。
【００１１】
【図１】一例の太陽光発電システムの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線を示す。
【００１２】
【図２】ローカルＭＰＰ及びグローバルＭＰＰを含む太陽光発電システムのＩ−Ｖ曲線の一例を示す。
【００１３】
【図３】本発明者らによって行なわれた研究での太陽光発電システムのＩ−Ｖ曲線を示す。
【００１４】
【図４】本発明の実施形態による太陽光発電システムの回路図を示す。
【００１５】
【図５】本発明の実施形態による太陽光発電システムを操作する方法のフローチャートを示す。
【００１６】
【図６】本発明の実施形態による太陽電池の日陰を示す１つ以上の条件の検出を例証する回路図を示す。
【００１７】
【図７】日陰の増加を伴った、電力対電圧のグラフを示す。
【００１８】
【図８】本発明の実施形態による太陽光発電システムを操作する方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本開示では、本発明の実施形態を十分に理解するために、装置、構成部品及び方法の例など、多数の具体的な詳細を提供している。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細のうちの１つ以上を欠いても実施できることは理解されよう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明をしていない。
【００２０】
一般的に言って、現在入手可能なＭＰＰ追従方式は、太陽光発電システムが完全に照射される通常の動作条件下では、良く動作する。しかしながら、ＭＰＰ追従方式が故障する特定の動作条件がある。特に、いくつかのＭＰＰ追従方式は、電力−電圧曲線の局所極大である、スタック追従のローカルＭＰＰを取り入れている。ローカルＭＰＰは、真のＭＰＰと同様の質を有するが、太陽光発電システムの真の最大電力に相当しない。真のＭＰＰは、太陽光発電システムの全Ｉ−Ｖ曲線のＭＰＰであるので、「グローバルＭＰＰ」とも呼ばれる。対照的に、局所最大電力点は、Ｉ−Ｖ曲線の区分でのみＭＰＰである。
【００２１】
図１のＩ−Ｖ曲線１５１は、単一のＭＰＰ  １５３だけがある通常の動作条件の結果であり、曲線１５１上でグローバルＭＰＰである。しかしながら、他の動作条件において、グローバルＭＰＰに加えて、Ｉ−Ｖ曲線上に１つ以上のローカルＭＰＰがあり得る。図２は、太陽光発電システムの一例のＩ−Ｖ曲線１６１、及び対応する電力−電圧曲線１６２を示す。図２の例では、Ｉ−Ｖ曲線１６１は、グローバルＭＰＰ  １６３に加えて、ローカルＭＰＰ  １６４を含んでいる。電力−電圧曲線１６２から明らかなように、ローカルＭＰＰ  １６４は太陽光発電システムが最大電力を出力する動作点ではなく、太陽光発電システムはグローバルＭＰＰ  １６３で最大電力を出力する。
【００２２】
最も基本的な実行であるＰ＆Ｏ法、及びＩｎｃＣ法では、一日の終わりに太陽電池モジュールの日陰が増えるときなどの、最大電力電圧Ｖｍｐが上昇し、かつ電力が低下している間に、ローカルＭＰＰが追従されているかどうかをチェックする方法はない。本発明者らは、上述した方法の両者に関する問題は、ローカルＭＰＰが生じると、それらはグローバルＭＰＰと同じ電圧点から発することであると考える。この現象は図３に示され、その図は本発明者らによって行った研究における太陽光発電システムのＩ−Ｖ曲線を示す。図３の例では、矢印１７１によって示された電圧の上昇及び電流の低下の方向は、ローカルＭＰＰに従う一方で、矢印１７２によって示された方向は、低電圧で好ましいグローバルＭＰＰに従う。矢印１７３は、グローバルＭＰＰと同じ電圧から発するローカルＭＰＰを一般に示す。最初、ローカルＭＰＰとグローバルＭＰＰとの間の電圧の間隔は非常に小さい。通常のＭＰＰ追従のプロセスにおいて、電圧の増分ステップが電力点をローカルＭＰＰの高電圧側に取るのであれば、これらの方法は、グローバルＭＰＰまで回復することができない可能性が高い。一旦ローカルＭＰＰが捜し出され追従されると、別のＭＰＰが存在するかどうか見分けるのが非常に難しい。
【００２３】
グローバルＭＰＰとローカルＭＰＰとの間の識別における別の難題は、ＭＰＰ追従方式が、一般的には、Ｉ−Ｖ曲線の小さいウィンドウにのみ注目することである。これは、電圧のステップサイズが小さいためであり、そのことは、動作電力を常時最大化し、電圧のディザリング範囲を最小化するためには望ましいことである。ＭＰＰ追従方式は、ローカルＭＰＰが導入されるときなどのＩ−Ｖ曲線の任意の大規模の変化を捕えないことがトレードオフである。
【００２４】
本発明者らは、ローカルＭＰＰは、太陽電池モジュールの日陰、及び対応するバイパスダイオードの応答によって誘導される可能性があることを究明した。即ち、太陽電池のいくらかが日陰になってしまうとき、ＭＰＰ追従は、グローバルＭＰＰではなく、ローカルＭＰＰに従うことができる。以下でより明白になるように、本発明の実施形態は、他の特徴の中での、太陽電池の日陰を示す条件を検出し、それに応じて、ＭＰＰ追従を修正しローカルＭＰＰの追従を防ぐことができる。本発明の実施形態は、特定の時間的な条件の下で、ＭＰＰ追従に用いられる減少サイズを変更することによって、ローカルＭＰＰの追従を防ぐこともできる。
【００２５】
次に図４を参照して、本発明の実施形態による、太陽光発電システム１００の概略図が示される。図４の例では、太陽光発電システム１００は、光起電力インバータ１２０及び複数の太陽電池１１５を備える。太陽電池１１５は、日射を電気エネルギーに変換する。太陽電池１１５は、例えば、ＳｕｎＰｏｗｅｒ（商標）Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能なものなど、市販の太陽電池であってもよい。図４の例では、一群の太陽電池１１５が、太陽電池モジュール１１４に載置される。太陽電池１１５は更に、本発明の利点を損ねることなく、異なって、載置されてもよく、又はパッケージングされてもよい。
【００２６】
太陽電池モジュール１１４のストリング１２４（つまり、１２４−１と１２４−２）が、太陽光追従装置１１９に載置されてもよい。例示のために２つのストリング１２４が示されるが、太陽光発電システム１００は、１つ以上のストリング１２４を有してもよい。ストリング１２４は、直列に電気的に接続される太陽電池１１５を含んでもよい。
【００２７】
太陽光追従装置１１９は、トルクチューブ１１８、モーター１１７、及び太陽光追従制御器１１６を含んでもよい。トルクチューブ１１８は、太陽電池モジュール１１４が取り付けられる剛性チューブ、又は他の支持体を含んでもよい。モーター１１７は、トルクチューブ１１８を回転させ、太陽電池モジュール１１４を回転させる。太陽光追従制御器１１６は、モーター１１７を駆動させ、太陽電池モジュール１１４を最適な太陽照射のために太陽に向けて配向させるように構成できる。太陽光追従制御器１１６は、日時に基づいて、太陽電池モジュール１１４を位置決めしてもよい。太陽光追従制御器１１６は、ＭＰＰ追従するように構成されたインバータ１２０及び／又は他のデバイスと、有線又は無線通信によって通信することができる。一実施形態では、太陽光追従制御記１１６は、太陽照射に対する太陽電池１１５の配向を示す位置情報をインバータ１２０に供給するように構成される。位置情報は、例えば、モーター１１７の回転位置の読み取り、又はモーター１１７のモーター設定値を含んでもよい。
【００２８】
コンバイナボックス１１２は、太陽電池１１５の出力が結合される、及び／又は他の構成要素に接続されることができる、接合部を提供する。図４の例では、コンバイナボックス１１２は、太陽電池１１５によって発生された、結合電圧（Ｖ）及び組合せ電流（Ｉ）をインバータ１２０に供給する。
【００２９】
インバータ１２０は、太陽電池１１５によって発生された直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する。太陽光発電システム１００は、複数のインバータ１２０を有し得るが、明瞭に図示するために、１つだけが図４に示される。図４の例では、インバータ１２０は、インバータ回路１２１、及びＭＰＰ追従モジュール１２２を含む。インバータ回路１２１は、太陽電池１１５からのＤＣを、例えば、需給計器、又は電力系統への接続など相互接続ポイント（ＰＯＩ）に送達するのに適したＡＣに変換するための電気回路を含んでもよい。インバータ回路１２１は、市販の光起電力インバータによって用いられる電気回路を使用してもよい。
【００３０】
ＭＰＰ追従モジュール１２２は、ＭＰＰ追従を行なうための制御論理を含んでもよい。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、ソフトウェア（例えば、メモリに格納され、プロセッサによって実行されるコンピューター可読のプログラムコード）、ハードウェア（例えば、ＡＳＩＣ、ハードワイヤード論理）、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ（例えば、ファームウェア）で実行されてもよい。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、通常のＭＰＰ追従方式（通常の動作条件下でＭＰＰ追従を行なうように構成されるのでそう呼ばれている）を行なうように構成されてもよい。通常のＭＰＰ追従方式は、例えば、Ｐ＆Ｏ法、又はＩｎｃＣ法を含んでもよい。ＭＰＰ追従モジュール１１２は、太陽電池１１５の日陰が検出されたことに応じて、及び／又は特定の時間的な条件が満たされるとき、通常のＭＰＰ追従方式を修正するように構成されてもよい。修正は、通常のＭＰＰ追従方式の代わりに別のＭＰＰ追従方式を使用すること、通常のＭＰＰ追従方式の変数の値（例えば、増分ステップサイズ、又は減少ステップサイズ）を変更すること、Ｉ−Ｖ曲線の全掃引を行なうこと、及び／又は通常のＭＰＰ追従方式の処理挙動を変更し、したがって、出力を変更する他の方法、を伴ってもよい。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽光追従制御器１１６から、太陽照射に対する太陽電池１１５の配向を示す位置情報を受け取るように構成されてもよい。
【００３１】
図４の例では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、インバータ１２０で実行される。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽電池１１５の電圧及び電流を読み取り、太陽電池１１５の電圧及び電流レベルを用いてＭＰＰ追従を行ない、電圧基準Ｖｒｅｆの形式で電圧設定値を決定し、インバータ回路１２１に電圧基準Ｖｒｅｆを供給する。インバータ回路１２１は、太陽電池１１５に提示されたインピーダンスを変更する、又はインバータに応じて他の動作を実行し、太陽電池１１５が基準電圧Ｖｒｅｆと同レベルの電圧を発生するように誘導する。基準電圧Ｖｒｅｆは、設定値として機能するが、太陽光発電システムの実際の電圧動作点は、基準電圧Ｖｒｅｆと異なる場合があることに留意されたい。理解されるように、ＭＰＰ追従モジュール１２２の機能は、光起電力インバータ以外のデバイスで実行されてもよい。
【００３２】
図５は、本発明の実施形態による、太陽光発電システムを操作する方法のフローチャートを示す。図５の方法は、単に例示目的で太陽光発電システム１００の構成要素を用いて説明される。本発明の利点を損ねることなく、他の構成要素も用いられてもよい。
【００３３】
図５の例では、インバータ１２０は、太陽電池１１５によって発生された電圧及び電流（入力３１１）を受け取る。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、例えば、インバータ１２０の電圧／電流メーターから、太陽電池１１５の電圧及び電流のレベルを読み取る（ステップ３０１）。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、それらの電圧及び電流から、太陽電池１１５の出力電力を計算してもよい。
【００３４】
太陽電池１１５の読み取られた電圧及び電流を用いてＭＰＰ追従を行なう前に、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽電池１１５の日陰を示す１つ以上の条件を検出する（ステップ３０２）。一実施形態では、太陽電池１１５の日陰を示す条件としては、太陽電池モジュール１１４が、別の太陽電池モジュール１１４に影を落とす可能性がある場合の条件が挙げられる。この太陽電池１１５の日陰の例が、図６に例示される。
【００３５】
図６は、本発明の実施形態による、太陽電池１１５の日陰を示す１つ以上の条件の検出を例示する概略図を示す。図６の例では、太陽からの太陽照射が左側から来て、太陽電池モジュール１１４のストリング１２４−１が、太陽電池モジュール１１４のストリング１２４−２に日陰、すなわち、影を落とす結果となる。太陽電池モジュール１１４のストリング１２４−２の日陰は、太陽電池モジュール１１４の太陽電池１１５の全体ではなく、一部のみが日陰になるので、部分日陰である。本発明者らは、この性質の日陰は、システムデザイン及び配置に基づいて予測することができることを究明した。言いかえれば、日陰は、太陽照射に対する太陽電池１１５の特定の配向の間に、一般的に生じる。例えば、特定の設備（例えば、太陽光発電システムを利用する発電所）では、太陽電池モジュール１１４が、地面に垂直である線に対して角度１２３にあるとき、日陰が生じる。より具体的には、モーター１１７の特定のモーター設定値で日陰が生じる。モーター１１７の回転角度は、モーター設定値から導出され得る。モーター設定値は、モーター１１７を特定の角度回転させ、支えられた太陽電池モジュール１１４、及び、したがって、対応する太陽電池１１５を位置決めするコマンドである。太陽光追従制御器１１６は、太陽追従装置の位置情報として、モーター設定値をＭＰＰ追従モジュール１２２に供給してもよい。太陽光追従装置情報は、モーター１１７のエンコーダからのモーター１１７の回転角度が更に含まれてもよい。
【００３６】
引き続き図５を参照して、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽光追従装置１１９の制御器１１６等からの、太陽光追従装置１１９から位置情報を受け取る（入力３１２）。位置情報は、モーター１１７のモーター設定値、モーター１１７のエンコーダの値、又は太陽電池モジュール１１４の位置を示す他の情報を示してもよい。位置情報が、太陽電池に日陰が生じる、又は生じそうであることを示すとき、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、通常のＭＰＰ追従方式を修正し、日陰によるローカルＭＰＰの追従を防ぐ（ステップ３０３）。
【００３７】
太陽電池１１５の日陰を示す条件は、特定の日時（入力３１３）、及び太陽位置に基づく日陰が生じるであろう時間の計算（入力３１４）を更に含んでもよい。特定の設備の過去のデータから、図６に示されるような一群の太陽電池１１５の日陰は、特定の時刻又は日時の間に生じ得る。特定の例として、特定の設備での太陽電池１１５の日陰は、１５：００時と１７：００時の間に典型的に生じ得る。その場合には、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、時刻が上記の時間の間であるとき、太陽電池の日陰を示す条件が検出されると見なしてもよい。
【００３８】
日陰が生じるであろう時間はまた、太陽位置（つまり、日光の位置）、及び太陽追従アルゴリズムからの情報に基づいて計算されてもよい。特定の例として、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、モーター１１７の回転角度から太陽位置を計算してもよい。太陽電池１１５に日陰が生じる、又は生じるであろうことを太陽の位置が示しているとき、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽電池の日陰を示す条件が検出されると見なしてもよい。
【００３９】
太陽電池１１５の日陰を示す条件はまた、太陽電池１１５の出力電力が低下していると同時にそれらの電圧が上昇している（入力３１５）傾向を含んでもよい。一実施形態では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、ＭＰＰ追従の間、太陽電池１１５の電圧、電流、及び電力の傾向をモニターするように構成される。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽電池１１５の出力電力が低下すると同時に、太陽電池１１５の電圧が上昇する傾向を検出するように構成される。本発明者らは、ローカルＭＰＰの追従以外に、電力が低下すると同時に電圧増加を上げる動作条件は存在しないと考える。したがって、一実施形態では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、太陽電池１１５の出力電力が低下すると同時に太陽電池１１５の電圧が上昇していると、太陽電池１１５の日陰を示す条件が検出されたと見なす。
【００４０】
図７は、日陰が増す条件下のＭＰＰにおける電力対電圧のプロットが示される。図７に示されるように、日陰が増えるにつれて（矢印１７５を参照）、ＭＰＰでの電圧は上昇するが、ＭＰＰでの対応する電力は低下する。この傾向は、太陽電池１１５の日陰を示す。
【００４１】
ＭＰＰ追従モジュール１２２が、太陽電池１１５の日陰を示す１つ以上の条件を検出するとき、ＭＰＰ追従モジュールは、ＭＰＰ追従挙動を修正し、ローカルＭＰＰの追従を防ぐ（ステップ３０２〜ステップ３０３）。
【００４２】
通常のＭＰＰ追従では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、グローバルＭＰＰを追従する固定のステップサイズに従って、太陽電池１１５の電圧を増やす、又は減らす。ＭＰＰ追従方式が、グローバルＭＰＰを追従するように太陽電池１１５に設定する電圧が、設定値電圧であり、この実施形態では基準電圧Ｖｒｅｆである。太陽電池１１５の電圧、したがって対応する電流は、インバータ１２０の入力インピーダンス等の、太陽電池１１５に示されるインピーダンスによって影響される。インバータ１２０は、入力インピーダンスを変更して太陽電池１１５の電圧を変更し得る。グローバルＭＰＰを追従する基準電圧Ｖｒｅｆが決定されると、ＭＰＰ追従モジュール１２２はインバータ１２０に基準電圧Ｖｒｅｆを送って、太陽電池１１５が基準電圧Ｖｒｅｆと同レベルで電圧を発生するように、インバータ１２０に命令する。
【００４３】
一実施形態では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、基準電圧Ｖｒｅｆを減らすために、ステップサイズを大きくする（入力３１７）ことによって、通常のＭＰＰ追従挙動を修正する。より具体的には、ＭＰＰ追従モジュール１２２が太陽電池１１５の日陰を示す条件を検出すると、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、基準電圧Ｖｒｅｆを減らすのに用いるステップサイズを大きくすることができる。より大きな減少ステップサイズにより、ＭＰＰ追従モジュール１２２が、太陽電池１１５に日陰が生じる、又は生じるであろうときに生じ得る、ローカルＭＰＰの追従することを回避できるようになる。特定の例として、ＭＰＰ追従モジュール１２２が、公称ステップサイズ１０Ｖを有する場合、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、公称ステップサイズを１２０Ｖに増やしてもよい。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、大きくなった減少ステップサイズを用いて、次の基準電圧Ｖｒｅｆを計算する（ステップ３０３〜ステップ３０４）。
【００４４】
ＭＰＰ追従モジュール１２２は、基準電圧Ｖｒｅｆを決定するために従来のＩ−Ｖ曲線の全掃引を行う（入力３１６）ことで、通常のＭＰＰ追従挙動を修正してもよい。通常のＭＰＰ追従では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、前の基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて基準電圧Ｖｒｅｆを決定する。特に、通常のＭＰＰ追従では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、前の基準電圧Ｖｒｅｆを増やす、又は減らして、次の基準電圧Ｖｒｅｆを決定する。図５の例では、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、そのように行わず、代わりに、前の設定値の基準電圧Ｖｒｅｆに関係なく、基準電圧Ｖｒｅｆの値の進行全体をスキャンし、グローバルＭＰＰに対応する電圧基準Ｖｒｅｆ値を割り出す。
【００４５】
ＭＰＰ追従モジュール１２２が、太陽電池１１５の日陰を示す１つ以上の条件を検出する場合には、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、前述したように、通常のＭＰＰ追従挙動を修正して、ローカルＭＰＰの追従を防ぐ（ステップ３０３〜ステップ３０４）。次に、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、修正に従った次の基準電圧Ｖｒｅｆを計算し、次の基準電圧Ｖｒｅｆを、インバータ１２０のインバータ回路１２１に供給する（ステップ３１８）。インバータ回路１２１は、基準電圧Ｖｒｅｆを設定値電圧として用い、太陽電池１１５が、基準電圧Ｖｒｅｆと同レベルで出力電圧を発生する（ステップ３１９）ように誘導する。
【００４６】
ＭＰＰ追従モジュール１２２が、太陽電池１１５の日陰を示す条件を検出しない場合には、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、例えば、従来のＰ＆Ｏ法、又はＩｎｃＣ法に従った、修正なしの通常のＭＰＰ追従を行なう（ステップ３０２〜ステップ３０４）。修正なしの通常のＭＰＰ追従から得られた基準電圧Ｖｒｅｆは、次に、前述したように、インバータ１２０のインバータ回路１２１に供給される。
【００４７】
図８は、本発明の実施形態による、太陽光発電システムの操作のフローチャートを示す。図８の方法は、単に例示目的のみで、太陽光発電システム１００の構成要素を用いて説明される。本発明の利点を損ねることなく、他の構成要素も用いられてもよい。
【００４８】
図８の例では、インバータ１２０は、太陽電池１１５によって発生された電圧及び電流を受け取る（入力４１１）。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、例えば、インバータ１２０の電圧／電流メーターから、太陽電池１１５の電圧及び電流のレベルを読み取る（ステップ４０１）。ＭＰＰ追従モジュール１２２は、それらの電圧及び電流から、太陽電池１１５の出力電力を計算してもよい。
【００４９】
太陽電池１１５の読み取られた電圧及び電流を用いてＭＰＰ追従を行なう前に、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、基準電圧Ｖｒｅｆ、又はＭＰＰ追従で用いられた、いくつかの他の設定値を減らすために、いつ減少ステップサイズを大きくするかを知らせる、１つ以上の時間的な条件をチェックする（ステップ４０２）。より具体的には、時間的な条件が満たされたことを検出すると、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、基準電圧Ｖｒｅｆを減らすために、ステップサイズを大きくしてもよい（ステップ４０２〜ステップ４０３）。
【００５０】
一実施形態では、時間的な条件は、予め定められた間隔、又は無作為の間隔を含む。例えば、時間的な条件は、ＭＰＰ追従方式を通る反復の数、又は経過した秒の設定数に基づいてもよい。時間的な条件はまた、無作為の時間であってもよい。予め定められた間隔、又は無作為の間隔に達すると、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、ＭＰＰ追従中に、基準電圧Ｖｒｅｆを減らすためにステップサイズを大きくする。例えば、基準電圧Ｖｒｅｆの減少サイズは、予め定められた時間インスタンス、又は無作為の時間インスタンスに達すると、１０倍または１０倍より大きくされてもよい（例えば、１０００Ｖのシステムでは、１０Ｖを１２０Ｖまで大きくする）。
【００５１】
減少ステップサイズを、特定の時間インスタンスで、公称減少ステップサイズ（すなわち、通常のＭＰＰ追従で用いられる減少ステップサイズ）より大きくなるように、増加させることで、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、Ｉ−Ｖ曲線に導入された他のグローバルＭＰＰ、ローカルＭＰＰを捕えるであろう。ＭＰＰ追従が公称減少ステップサイズを用いて数サイクルした後、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、より低い最大電力電圧Ｖｍｐが存在する場合はそれに収束するであろう。基準電圧Ｖｒｅｆを減らすためのより大きな減少ステップサイズは、日陰がある群の太陽電池１１５が原因で、電圧低下を捕えるように設定されてもよい（例えば、６群のうちの１群に日陰がある場合、最大電力電圧Ｖｍｐの少なくとも１／６）。
【００５２】
減少ステップサイズを大きくすることは、定期的に、又は無作為に繰り返されてもよく、太陽電池１１５の日陰が増すにつれて導入される任意の新しいローカルＭＰＰを捕える。基準電圧Ｖｒｅｆのより大きな減少の間の時間の差は、グローバルＭＰＰからの電力利得と、グローバルＭＰＰを見つけ出す間の電力損失とのバランスが保たれるように設定されてもよい。如何にかかわらず、通常のＭＰＰ追従に対するこの修正は、最終的に低電圧を有するＭＰＰに収束させるであろう。
【００５３】
減少ステップサイズを大きくすることは、グローバルＭＰＰが正確に追従されているときでも一日中、結果として基準電圧Ｖｒｅｆがはるかに低い電圧に落下する可能性がある。このより低い基準電圧Ｖｒｅｆを軽減するために、時刻もチェックする追加の条件が含まれてもよい。特定の例として、時間的な条件は、一日の特定の時刻の間、減少ステップサイズの増大を防ぐ条件が含まれてもよい。日陰の割合が減少するとき、最大電力電圧Ｖｍｐが上昇することに留意されたい。しかしながら、ローカルＭＰＰは経時的になくなり、通常のＭＰＰ追従方式は、時間的な条件が満たされるとき、より大きな減少ステップサイズを用いることによってグローバルＭＰＰに収束するであろう。
【００５４】
時間的な条件が満たされるとき、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、より大きな減少ステップサイズを用いてＭＰＰ追従を行なう（ステップ４０３〜ステップ４０４）。例えば、通常のＭＰＰ追従方式が、グローバルＭＰＰを見つけるために太陽電池１１５の電圧を減らす必要があることを示す場合、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、より大きな減少ステップサイズを用いて、インバータ１２０のインバータ回路１２２に供給された電圧基準Ｖｒｅｆを減らしてもよい（ステップ４０５）。インバータ回路１２１は、基準電圧Ｖｒｅｆを設定値電圧として用い、太陽電池１１５が参照電圧Ｖｒｅｆと同レベルの電圧を発生する（ステップ４０６）ように誘導する。
【００５５】
時間的な条件が満たされないとき、ＭＰＰ追従モジュール１２２は、例えば、従来のＰ＆Ｏ法、又はＩｎｃＣ法に従った、公称減少ステップサイズを用いて、通常のＭＰＰ追従を行なう（ステップ４０２〜ステップ４０４）。公称減少ステップサイズを用いて計算した基準電圧Ｖｒｅｆは、次に、前述したように、インバータ１２０のインバータ回路１２１に供給される。
【００５６】
太陽光発電システム及びそれを操作する方法が開示された。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであり、限定するものではないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者に明らかとなろう。
【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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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月14日(2014.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電システムを操作する方法であって、
複数の太陽電池によって発生された電圧と電流との読み取りを受け取ることと、
前記複数の太陽電池中の一群の太陽電池の日陰を示す条件を検出することと、
前記一群の太陽電池の日陰を示す条件の検出に応じて、前記太陽光発電システムの最大電力点追従を修正して設定値電圧を発生することと、
前記設定値電圧に従った前記電圧を発生する前記複数の太陽電池と、を含む方法。
【請求項２】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
前記複数の太陽電池が太陽照射の方に向くように位置決めする太陽光追従装置から位置情報を受け取ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記位置情報は、前記複数の太陽電池を位置決めするために回転するモーターの回転角度を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記回転角度は、
前記モーターの回転を制御する制御器から受け取られたモーター設定値から導出される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
局所最大の最大電力点追従が生じるときの特定の時刻を検出することを含む、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
局所最大の最大電力点追従が生じるときの太陽位置を検出することを含む、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
前記複数の太陽電池の前記電圧及び出力電力の傾向をモニターすることと、
前記複数の太陽電池の前記出力電力が低下すると同時に前記複数の太陽電池の前記電圧が上昇することを検出することと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記一群の太陽電池の日陰を示す前記条件を検出することは、
前記一群の太陽電池を含む太陽電池モジュールが、前記複数の太陽電池中の別の群の太陽電池を含む別の太陽電池モジュールによって日陰になるときを検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記太陽光発電システムの前記最大電力点追従を修正することは、
前記設定値電圧を減らすのに用いられるステップサイズを大きくすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９のうちのいずれか１つに記載の方法に従って動作する太陽光発電システム。
【請求項１１】
太陽光発電システムであって、
複数の太陽電池と、
複数の太陽電池中の第１の群の太陽電池を含む第１の太陽電池モジュールを位置決めする太陽光追従装置であって、前記第１の太陽電池モジュールの前記位置を調節するためのモーターを含む、太陽光追従装置と、
前記複数の太陽電池の電圧と電流とを受け取るインバータと、
最大電力点追従を行い、かつ前記第１の太陽電池モジュールが、前記複数の太陽電池中の第２の群の太陽電池を含む第２の太陽電池モジュールを日陰にするときを検出する最大電力点追従モジュールと、を含む、太陽光発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
太陽光発電システム及びそれを操作する方法が開示された。本発明の具体的な実施形態を提供したが、これらの実施形態は説明を目的としたものであり、限定するものではないことは理解されよう。多くの追加的実施形態が、本開示を読む当業者に明らかとなろう。
［項目１］
太陽光発電システムを操作する方法であって、
複数の太陽電池によって発生された電圧と電流との読み取りを受け取ることと、
上記複数の太陽電池中の一群の太陽電池の日陰を示す条件を検出することと、
上記一群の太陽電池の日陰を示す上記条件の検出に応じて、上記太陽光発電システムの最大電力点追従を修正して設定値電圧を発生することと、
上記設定値電圧に従った上記電圧を発生する上記複数の太陽電池と、を含む方法。
［項目２］
上記一群の太陽電池の日陰を示す上記条件を検出することは、
上記複数の太陽電池が太陽照射の方に向くように位置決めする太陽光追従装置から位置情報を受け取ることを含む、項目１に記載の方法。
［項目３］
上記位置情報は、上記複数の太陽電池を位置決めするために回転するように構成されたモーターの回転角度を含む、項目２に記載の方法。
［項目４］
上記回転角度は、
上記モーターの回転を制御するように構成された制御器から受け取られたモーター設定値から導出される、項目３に記載の方法。
［項目５］
上記一群の太陽電池の日陰を示す上記条件を検出することは、
局所最大の最大電力点追従が生じるときの特定の時刻を検出することを含む、項目１に記載の方法。
［項目６］
上記一群の太陽電池の日陰を示す上記条件を検出することは、
局所最大の最大電力点追従が生じるときの太陽位置を検出することを含む、項目１に記載の方法。
［項目７］
上記一群の太陽電池の日陰を示す上記条件を検出することは、
上記複数の太陽電池の上記電圧及び出力電力の傾向をモニターすることと、
上記複数の太陽電池の上記出力電力が低下すると同時に上記複数の太陽電池の上記電圧が上昇することを検出することと、を含む、項目１に記載の方法。
［項目８］
上記一群の太陽電池の日陰を示す上記条件を検出することは、
上記一群の太陽電池を含む太陽電池モジュールが、上記複数の太陽電池中の別の群の太陽電池を含む別の太陽電池モジュールによって日陰になるときを検出することを含む、項目１に記載の方法。
［項目９］
上記太陽光発電システムの上記最大電力点追従を修正することは、
上記設定値電圧を減らすのに用いられるステップサイズを大きくすることを含む、項目１に記載の方法。
［項目１０］
上記太陽光発電システムの上記最大電力点追従を修正することは、
上記設定値電圧の一続きの異なる値を用いて電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線の掃引を行うことを含む、項目１に記載の方法。
［項目１１］
上記設定値電圧は、上記複数の太陽電池によって発生された直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換するように構成されたインバータの基準電圧であり、かつ上記インバータは上記複数の太陽電池が上記基準電圧と同レベルで上記電圧を発生するように誘導する、項目１に記載の方法。
［項目１２］
太陽光発電システムであって、
複数の太陽電池と、
複数の太陽電池中の第１の群の太陽電池を含む第１の太陽電池モジュールを位置決めするように構成された太陽光追従装置であって、上記第１の太陽電池モジュールの上記位置を調節するためのモーターを含む、太陽光追従装置と、
上記複数の太陽電池の電圧と電流とを受け取るように構成された、インバータと、
最大電力点追従を行い、かつ上記第１の太陽電池モジュールが、上記複数の太陽電池中の第２の群の太陽電池を含む第２の太陽電池モジュールを日陰にするときを検出するように構成された、最大電力点追従モジュールと、を含む、太陽光発電システム。
［項目１３］
上記最大電力点追従モジュールは、上記モーターの回転角度を受け取り、かつ上記モーターの上記回転角度に基づいて、上記第１の太陽電池モジュールが上記第２の太陽電池モジュールを日蔭にするときを検出するように構成されている、項目１２に記載の太陽光発電システム。
［項目１４］
上記最大電力点追従モジュールは、上記モーターの回転を制御するように構成された制御器から受け取られたモーター設定値から上記モーターの上記回転角度を導出する、項目１３に記載の太陽光発電システム。
［項目１５］
上記最大電力点追従モジュールは、上記第１の太陽電池モジュールが上記第２の太陽電池モジュールを日蔭にしていることの上記検出に基づいて、上記インバータの設定値を発生するように構成される、項目１２に記載の太陽光発電システム。
［項目１６］
上記インバータの上記設定値は基準電圧を含み、かつ上記インバータは、上記複数の太陽電池が上記基準電圧に従った上記電圧の発生を誘導するように構成されている、項目１５に記載の太陽光発電システム。
［項目１７］
太陽光発電システムを操作する方法であって、
最大電力点追従を行ない、電圧設定値を第１の減少ステップサイズだけ減らすことと、
複数の太陽電池が上記電圧設定値に従った電圧を発生することと、
第２の減少ステップサイズが上記第１の減少ステップサイズより大である時間インスタンスが発生すると、上記第１の減少ステップサイズを上記第２の減少ステップサイズまで大きくすることと、
最大電力点追従を行ない、上記第２の減少ステップサイズだけ上記電圧設定値を減らすことと、
上記電圧設定値が上記第２の減少ステップサイズだけ減らされた後、上記複数の太陽電池が上記電圧設定値に従った上記電圧を発生することと、を含む、方法。
［項目１８］
上記電圧設定値は、上記複数の太陽電池が上記電圧の発生を誘導するように構成されたインバータの基準電圧である、項目１７に記載の方法。
［項目１９］
上記時間インスタンスは予め定められている、項目１７に記載の方法。
［項目２０］
上記時間インスタンスは無作為である、項目１７に記載の方法。
【国際調査報告】
2015520431.tif 000011