(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握する電流電圧特性把握手段と、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定する最適動作点決定手段と、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する制御手段とを有することを特徴とする太陽電池の制御装置。
【請求項２】
前記太陽電池電流を制御する制御手段は、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の制御装置。
【請求項３】
太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握し、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することを特徴とする太陽電池の制御方法。
【請求項４】
前記最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池の制御装置及び太陽電池の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、電力供給用として種々の装置や住宅の冷暖房装置等に用いられている。この太陽電池の出力特性は、図４に電流−電圧特性Ａ，Ｂ，Ｃとして表され、この特性は実稼働状態においては様々な要因（照度、気温、固体差、経年変化など）により変化する。
【０００３】
つまり最大出力が得られる太陽電池電圧の特性が変化する。そのため実稼働状態において発電効率を高めるためには、その状況における最大電力を取り出せる太陽電池電圧を何らかの方法により求め、その電圧となるように制御する必要がある。
【０００４】
従来、一般的に用いられている最適動作点の探索方法は、山登り法と呼ばれ、その方法は、太陽電池の出力電圧を出力電流により小刻みに変化させ、そのときの電力を計算しながら電力の最大点を探索するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この山登り法では、最適動作点付近は、電流を変化させても電圧の変化量が微小なので、その積である電力の変化量も微小となる。そのため、デジタル制御の場合、精密に最適動作点を探索するためには、高い分解能を持ったＡ／Ｄ変換器が必要となり、また変化させる電流の刻み幅を狭くしなければならず、そのため最適動作点の探索に時間がかかる。
【０００６】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、短時間で太陽電池の最適動作点を探索することが可能な太陽電池の制御装置及び太陽電池の制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、『太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握する電流電圧特性把握手段と、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定する最適動作点決定手段と、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する制御手段とを有することを特徴とする太陽電池の制御装置。』である。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、『前記太陽電池電流を制御する制御手段は、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の制御装置。』である。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、『太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握し、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することを特徴とする太陽電池の制御方法。』である。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、『前記最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の制御方法。』である。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の太陽電池の制御装置及び太陽電池の制御方法を図面に基づいて説明する。図１は太陽電池の制御装置の回路図、図２は最適動作点の算出を説明する図である。
【００１７】
負荷１には、バッテリ２と、太陽電池３が並列に接続され、バッテリ２と太陽電池３の電力により負荷１が駆動される。太陽電池３の正側の出力ライン４には、ダイオードＤ１とインダクタンス２０が接続され、ダイオードＤ１により電流の逆流防止が行われる。また、正側の出力ライン４と負側の出力ライン５には、コンデンサＣ１が接続され、コンデンサＣ１は太陽電池３に並列になっている。
【００１８】
太陽電池３の正側の出力ライン４には、電界効果トランジスタＦＥＴ１が接続され、また正側の出力ライン４と負側の出力ライン５の間には、電界効果トランジスタＦＥＴ２が接続され、電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートは抵抗１１を介して、電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートは抵抗Ｒ１２を介して太陽電池電圧制御回路１１へ接続されている。太陽電池電圧制御回路１１により電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御し、太陽電池電圧の制御を行なう。
【００１９】
太陽電池３の電力を充電したり負荷に供給するときには、太陽電池電圧が目標電圧となるように電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を操作する。この電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御するときに生じる電圧変動は、コンデンサＣ１により、また電流変動はインダクタンス２０により安定化するようになっている。
【００２０】
また、太陽電池３の正側の出力ライン４と負側の出力ライン５との間には、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が太陽電池３と並列に接続され、これらの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された太陽電池電圧が、電圧バッファとしてのオペアンプＯＰ１を介してＣＰＵ１０及び太陽電池電圧制御回路１１に入力されている。
【００２１】
太陽電池３の負側の出力ライン５には、抵抗Ｒ３が接続され、この抵抗Ｒ３の太陽電池３側には抵抗Ｒ４を介してオペアンプＯＰ２の非反転入力端子が接続され、負荷１側には抵抗５を介してオペアンプＯＰ２の反転入力端子が接続され、オペアンプＯＰ２の出力端子がＣＰＵ１０に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力が反転入力端子に抵抗Ｒ６を介して負帰還され、太陽電池電流に比例した電圧が増幅されてＣＰＵ１０に入力される。
【００２２】
ＣＰＵ１０から目標電圧がデジタル信号として出力され、Ｄ／Ａ変換回路１２によりアナログ信号に変換されて太陽電池電圧制御回路１１へ入力される。
【００２３】
太陽電池３の正側の出力ライン４と負側の出力ライン５との間には、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８がバッテリ２と並列に接続され、この分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８の間に比較回路１３の正側端子が接続され、比較回路１３の負側端子が分圧抵抗Ｒ９，Ｒ１０の間に接続されている。バッテリ２が満充電になると、比較回路１３では、負側端子側の電圧より正側端子の電圧が大きくなり、過充電防止信号を出力し、この過充電防止信号は太陽電池電圧制御回路１１に入力される。太陽電池電圧制御回路１１では、電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御してバッテリ２が過充電されないように制御する。
【００２４】
ＣＰＵ１０は、太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握する電流電圧特性把握手段１００と、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定する最適動作点決定手段１０１と、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する制御手段１０２とを有する。
【００２５】
このように電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００２６】
太陽電池の実際の特性は、図２の点線で示すようになり、最適動作点Ｐ１より僅かに低いところに真の最適動作点Ｐ２があり、その点Ｐ２と第１の特性直線Ｌ１と第２の特性直線Ｌ２との交点から求める最適動作点Ｐ１とはずれがあるが、どちらの特性グラフによってもその最適動作点電圧Ｖ１はほぼ同じとなる。このことから、目標太陽電池電圧がＶ１となるように、電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２のオン・オフのデューティ比を変えることで太陽電池電流を制御すれば、ほぼ最大出力を得ることができる。
【００２７】
次に、太陽電池の制御装置のソフトウェア動作を、図３に基づいて説明する。ステップａ１において、前回の処理から１分経過しているか否かの判断を行ない、１分経過していると、目標太陽電池電圧を開放電圧より十分に高い値に設定し（ステップａ２）、オペアンプＯＰ１の出力から太陽電池開放電圧Ｖ０を測定する（ステップａ３）。
【００２８】
目標太陽電池電圧を最適動作点電圧Ｖ１より十分に低い値に設定し（ステップａ４）、オペアンプＯＰ２の出力から太陽電池電流Ｉ０を測定する（ステップａ５）。
【００２９】
次に、目標太陽電池電圧をＶ０−ΔＶに設定し（ステップａ６）、太陽電池電流Ｉ１を測定する（ステップａ７）。ただし、ΔＶは最適動作点電圧Ｖ１の電圧以上でＶ０以下の適当な値とする。
【００３０】
開放電圧Ｖ０と、この開放電圧Ｖ０より少し低い電圧Ｖ０−ΔＶに制御したときの電流Ｉ１より第１の特性直線Ｌ１を求める（ステップａ８）。さらに、短絡電流Ｉ０より第２の特性直線Ｌ２を求める（ステップａ９）。
【００３１】
このように太陽電池の開放電圧Ｖ０、短絡電流Ｉ０及び開放電圧Ｖ０より少し低い電圧Ｖ０−ΔＶに制御したときの電流Ｉ１を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握し、開放電圧と、この開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を示す第１の特性直線Ｌ１と短絡電流の特性を示す第２の特性直線Ｌ２との交点から最適動作点Ｐ１を決定し、これらの交点から最適動作点Ｐ１を示す交点電圧Ｖ１を推定する（ステップａ１０）。
【００３２】
この最適動作点Ｐ１を示す太陽電池電圧Ｖ１の移動平均をとる（ステップａ１１）。例えば、１分ごとに１回の太陽電池電圧Ｖ１を求めて記憶し、この記憶された太陽電池電圧Ｖ１から常に過去３回分の平均を求め、この移動平均の値を目標太陽電池電圧に設定し（ステップａ１２）、ステップａ１へ移行し同様な制御を繰り返し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する。
【００３３】
このように最適動作点Ｐ１を示す太陽電池電圧Ｖ１の移動平均結果を演算に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００３４】
この実施の形態では、太陽電池３の開放電圧Ｖ０、短絡電流Ｉ０及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流Ｉ１を測定するだけで、電流−電圧特性を近似的に把握することができる。これにより第１の特性直線Ｌ１と第２の特性直線Ｌ２との交点から最適動作点Ｐ１を短時間に決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００３５】
【発明の効果】
前記したように、請求項１に記載の発明の太陽電池の制御装置では、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明の太陽電池の制御装置では、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００３７】
請求項３に記載の発明の太陽電池の制御方法では、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ，  Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００３８】
請求項４に記載の発明の太陽電池の制御方法では、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の制御装置の回路図である。
【図２】最適動作点の算出を説明する図である。
【図３】太陽電池の制御装置のソフトウェア動作フローチャートである。
【図４】太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１  負荷
２  バッテリ
３  太陽電池
１０  ＣＰＵ
１００  電流電圧特性把握手段
１０１  最適動作点決定手段
１０２  制御手段
Ｌ１  第１の特性直線
Ｌ２  第２の特性直線
Ｐ１  最適動作点
Ｐ２  真の最適動作点
【図１】
0004042943.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004042943.tif 000004
【図４】
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