JPH0827671B2 - 太陽電池の出力電力調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は一般に太陽電池の出力電力調整装置に関
し、より詳しくは交流又は直流負荷に電力を供給するイ
ンバータやチヨツパ等の電力変換器を備えた太陽電池の
出力電力調整装置に関する。

〔従来の技術〕

太陽電池の出力は、周知のように日射量や動作点電圧
又は電流によつて大幅に変化するため、太陽電池から見
た負荷量を調整し、常に電力を最大限に取り出すことが
要望される。

しかしながら、太陽電池は日射が変化しても、その時
の最大出力を発生する電圧はあまり変化しない為、太陽
電池電圧が前記最大出力を発生する電圧値（一定値）に
なる様に負荷量を調整すれば良い。第５図（ａ）は従来
の太陽電池の出力電力調整装置の構成の一例を示したブ
ロツク図である。該調整装置の概要は以下のごとくであ
る。即ち太陽電池１より定周波インバータ2,トランス３
を介して、他の電力系統４に電力を供給するに際して太
陽電池１の電圧を電圧検出手段６で検出し、検出された
電圧信号と電圧設定器７による動作点電圧設定値との偏
差を加算器８で求めた後、電圧制御回路９から前記定周
波インバータ２における電圧信号と系統４における電圧
信号との位相差指令信号δを出力する。位相制御回路10
は位相差検出回路11によつて検出された定周波インバー
タ２の出力電圧信号と系統４における電圧信号との位相
差が上記指令値δと等しくなる様、電圧／周波数変換器
12の出力即ち定周波インバータ２の発振周波数（位相）
を調整する。この場合、前記定周波インバータ２の出力
電圧信号と系統４の電圧信号との位相差に応じて該定周
波インバータ２の通過電力が調整されるため、結局、太
陽電池の電圧は電圧設定器７で設定された最適値で動作
することになる。なお13は前記定周波インバータ２側か
らの逆流を阻止するために接続されているダイオードで
ある。第５図（ｂ）は従来の太陽電池の出力電力調整装
置の構成の別の一例を示したブロツク図である。該調整
装置の概要は以下のごとくである。即ち太陽電池１を電
源とし、パルス幅変調（PWM）を用いた可変電圧可変周
波数インバータ2aを介して交流電動機14によりポンプ15
を駆動するに際して電圧検出手段６にて太陽電池１の電
圧を検出し、これが電圧設定器７で与えられる所定の設
定値に等しくなる様に、電圧制御回路９を介して前記可
変電圧可変周波数インバータ2aの周波数を制御すること
が行なわれていた。つまり上述したごとき制御は、日射
が変動しても太陽電池１の動作電圧を所定の値になる様
に、インバータ2aの負荷量を電動機14の回転数を変える
ことにより調整するもので、このような調整によつて太
陽電池１から常にほゞ出力電力の最大値を取り出すこと
が出来た。なお、この場合インバータ2aからの出力電圧
が周波数に比例する様前記インバータ2aの出力電圧設定
器16により設定され、これによつて前記インバータ2aに
設けられている各スイツチを作動させるためのパルス幅
が制御される（特開昭56−132174号公報参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、第６図にて図示するごとく太陽電池１の温
度が変われば、最大出力点電圧（vop）もかなり変化す
ることとなり前述した従来の出力電力調整装置にあつて
は動作点がずれると出力が急激に低下するので温度（T
j）に応じて電圧設定値を変える必要があつた。又、使
用される太陽電池毎に、上記最適電圧も異なるなど設定
値の選定には注意を要した。

そこでこのような点に鑑みて太陽電池の特性変化にも
かゝわらず、自動的に最大電力点を見つけ、その点で動
作させる方法として所謂山乗り法と称せられる方法が創
案された。該方法は、ある動作点で測定した太陽電池の
出力を記憶しておき、次に周波数を増加又は減少させる
事により負荷量を変化させて太陽電池の動作点をずら
し、この時点の太陽電池の出力を測定し、先のサンプル
値と比較しても、もし、出力が増加していれば、前記周
波数の変化の方向が正しかつたとして、次に同一方向に
変化させる。一方、太陽電池の出力差が減少すれば、前
記周波数の変化の方向が誤りあつたとして逆方向に変化
させるもので、自動的に最大出力点近傍に到達し、追従
することが出来る。

しかしながら、上述した所謂山乗り法にあつては常に
動作点を変化させていなければ方向性を見失なうこと及
びインバータにはリツプル電流やリツプル電圧が生ずる
ので動作点の変化量が少ないと検出が困難となり、この
ため常にインバータの周波数は振動的に変化せざるを得
ないという問題点があつた。そのうえ前記制御方法は、
サンプル区間による二値（増加と減少）制御を行なつて
いたので不安定になり易くサンプル間隙の選定には注意
を要するという問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、温度変化により太陽電池の最適動作電圧が
変化しても、該変化に追従して動作点電圧設定が自動的
に変更されることによつて、最大出力電力を安定的に得
ることが可能な太陽電池の出力電力調整装置を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る太陽電池の出力電力調整装置は、外乱
信号を出力する変動信号出力回路と、電圧検出手段から
の電圧検出信号及び電流検出手段からの電流検出信号に
基づいて最大電力値を求めるとともに該最大電力値に対
応する電圧指令を出力する演算回路と、前記演算回路か
らの電圧指令と前記変動信号出力回路からの外乱信号と
を加算して調整信号出力手段から駆動回路に出力される
調整信号を補正する補正信号とする加算回路と、太陽電
池の温度変化に応じて所定時間毎に一定時間だけ前記変
動信号出力回路から外乱信号を出力させ、その一定時間
中前記電圧検出手段及び前記電流検出手段に電圧及び電
流を検出させるタイミング制御回路とで構成され、前記
演算回路でその一定時間中に求められた最大電力値に対
応する電圧指令の出力を次の太陽電池の温度変化に応じ
た所定時間まで保持する調整信号補正手段を設けたもの
である。

〔作用〕

この発明は、ある時間間隙（例えば数10分）毎に外乱
を与え、太陽電池の動作点を変動させ、この時の電圧，
電流値を幾組か取り込み、これより電力が最大となる電
圧を見付け、次の外乱を与えるまでの間、この値を電圧
の設定値とし、太陽電池の電圧がこの値に等しくなる様
にインバータの周波数や位相又はチヨツパーの通流率な
ど電力変換器の電力制御手段を制御するものである。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例に従う太陽電池の出力電力調整
装置の構成を示すブロツク図、第２図はこの発明の一実
施例に従う太陽電池の出力電力調整装置の調整動作を示
す出力特性図、第３図は第１図にて図示した太陽電池の
出力電力調整装置の各部の動作を示すタイミングチヤー
トである。第１図における参照番号１〜６、８、９、12
〜16は前記第５図（ａ）、第５図（ｂ）に図示されてい
るものと全く同一のものであるので、その説明は省略す
る。

第１図において、参照番号17は、前記太陽電池１の出
力電流を検出する電流検出手段、18は調整信号補正手段
即ち自動電圧設定器である。該自動電圧設定器18は、サ
ンプリングA/D変換回路19、記憶回路20、演算回路21、
電圧指令回路22、変動信号出力回路即ち外乱発生回路2
3、加算回路24、タイミング制御回路25を有する。

前記サンプリングA/D変換回路19は、前記電圧検出手
段６から出力される電圧検出値及び電流検出手段17から
出力される電流検出値を所定期間、一定時間毎にサンプ
リングして取り込む。前記記憶回路20は、前記サンプリ
ングA/D変換回路19によつてサンプリングされたデータ
列を記憶する。前記演算回路21は、前記記憶回路20に記
憶されたデータ列の電圧値と電流値とから夫々電力値を
求めるとともに、求めた電力値の中から最大電力値が得
られたときの電圧値を算出して出力する。前記電圧指令
回路22は、D/A変換器を備え、前記最大電力値が得られ
たときの電圧値を以後のアナログ量の指令値として出力
する。前記外乱発生回路23は、前記データサンプリング
の間外乱信号を出力する。前記加算回路24は、前記電圧
指令回路22からの出力と前記外乱発生回路23からの出力
とを加算して出力する。前記タイミング制御回路25は、
前述した各種回路（記憶回路20、及び加算回路24）の作
動タイミング信号を発生して夫々出力するようになつて
いる。

なお、参照番号26は、周波数ｆ及び電圧指令Ｖに応じ
てインバータ2aの各スイツチを作動させるためのパルス
列を発生するPWM（パルス幅変調）回路である。

次に上記構成の動作を主に第２図にて図示した太陽電
池の出力特性図、及び第３図にて図示したタイミングチ
ヤートを併用して以下に説明する。

第３図にて図示する時刻t₀では、自動電圧設定器18の
出力設定信号31はv₁の値を出力している。もし、電圧検
出手段６で検出された太陽電池１からの出力電圧がv₁よ
り大きければ、電圧制御回路９はその偏差値に応じて、
インバータ2aの周波数を増加させる際に、電圧／周波数
変換器12に信号を与える。これとともに前記電圧制御回
路９は、前記電圧／周波数変換器12によつて設定される
周波数に比例した電圧が設定されるように前記インバー
タ出力電圧設定器16に信号を与える。前記電圧／周波数
変換器12により周波数が設定されるとともに、前記イン
バータ出力電圧設定器16により周波数に比例した電圧が
設定されると、PWM回路26が駆動されてインバータ2aは
与えられた周波数及びこれに対応した電圧を出力する。
この結果、モータ14は加速し、出力が増すと共に、太陽
電池１電圧は低下し、設定値v₁に等しくなる。この様に
して常に太陽電池１の電圧は自動電圧設定器18の設定信
号31に等しく制御されることとなる。

次に時刻t₁でタイミング指令回路25から外乱指令32が
外乱発生回路23に与えられると外乱発生回路23から出力
された外乱信号が加算回路24で前記電圧指令回路22の出
力と加算され出力設定信号31をv₁から変化させる。（な
お、第３図では外乱信号はランプ状に変化させているが
ステツプ状に変化させてもよい。）この結果、先に述べ
た様にインバータ2aの周波数が変化し、電動機14の周波
数が変わり太陽電池の動作点が第２図にて図示するよう
に，〜と次々と変化していく。一方、前記タイミ
ング制御回路25からは同時にサンプリング指令33も発せ
られ、サンプリングA/D変換回路19は、この時の太陽電
池１の電圧値と電流値とを順次（v₁,i₁），（v₂,i₂）…
と取り込んでデジタル量で記憶回路20に記憶させる。外
乱発生が終り、データの取込みが終了する。前記タイミ
ング制御回路25から演算回路21に演算指令34が発せられ
る。該演算指令34によつて演算回路21は前記記憶回路20
に記憶された電圧データ及び電流値データより電力（P_i
＝v_i×i_i）を演算するとともに、最大電力時の電圧値
（第２図にて図示したv₃又はv₅）を求める。演算終了後
は前記タイミング制御回路25から出力される設定変更指
令35により、電圧指令回路22はv₁からv₃（＝v₅）の値に
変更された電圧値をアナログ信号に変換して出力すると
ともに、次のデータサンプリング時間がくるまで前記電
圧値を保持する。

ここで、外乱信号を出力する時間、即ちデータをサン
プリングする時間T₁は、電動機14の回転が変化し、太陽
電池１の動作点が変化すれば良い為、通常数秒もあれば
十分である。又、日射の変動は最も速くても数秒以上か
ゝるため、前記T₁期間中の太陽電池１の特性はほゞ同一
日射条件と見なせる。

一方、太陽電池の温度変化は非常に遅い為、周期Ｔは
短かくても数10分以上あれば十分であり周期Ｔに対す
る、データサンプリングの為の外乱の影響を受ける時間
T₁は無視出来るほど短かい。

なお、前述したこの発明の一実施例では、説明の都合
上自動電圧設定器18は、各機能回路毎に個別に示してい
るがタイミング制御回路25をCPUにサンプリングA/D変換
回路19を入力アナログ入力ポートに、D/A変換器を備え
た電圧指令回路22をアナログ出力ポートに、記憶回路20
を記憶部等と対応させれば、通常のマイクロコンピユー
タで構成出来、シーケンス制御、電力の演算及び最大値
の検索、外乱の発生等はプログラム（ソフトウエア）で
容易に実現することが出来る。

又、前記第１図にて図示したものは、可変周波数イン
バータ2aを用いたポンプモータ駆動システムに対する本
発明の適用例の１つであるが、太陽電池１の出力をイン
バータ２を介して他の電力系統４へ供給するごとき前記
第５図（ａ）のシステムにも電圧設定器７を除去すると
ともに、電流検出手段17、自動電圧設定器18を用いるこ
とによつてこの発明が容易に適用出来るものである。

さらに、第４図は、この発明が直流負荷に適用された
別の実施例を図示したもので、図において、41は一般的
なチヨツパ回路、42はチヨツパの通流率を調整し、入・
出力電圧の比を制御する制御回路、14aは直流電動機で
ある。この実施例と前記実施例とでは電圧制御回路９の
出力により周波数の代りにチヨツパの流通率を変える点
のみ異なるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、太陽電池の温度変
化に応じた所定時間毎に一定時間サンプリングされた電
圧検出信号及び電流検出信号とから該サンプリング時間
における最大電力値を求めるとともに該最大電力値に対
応する電圧値を求めて出力し、該出力信号と前記サンプ
リングの間出力された変動信号との加算値を補正値とし
て調整信号出力手段から駆動回路に出力される調整信号
を補正することとしたので、温度変化により太陽電池の
最適動作電圧が変化しても、該変化に追従して動作点電
圧設定が自動的に変更されることとなり、これによつて
最大出力電力が安定的に得ることが可能な太陽電池の出
力電力調整装置が得られる効果がある。また、一定時間
サンプリングした後に最適動作電圧を設定し、その最適
動作電圧を次の太陽電池の温度変化に応じた所定時間ま
で保持するようにしたので、出力電力が変動したりする
ことがなく、ほぼ一定にすることができ、さらに、制御
が不安定になることがなく、安定的に制御を行うことが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に従う太陽電池の出力電力
調整装置の構成を示すブロツク図、第２図はこの発明の
一実施例に従う太陽電池の出力電力調整装置の調整動作
を示す太陽電池の出力特性図、第３図は第１図にて図示
した太陽電池の出力電力調整装置の各部の動作を示すタ
イミングチヤート、第４図はこの発明の別の実施例に従
う太陽電池の出力電力調整装置の構成を示すブロツク
図、第５図（ａ），（ｂ）は夫々従来の太陽電池の出力
電力調整装置の構成を示すブロツク図、第６図は前記第
５図（ａ），（ｂ）の装置の調整動作を示す太陽電池の
出力特性図である。 図において、１は太陽電池、2aは可変電圧可変周波数イ
ンバータ、６は電圧検出手段、９は電圧制御回路、12は
電圧／周波数変換器、14は交流電動機、14aは直流電動
機、15はポンプ負荷、16はインバータ出力電圧設定器、
17は電流検出手段、18は自動電圧設定器である。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽電池の電圧を検出する電圧検出手段
   と、前記太陽電池に接続され該太陽電池の出力電力を受
   けて該太陽電池の負荷を駆動する駆動回路と、前記電圧
   検出手段から出力された検出信号に基づいて太陽電池か
   ら駆動回路を通過する通過電力量を調整するための調整
   信号を出力する調整信号出力手段とを有する太陽電池の
   出力電力調整装置において、前記太陽電池の出力電流を
   検出する電流検出手段を設け、外乱信号を出力する変動
   信号出力回路と、前記電圧検出手段からの電圧検出信号
   及び前記電流検出手段からの電流検出信号に基づいて最
   大電力値を求めるとともに該最大電力値に対応する電圧
   指令を出力する演算回路と、前記演算回路からの電圧指
   令と前記変動信号出力回路からの外乱信号とを加算して
   前記調整信号出力手段から前記駆動回路に出力される調
   整信号を補正する補正信号とする加算回路と、前記太陽
   電池の温度変化に応じて所定時間毎に一定時間だけ前記
   変動信号出力回路から外乱信号を出力させ、その一定時
   間中前記電圧検出手段及び前記電流検出手段に電圧及び
   電流を検出させるタイミング制御回路とで構成され、前
   記演算回路でその一定時間中に求められた最大電力値に
   対応する電圧指令の出力を次の太陽電池の温度変化に応
   じた所定時間まで保持する調整信号補正手段を設けたこ
   とを特徴とする太陽電池の出力電力調整装置。
2. 【請求項２】前記駆動回路は、前記調整信号出力手段か
   ら出力される調整信号によって発振周波数が調整される
   インバータ回路であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の太陽電池の出力電力調整装置。
3. 【請求項３】前記駆動回路は、前記調整信号出力手段か
   ら出力される調整信号によって通流率が調整されるチョ
   ッパ回路であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の太陽電池の出力電力調整装置。