CN1161678C - 太阳能发电装置 - Google Patents

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Abstract

为了得到一种能够对太阳能电池的发电功率进行有效利用的太阳能发电装置，在太阳能发电装置的逆变器电路即将起动之前，根据太阳能板的输出电压，对实行MPPT控制所用的假想最佳工作电压、MPPT最小电压、MPPT最大电压、低·高电压变化幅度切换电压进行计算，根据求出的各电压值来实行MPPT控制。

Description

太阳能发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电装置，尤其是涉及让太阳能电池的工作点跟踪最大功率点的太阳能发电装置。
背景技术
用于太阳能发电装置的太阳能电池的输出电压-输出电流特性，由图4(A)所示的曲线表示。太阳能电池的输出电压-输出功率特性，由图4(B)所示的曲线表示。上述曲线表明，在太阳能电池的输出电压从0V到既定电压为止的区间，输出功率逐渐增加，一旦超过该既定电压，输出功率就逐渐减小。在上述既定电压下的输出功率为该太阳能电池的最大功率，将上述既定电压下太阳能电池的工作点称为该太阳能电池的最大功率点Pm。
众所周知，作为具有这种特性的太阳能电池的输出最大功率控制，有让太阳能电池的工作点总跟踪最大功率点Pm的最大功率跟踪控制(以下称作MPPT(Maximum Power Point Tracking)控制)。
此MPPT控制是以一定的时间间隔对作为太阳能电池工作电压控制目标值的电压指令值进行微小变化，对此时的太阳能电池的输出功率进行测量并与前一次的测量值进行比较，总让上述电压指令值朝着输出功率变大的方向变化，由此，使太阳能电池的工作点靠近最大功率点(最佳工作点)。
以往，在实施此种MPPT控制时，为了在太阳能电池起动时使太阳能电池的工作点短时间内达到最大功率点，根据使用太阳能电池的种类，分别设定作为固定值的假想(虚拟)最佳工作电压、MPPT最小电压VL及MPPT最大电压VH，并进行MPPT控制，使输出功率只在从MPPT最小电压VL到MPPT最大电压VH的范围内达到最大。
但是，太阳能电池的输出电压-输出功率特性并非只由太阳能电池的种类决定，还根据季节变化等引起的太阳能电池周围的温度变化及日射量的不同而变化。即，如图5所示，输出电压-输出功率特性随着太阳能电池周围温度变高，向最佳工作电压减小的方向变化。再有，输出电压-输出功率特性在日射量增加时，向最佳工作电压增大的方向变化。
然而，由于在上述以往的MPPT控制中，根据使用太阳能电池的种类，设定了作为固定值的假想最佳工作电压、MPPT最小电压VL及MPPT最大电压VH，因此，会出现随着太阳能电池周围的温度等的变化，在被设定的作为固定值的MPPT最小电压VL和MPPT最大电压VH之间的范围内，有时不包含实际最佳工作电压的情况，此时，具有太阳能电池的发电功率不能够被有效利用的问题。
另外，输出电压-输出功率特性还随着太阳能电池的总面积的不同而改变。一般在设置太阳能电池时，为了得到规定的输出电压而将多枚太阳能电池板串联连接。但是，由于设置场所的大小和周围环境等条件的不同，实际上能够设置的太阳能电池板是不同的，因此，其输出电压-输出功率特性会存在很大的不同。所以，以往将假想最佳工作电压等各种数据作为固定值进行设定的做法，存在着实际设置的太阳能电池的发电功率不能够被有效利用的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效利用太阳能电池发电功率的太阳能发电装置。
为了达到上述目的，本发明提出了一种太阳能发电装置，包括：太阳能电池，所述太阳能电池具有一输出电压；功率转换单元，用于将上述太阳能电池的直流电功率输出转换为交流电功率；电压设定单元，用于根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压设定所述太阳能电池的假想最佳工作电压及控制电压范围；电压控制单元，用于在将上述假想最佳工作电压作为上述太阳能电池的输出电压目标值、起动了上述功率转换单元之后，在上述太阳能电池输出的直流电功率在上述控制电压范围内增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段的改变上述太阳能电池的输出电压。
根据本发明上述第1方案的太阳能发电装置，利用功率转换单元将太阳能电池输出的直流电功率转换为交流电功率。
另外，利用电压设定单元，根据上述太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，对太阳能电池的假想最佳工作电压及控制电压范围进行设定。而且，此时所取的控制电压范围为含有假想最佳工作电压的范围。
此外，利用电压控制单元，在将上述假想最佳工作电压作为太阳能电池的输出电压目标值、起动了上述功率转换单元之后，在太阳能电池输出的直流电功率在上述控制电压范围内增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段地改变太阳能电池的输出电压。从而，利用此电压控制单元的作用，根据上述假想最佳工作电压及控制电压范围实行MPPT控制，以使太阳能电池的工作点对太阳能电池的最大功率点进行跟踪。
因此，根据本发明的太阳能发电装置，由于是根据在功率转换单元即将起动之前的上述太阳能电池的输出电压，对为了使太阳能电池的工作点对太阳能电池的最大功率点进行跟踪而进行控制时所使用的上述假想最佳工作电压及控制电压范围进行设定，所以，能够得到与季节变化等引起的日射量变化、太阳能电池周围温度变化及实际设置的太阳能电池板的串联连接个数相适应的、最佳的假想最佳工作电压及控制电压范围。其结果是能够高效地利用太阳能电池的输出电功率。
本发明第2方案的太阳能发电装置是在本发明上述太阳能发电装置中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压设定切换范围，该切换范围比上述控制电压范围窄、且含有上述假想最佳工作电压，以及在上述太阳能电池的输出电压分阶段的改变时，上述电压控制单元使上述规定的电压变化幅度在上述输出电压的值处于上述切换范围内时比处于上述切换范围之外时的小。
根据本发明第2方案的太阳能发电装置，在能够取得与本发明第1方案太阳能发电装置同样的效果的同时，由于当太阳能电池的输出电压为假想最佳工作电压附近的切换范围内的值时，使电压变化幅度比其他时候小，所以，能够使太阳能电池的工作点在短时间内移动到最大功率点，而且，由于上述切换范围是根据功率转换单元即将起动之前的太阳能电池的输出电压所设定的，因此，能够设定与季节变化等引起的日射量变化、太阳能电池周围温度变化以及实际设置的太阳能电池板的串联连接个数相适应的、最佳的切换范围。
本发明第3方案的太阳能发电装置是在本发明第1及第2方案的太阳能发电装置中，所述电压设定单元根据太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个其值在控制电压范围内的固定电压，电压控制单元在太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时，将太阳能电池的输出电压设定为上述固定电压。
根据本发明第3方案的太阳能发电装置，在能够取得与本发明第1及第2方案的太阳能发电装置同样的效果的同时，由于在工作不稳定的低功率输出时将太阳能电池的输出电压取为固定电压，所以能够从低功率输出到高功率输出一直以稳定的工作状态进行发电。
本发明第4、第5方案是在本发明第1方案的太阳能发电装置中，所述电压设定单元还根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个固定电压；
所述电压控制单元具有第1模式和第2模式，在第1模式中，在把上述假想最佳工作电压设定为上述太阳能电池的输出电压目标值且上述功率转换单元已经起动之后，使上述太阳能电池的输出电压在上述控制电压范围内、在上述太阳能电池输出的直流电功率增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段的改变；在第2模式中，将上述太阳能电池的输出电压设定为在上述太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时的固定电压；以及所述太阳能发电装置还包括一个电压再电压设定单元。
但是，本发明第4方案的太阳能发电装置的再电压设定单元是在太阳能电池的输出功率不稳定时，至少使太阳能电池的假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的一个增加一个规定的量。而本发明第5方案的太阳能发电装置的再电压设定单元是根据太阳能电池在按其输出功率，停止了功率转换单元的工作之后的输出电压，再次设定所述太阳能电池的假想最佳工作电压和上述控制电压范围这两者之中的至少一个。
根据本发明第4、第5方案的太阳能发电装置，利用功率转换单元，将太阳能电池输出的直流电功率转换为交流电功率。
另外，利用电压设定单元，根据上述太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，对太阳能电池的假想最佳工作电压、控制电压范围以及固定电压进行设定。而且，此时所取的控制电压范围为含有假想最佳工作电压的范围。
此外，利用电压控制单元，实行第1模式和第2模式之中的任何一种模式，第1模式是在把上述假想最佳工作电压设定为太阳能电池的输出电压目标值且上述功率转换单元已经起动之后，使太阳能电池的输出电压在上述控制电压范围内、在太阳能电池输出的直流电功率增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段地改变；第2模式是将太阳能电池的输出电压设定为在由太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时的上述固定电压。因此，利用第1模式的作用，根据上述假想最佳工作电压及控制电压范围实行MPPT控制，以使太阳能电池的工作点对该太阳能电池的最大功率点进行跟踪。而当由太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时，则实行第2模式，即所谓将太阳能电池的输出电压取为固定电压的定电压控制。
本发明第4方案的太阳能发电装置，利用再电压设定单元，在太阳能电池的输出功率不稳定时，将设定的太阳能电池的假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的至少一个增加一个规定的量。即，如图4(A)所示，太阳能电池输出功率不稳定的时候是太阳能电池输出电压低的时候，此时的假想最佳工作电压和控制电压范围与实际的最大功率点Pm(参考图4(B))相比较还位于其左侧(输出电压低的方向)，因此，通过将这些值的至少一个增加一个规定值，使输出功率向稳定的方向移动。
另外，本发明第5方案的太阳能发电装置，利用再电压设定单元，根据太阳能电池在按其输出功率，停止了功率转换单元的工作之后的输出电压，对假想最佳工作电压和上述控制电压范围这两者之中的至少一个进行再次设定。即，在天气变化以及早晨和傍晚与中午之间的气温变化等引起了太阳能电池周围的温度急剧变化时，伴随此，太阳能电池输出电压-输出功率特性(参考图5)发生了急剧的变化，根据功率转换单元即将起动之前所设定的假想最佳工作电压及控制电压范围而进行的MPPT控制有时得不到稳定的输出功率。这种状态下，利用在停止了功率转换单元的工作之后，根据上述太阳能电池的输出电压，对假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的至少一个进行再次设定，能够解决这种问题。
因此，根据本发明第4、第5方案的太阳能发电装置，由于是根据在功率转换单元即将起动之前的上述太阳能电池的输出电压，对为了使太阳能电池的工作点对太阳能电池的最大功率点进行跟踪而进行控制时所使用的上述假想最佳工作电压及控制电压范围进行设定，所以，能够设定与季节变化等引起的日射量变化、太阳能电池周围温度变化及实际设置的太阳能电池板的串联连接个数相适应的、最佳的假想最佳工作电压及控制电压范围。此外，在本发明第4方案的太阳能发电装置中，由于在太阳能电池的输出功率不稳定时，将设定的太阳能电池的假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的至少一个增加一个规定值，所以能够使输出功率稳定，同时，一般情况下，在工作不稳定的低功率输出时，实行将太阳能电池的输出电压取为固定电压的定电压控制。
另外，在本发明第5方案的太阳能发电装置中，由于是在根据太阳能电池在按其输出功率停止了功率转换单元的工作之后的输出电压，对假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的至少一个进行再次设定，所以能够使输出功率稳定，同时，一般情况下，在工作不稳定的低功率输出时，实行将太阳能电池的输出电压取为固定电压的定电压控制。因此，本发明第4、第5方案的太阳能发电装置能够从低功率输出到高功率输出一直以稳定的工作状态进行发电，其结果是能够高效地利用太阳能电池的输出电功率。
本发明第6、第7方案的太阳能发电装置是在本发明第4、第5方案的太阳能发电装置中，电压设定单元根据太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，对其值小于控制电压范围下限值的判定基准电压进行设定，再电压设定单元在太阳能电池的输出电压小于判定基准电压时，判断为太阳能电池的输出功率不稳定。而且，本发明第7方案的太阳能发电装置对上述假想最佳工作电压和上述控制电压范围这两者之中的至少一个进行再次设定。
根据本发明第6、第7方案的太阳能发电装置，利用本发明第4、第5方案的太阳能发电装置的电压设定单元，根据太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，对其值小于控制电压范围内下限值的判定基准电压进行设定，利用再电压设定单元，在太阳能电池的输出电压小于判定基准电压时，判断为太阳能电池的输出功率不稳定。
而且，本发明第7方案的太阳能发电装置对假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的至少一个进行再次设定。
因此，根据本发明第6、第7方案的太阳能发电装置，在能够取得与本发明第4、第5方案太阳能发电装置同样的效果的同时，由于是根据在功率转换单元即将起动之前的太阳能电池的输出电压对判定基准电压进行设定，所以，能够设定与季节变化等引起的日射量变化、太阳能电池周围温度变化及实际设置的太阳能电池板的串联连接个数相适应的、最佳的判定基准电压。而且，由于仅仅根据这样简易设定的判定基准电压与太阳能电池的输出电压进行的比较，就可以判断太阳能电池的输出功率是否稳定，因此，能够容易地进行正确的判断。
再有，本发明第8方案的太阳能发电装置是在本发明第4、5、6、7方案的太阳能发电装置中，电压设定单元根据太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，对作为比控制电压范围窄的、且含有假想最佳工作电压的范围的切换范围进行设定，电压控制单元在让太阳能电池的输出电压阶段地进行变化时，当输出电压为上述切换范围内的值时，使电压变化幅度比其他时候小。
根据本发明第8方案的太阳能发电装置，利用本发明第4、5、6、7方案的太阳能发电装置的电压设定单元，根据太阳能电池在功率转换单元即将起动之前的输出电压，对作为比上述控制电压范围窄的、且含有上述假想最佳工作电压的范围的切换范围进行设定。
另外，利用电压控制单元，在让太阳能电池的输出电压阶段地进行变化时，当输出电压为上述切换范围内的值时，使电压变化幅度比其他时候小。
因此，根据本发明第8方案的太阳能发电装置，在能够取得与本发明第4、5、6、7方案的太阳能发电装置同样的效果的同时，由于当太阳能电池的输出电压为假想最佳工作电压附近的切换范围内的值时，将电压变化幅度取的比其他时候要小，所以，能够使太阳能电池的工作点在短时间内移动到最大功率点，而且，由于上述切换范围是根据在功率转换单元即将起动之前的太阳能电池的输出电压所设定的，因此，能够设定与季节变化等引起的日射量变化、太阳能电池周围温度变化以及实际设置的太阳能电池板的串联连接个数相适应的、最佳的切换范围。
附图说明
图1是表示有关各实施例的太阳能发电装置概要构成的方框图。
图2是表示有关第1实施例的太阳能发电装置作用的流程图。
图3是表示有关第2实施例的太阳能发电装置作用的流程图。
图4(A)是太阳能电池的输出电压-输出电流特性图。
图4(B)是用于说明最大功率跟踪控制的太阳能电池的输出电压-输出功率特性图。
图5是将太阳能电池周围温度作为参量时的太阳能电池的输出电压-输出功率特性图。
图6是表示有关第3实施例的太阳能发电装置作用的流程图。
图7是表示图6流程图中的不稳定检测例行程序流程的流程图。
图8是表示图6流程图中的其他例的不稳定检测例行程序流程的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对关于本发明的太阳能发电装置的实施例进行详细说明。
第1实施例
图1是将有关本发明的太阳能发电装置用作与商用电力系统相连接并向负载提供电功率的、电力系统连接系统时的全部构成方框图。如该图所示，在有关本实施例的太阳能发电装置10上，设置有微型计算机(以下称微机)14。逆变器电路18通过IGBT驱动电路16连接到此微机14上。
由太阳能电池构成的太阳能板12所发出的电功率(直流电功率)通过电容器19、升压电路20、以及电容器21供给到逆变器电路18上。吸收太阳能的太阳能板12，例如装设多个组件在框架中，被设置在建筑物的房顶等太阳光能够照射到的场所。此外，微机14相当于本发明的设定单元及控制单元，逆变器电路18及升压电路20相当于本发明的功率转换单元。
逆变器电路18的任务是响应由微机14控制的IGBT电路16给出的开关信号，根据PWM理论，将通过电容器19、升压电路20、以及电容器21，由太阳能板12供给的直流电功率，以和商用电力同样的频率(例如50Hz或60Hz)，变换为交流电功率。
在此逆变器电路18中被变换为交流的电功率通过扼流变压器22及电容器24供给到配电盘26，从配电盘26以工频(商用)电输出到工频电力系统48。此时，由逆变器电路18输出的交流电经过扼流变压器22及电容器24，以正弦交流电被输出。此外，在配电盘26上接有负载46，负载46使用由太阳能发电装置10供给的电功率，及由工频电力系统48供给的电功率这两者的任何一方，进行工作。
另外，微机14上，连接有发电电流检测电路28、发电电压检测电路30、电流检测电路32、以及系统电压的零电平输入电路34、U相电压检测电路(U相系统电压检测电路)36及V相电压检测电路(V相系统电压检测电路)38。
微机14利用零电平输入电路34、U、V相电压检测电路36、38对工频电的电压、相位进行检测，根据此检测结果对IGBT驱动电路16进行控制，产生开关信号以使逆变器电路18输出的交流电的相位及频率与工频电源相一致。
与此同时，微机14根据由发电电流检测电路28及发电电压检测电路30检测的太阳能板12的输出电流及输出电压对太阳能板12的输出电功率及功率变化量进行计算，根据该计算结果实行MPPT控制。
另外，微机14对工频电是否停电进行判定，停电时，将电容器24的配电盘26一侧所设置的系统开关40的接点断开，逆变器电路18被从工频电切离(解列)。此时，逆变器电路18的开关动作也停止。即，微机14一旦检测出工频电的停电，就通过驱动电路42对系统开关40的继电器线圈40A进行驱动。
另外，微机14根据电流检测电路32的检测结果对输出功率进行测量。
在此微机14上，还接有EEPROM44。
在此EEPROM44中，存储有图中未示出的系统连接保护装置的整定(调整)值、表示太阳能发电装置10的运行状态的运行数据等。微机14根据EEPROM44中存储的数据对各设备的动作进行控制。EEPROM44能够以电方式进行数据的读取及重写，通过微机14的控制，在太阳能发电装置10起动时，读出必需的数据，在太阳能发电装置10工作时，根据需要实行数据的重写。
接着，参考图2，对以上构成的太阳能发电装置10在MPPT控制时的作用进行说明。此外，图2是表示在MPPT控制时微机14所实行的控制程序流程的流程图。
首先，在步骤100，根据从发电电压检测电路30输入的太阳能板12的输出电压VP，利用下面的式(1)至式(5)，对假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、MPPT最大电压VH、其电压比假想最佳工作电压VA低的低电压变化幅度切换电压VCL、以及其电压比假想最佳工作电压VA高的高电压变化幅度切换电压VCH进行计算。
VA＝VP×0.80               (1)
VL＝VP×0.70               (2)
VH＝VP×0.90               (3)
VCL＝VP×0.75              (4)
VCH＝VP×0.85              (5)
再者，上述各式中的常数(0.80、0.70、0.90、0.75、0.85)是根据所使用太阳能电池的种类而设定的数值，本发明并不限于这些数值。从上述MPPT最小电压VL开始至MPPT最大电压VH为止的范围相当于本发明的控制电压范围，从低电压变化幅度切换电压VCL开始至高电压变化幅度切换电压VCH为止的范围相当于本发明的切换范围。
接着，在步骤102中，将太阳能板12的前次的输出功率PS的值设定为零，在下一个步骤120中，作为太阳能板12的目标输出电压值VO对在上述步骤100计算出的假想最佳工作电压VA进行设定，在接着的步骤122中，对逆变器电路18(IGBT驱动电路16)的导通时间进行控制，以使太阳能板12的输出电压VP成为目标输出电压值VO。
在接着的步骤124中，等待经过规定的时间(本实施例中，2～4秒左右)，在接着的步骤126中，对太阳能板12的输出电压VP是否是大于低电压变化幅度切换电压VCL，且小于高电压变化幅度切换电压VCH进行判定，当是肯定判定时，转向步骤128，将2代入电压变化幅度VX，之后，转向步骤132。另一方面，当在步骤126的判定为否定判定时，转向步骤130将4代入电压变化幅度VX，之后，转向步骤132。
在步骤132中，由太阳能板12的输出电压VP和输出电流IP求出太阳能板12的输出功率PE(＝VP×IP)，在接着的步骤136中，通过从输出功率PE中减去前次的输出功率PS，求出功率变化量ΔP，在接着的步骤138中，将在步骤132中求出的输出功率PE作为前次的输出功率PS进行设定。
在接着的步骤140中，对功率变化量ΔP是否是大于0进行判定，大于0时，转向步骤142，判定在目标输出电压VO上加上电压变化幅度VX得到的值是否大于MPPT最大电压VH，不大于时，在步骤144中，将目标输出电压VO上增加电压变化幅度VX，之后，返回步骤122。另一方面，步骤142的判定结果判定为在目标输出电压VO上加上电压变化幅度VX得到的值大于MPPT最大电压VH时，则不实行步骤144而直接返回步骤122。即，在步骤140至步骤144中，功率变化量ΔP有增加倾向时，为了使输出功率进一步增加，以MPPT最大电压VH作为上限，让目标输出电压VO增加，其电压增加幅度为VX。
另一方面，步骤140的判定结果，当判定为功率变化量ΔP不大于0时，转向步骤146，对功率变化量ΔP是否是小于0进行判定，判定为不小于0时，即功率变化量ΔP为0时，不改变目标输出电压VO，而直接返回步骤122，当判定为功率变化量ΔP小于0时，转向步骤148，判定从目标输出电压VO减去电压变化幅度VX得到的值是否小于MPPT最小电压VL，不小于时，在步骤150中，将目标输出电压VO减去电压变化幅度VX，之后，返回步骤122。
另一方面，步骤148的判定结果判定为从目标输出电压VO减去电压变化幅度VX得到的值小于MPPT最小电压VL时，则不实行步骤150而直接返回步骤122。即，在步骤146至步骤150中，功率变化量ΔP处于减小倾向时，为了使输出功率反过来增加，以MPPT最小电压VL作为下限，让目标输出电压VO减少电压变化幅度VX。
此后，通过反复与上述同样地执行步骤122至步骤150的处理，在从MPPT最小电压VL开始到MPPT最大电压VH为止的范围内实行MPPT控制。
因此，在有关本第1实施例的太阳能发电装置10中，由于是根据在逆变器电路18即将起动之前的太阳能板12的输出电压VP对实行MPPT控制时的假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、以及MPPT最大电压VH进行计算，所以，能够在与季节变化等引起的太阳能板12周围温度变化等相适应的最佳的范围内实施MPPT控制。其结果是能够高效地利用太阳能板12的输出电功率。
因此，在有关本第1实施例的太阳能发电装置10中，应用低、高压变化幅度切换电压VCL及VCH，在太阳能板12的输出电压VP低于VCL，或者高于VCH时，增大电压变化幅度，在太阳能板12的输出电压VP处于假想最佳工作电压VA附近的从VCL到VCH的范围内时，与其他的情况相比较，减小电压的变化幅度，所以能够在短时间内将太阳能板12的工作点移动到最大功率点。
而且，在有关本第1实施例的太阳能发电装置10中，由于是根据在逆变器电路18即将起动之前的太阳能板12的输出电压VP对低、高压变化幅度切换电压VCL及VCH进行计算，所以，能够设定出与季节变化等引起的太阳能板12周围温度变化等最相适应的低、高压变化幅度切换电压VCL及VCH。
第2实施例
上述第1实施例是太阳能发电装置10仅实行MPPT控制时的实施例，本第2实施例是与上述第1实施例的太阳能发电装置10相比，在太阳能板12的输出功率为低功率时，实行定电压控制的实施例。因此，本第2实施例的微机14(参考图1)具有MPPT控制模式(跟踪控制模式)及定电压控制模式这两种控制模式。此外，涉及本第2实施例的太阳能发电装置的构成与涉及第1实施例的太阳能发电装置10(参考图1)相同，故在此省略其说明。
以下，参考图3，对涉及本第2实施例的太阳能发电装置的作用进行说明。再者，图3是表示微机14所实行的控制程序流程的流程图，在与图2所示流程图相同的部分上标上了相同的符号，省略其说明。
首先，在步骤100’，根据从发电电压检测电路30输入的太阳能板12的输出电压VP，利用上述式(1)至式(5)及下面的式(6)，对假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、MPPT最大电压VH、其电压比假想最佳工作电压VA低的低电压变化幅度切换电压VCL、其电压比假想最佳工作电压VA高的高电压变化幅度切换电压VCH、以及固定控制电压VF进行计算。
VF＝VP×0.80                        (6)
再者，上式(6)中的常数(0.80)与其他式子一样，是根据所使用太阳能电池的种类等而设定的数值，本发明并不限于此数值。上述的固定控制电压VF相当于本发明的固定电压。
接着，在实行了步骤102之后，在接着的步骤104中，由太阳能板12的输出电压VP和输出电流IP计算出太阳能板12的输出功率PE(＝VP×IP)，在接着的步骤106中，对输出功率PE是否小于规定功率(例如1kW)进行判定，当小于规定功率时，转向步骤108，设定为定电压控制模式。再者，此步骤108的定电压控制模式相当于本发明的第2模式。
在接着的步骤110中，作为太阳能板12的目标输出电压值VO对在上述步骤100’计算出的固定控制电压VF进行设定，在接着的步骤112中，对逆变器电路18(IGBT驱动电路16)的导通时间进行控制，以使太阳能板12的输出电压VP成为目标输出电压值VO。
在接着的步骤114中，与上述步骤104一样，由太阳能板12的输出电压VP和输出电流IP计算出太阳能板12的输出功率PE，在接着的步骤116中，对输出功率PE是否小于上述规定功率进行判定，当小于规定功率时，返回步骤114，当不小于规定功率时转向下述的步骤118。即，根据步骤116的判定处理，在太阳能板12的输出功率PE大于规定功率之前，实行定电压控制。
另外，当上述步骤106的判定结果判定了输出功率PE不小于规定功率时，转向步骤118，进行跟踪控制模式设定。再者，此跟踪控制模式相当于本发明的第1模式。
此后，与上述第1实施例一样，在实行了步骤120至步骤132的处理之后，在接着的步骤134中，对太阳能板12的输出功率PE是否小于上述规定功率进行判定，当小于输出功率时，转向步骤108，实行上述定电压控制模式，当不小于规定功率时，转向步骤136，此后，与上述第1实施例一样，实行步骤136至步骤150的处理。
因此，在有关本第2实施例的太阳能发电装置10中，在能够取得与上述第1实施例相同的效果的同时，由于在工作不稳定的低功率输出时实行定电压控制，所以能够从低功率输出到高功率输出一直以稳定的工作状态进行发电。
再有，在上述各实施例中，说明了当太阳能板12的输出电压VP处于从电压变化幅度切换电压VCL到VCH的范围内时，将MPPT控制时的电压变化幅度VX取为2V，而当太阳能板12的输出电压VP处于从电压变化幅度切换电压VCL到VCH的范围之外时，将MPPT控制时的电压变化幅度VX取为4V，然而，本发明并不限定于此，这些电压变化幅度的值可以根据太阳能板12的设置环境等因素进行适当的变更。
另外，在上述各实施例中，说明了利用对逆变器电路18的输出电压VP乘上常数来计算在逆变器电路18即将起动之前计算的假想最佳工作电压VA等电压，然而本发明并不限定于此，例如，也可以采用从逆变器电路18的输出电压VP减去规定的值来进行计算的形式。
第3实施例
本第3实施例是在上述第2实施例的定电压控制模式中，当太阳能发电装置10的工作不稳定时，实施为了消除不稳定工作的控制。此外，有关本第3实施例的太阳能发电装置与有关上述第1、2实施例的太阳能发电装置10(参考图1)在构成上虽大致相同，然而，微机14相当于本发明的设定单元、控制单元，再加上本实施例的再设定单元。
接着，参考图6，对有关本发明第3实施例的太阳能发电装置10的作用进行说明。图6是表示微机14中所实行的控制程序流程的流程图。
首先，在步骤100”中，根据由发电电压检测电路30中输入的太阳能板12的输出电压VP，利用上述式(1)至式(6)及下面的式(7)，对假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、MPPT最大电压VH、固定控制电压VF、不稳定检测电压VE、其电压比假想最佳工作电压VA低的低电压变化幅度切换电压VCL、以及其电压比假想最佳工作电压VA高的高电压变化幅度切换电压VCH进行计算。
VE＝VP×0.60                  (7)
再者，上式(7)中的常数(0.60)，是根据所使用太阳能电池的种类而设定的数值，本发明并不限于这些数值。上述的不稳定检测电压VE相当于本发明的判定基准电压。
之后，与第2实施例一样，转向步骤102、104、106，在步骤106中，对输出功率PE是否小于规定功率(例如1kW)进行判定，当小于规定功率时，转向步骤108，设定为定电压控制模式。
接着，与第2实施例一样，实行步骤110、112，在接着的步骤113中，实行对太阳能发电装置10是否在进行不稳定工作进行检测的、图7所示的不稳定检测程序。
在不稳定检测程序的步骤200中，作为初期设定将不稳定工作次数HN设定为零，在接着的步骤202中，对是否发生了不稳定工作进行判定。此时的不稳定工作的判定是根据由发电电压检测电路30中输入的太阳能板12的输出电压VP是否低于在上述步骤100中求出的不稳定检测电压VE来进行判定的。即，如图4(A)所示，与最佳工作点相比，太阳能电池的输出电压VP愈低，工作就愈不稳定(输出电压VP容易改变)，因此，在输出电压VP低于不稳定检测电压VE时，判定为工作不稳定。
当步骤202的判定结果，判定为未发生不稳定工作时，不进行任何处理，直接结束此不稳定检测程序。
另一方面，当步骤202的判定结果，判定为发生了不稳定工作时，转向步骤204，将不稳定工作次数HN增加1，在接着的步骤206中，起动微机14内设置的、图中未示出的计时器。
在接着的步骤208中，等待经过第1规定时间(在本实施例为5秒)，在接着的步骤210中，与上述步骤202的方法相同，对是否发生了不稳定工作进行判定，发生了不稳定工作时，转向步骤212，将不稳定工作次数HN增加1，之后转向步骤214，未发生不稳定工作时，不进行步骤212，而直接转向步骤214。
在步骤214中，对不稳定工作次数HN是否大于第1规定值(在本实施例为5)进行判定，不大于时，转向步骤216，对在步骤206中起动的计时器的计时是否经过了第2规定时间(在本实施例为50秒)进行判定，尚未经过时，返回步骤208，已经过时，结束此不稳定检测程序。
另一方面，当步骤214的判定结果为不稳定工作次数HN大于上述第1规定值时，转向步骤218，给在上述步骤100”(参考图6)中求出的所有电压值加上第2规定值(在本实施例为4)，之后，结束此不稳定检测程序。
再有，也可象图8所示的其他例的不稳定检测程序那样，当步骤214的判定结果为不稳定工作次数HN大于上述第1规定值时，转向步骤219，将逆变器电路18置为门闭锁状态(逆变器电路18停止动作的状态)，之后，在步骤220，将在上述步骤100”(参见图6)求出的所有的电压值进行再次计算，求出后，也可结束此不稳定检测程序。
在此不稳定检测程序中，当发生了不稳定工作时，在从该时刻开始到经过上述第2规定时间为止的期间，仅在隔了上述第1规定时间后再次发生了不稳定工作时，对不稳定工作次数HN进行加法计数。因此，不稳定工作在以相隔了长于上述第2规定时间的时间间隔而单次地发生时，不稳定工作次数HN的值不会被加法计数为2以上。
根据上面所述，一旦结束了不稳定工作程序，与第2实施例同样，转向接着的步骤114、116(参考图6)，当输出功率PE小于上述规定功率时，返回步骤113，不小于时，转向步骤118。即，根据步骤116的判定处理，在太阳能板12的输出功率PE达到规定功率以上之前，一边反复实行上述的不稳定检测程序，一边实行定电压控制。
另一方面，若上述步骤106的判定结果是输出功率PE不小于上述规定功率时，转向步骤118，设定为跟踪控制模式(MPPT控制模式)。
此后，与上述第2实施例同样，实行步骤118至步骤150(参考图3)。或者，也可象图6所示那样，实行下述的步骤140以后的处理。
即，在步骤140中，在判定了功率变化量ΔP是否大于0之后，当大于0时，转向步骤142，让目标输出电压VO在与前次相同的方向上产生电压变化幅度VX的变化(增加或减少)，之后，转向步骤160。
另一方面，当在步骤140中判定了功率变化量ΔP不大于0时，转向步骤146，对功率变化量ΔP是否小于0进行判定，小于0时，转向步骤148，让目标输出电压VO在与前次相反的方向上产生电压变化幅度VX的变化(增加或减少)，之后，转向步骤160。再有，在最初实行上述步骤142及步骤148时，既可以让目标输出电压VO在增加的方向变化，也可以让目标输出电压VO在减少的方向变化。
在步骤160中，对目标输出电压VO是否是大于MPPT最小电压VL，且小于MPPT最大电压VH进行判定，否定判定时，在步骤162中，将目标输出电压VO返回原来的值(实行步骤142或步骤148之前的值)，之后，返回步骤122。肯定判定时，不实行步骤162的处理，直接返回步骤122。
另一方面，当在步骤146中判定了功率变化量ΔP不小于0时，即功率变化量ΔP为0时，不改变目标输出电压VO，而直接返回步骤122。
即，在步骤140至步骤162中，当功率变化量ΔP处于增加倾向时，为了使输出功率PE进一步增加，以MPPT最小电压VL作为下限，以MPPT最大电压VH作为上限，让目标输出电压VO在与前次相同的方向上产生电压变化幅度VX的变化。当功率变化量ΔP处于减少倾向时，为了使输出功率PE反过来增加，以MPPT最小电压VL作为下限，以MPPT最大电压VH作为上限，让目标输出电压VO在与前次相反的方向上产生电压变化幅度VX的变化。再有，当功率变化量ΔP为0时，看作是工作点与最大功率点相一致，不让目标输出电压VO产生变化。
此后，通过反复实行与上述相同的步骤122至步骤162的处理，在从MPPT最小电压VL到MPPT最大电压VH的范围内实行MPPT控制的同时，在太阳能板12的输出功率PE变得小于上述规定功率时，转向定电压控制模式。
因此，在有关本第3实施例的太阳能发电装置10中，在能够取得与上述第1、第2实施例相同的效果的同时，由于在工作不稳定时，将假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、以及MPPT最大电压VH等电压值增加第2规定值(本实施例为4)，因此，能够将不稳定工作向工作稳定的方向进行修正，该不稳定工作是由假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、MPPT最大电压VH等电压值位于最大功率点Pm(参考图4(B))的左侧(输出电压VO低的方向)所引起的。
另外，在不稳定检测程序中使用图8所示的子程序时，由于是在停止了功率转换单元18的工作之后，对假想最佳工作电压VA、MPPT最小电压VL、MPPT最大电压VH等电压值进行再次计算，因而，能够消除由于太阳能板12的周围温度急剧变化等引起的不稳定工作。
另外，在有关本第3实施例的太阳能发电装置10中，应用低、高压变化幅度切换电压VCL及VCH，在太阳能板12的输出电压VP低于VCL，或者高于VCH时，增大电压变化幅度，在太阳能板12的输出电压VP处于假想最佳工作电压VA附近的从VCL到VCH的范围内时，与其他的情况相比较，减小电压的变化幅度，所以能够在短时间内将太阳能板12的工作点移动到最大功率点。
而且，在有关本第3实施例的太阳能发电装置10中，由于是根据在逆变器电路18即将起动之前的太阳能板12的输出电压VP对低、高压变化幅度切换电压VCL及VCH进行计算，所以，能够设定出与季节变化等引起的太阳能板12周围温度变化等最相适应的低、高压变化幅度切换电压VCL及VCH。
而且，在有关本第3实施例的太阳能发电装置10中，由于在工作不稳定的低电压输出时，实行定电压控制，因此，能够从低电压输出到高电压输出一直以稳定的工作状态进行发电。
再有，在本实施例中，对于在工作不稳定时，给在步骤100”中求出的所有的电压值增加第2规定值的情况进行了说明。然而，本发明并不限定于此，例如，也可以采取不让固定控制电压VF、不稳定检测电压VE增加的形式。
另外，对于在使用图8所示不稳定检测程序的情况下，在工作不稳定时，对在步骤100”中计算出的所有电压值进行再计算的情况进行了说明。然而，本发明并不限定于此，例如，也可以采取对于固定控制电压VF、不稳定检测电压VE不进行再计算的形式。
另外，本实施例中，对定电压控制时判定动作是否稳定的情况进行了说明，然而，本发明并不限定于此，也可以采取在MPPT控制时进行判定的形式。
另外，本实施例中，说明了当太阳能板12的输出电压VP处于从低电压变化幅度切换电压VCL到高电压变化幅度切换电压VCH的范围内时，将MPPT控制时的电压变化幅度VX取为2V，而当太阳能板12的输出电压VP处于上述范围之外时，将MPPT控制时的电压变化幅度VX取为4V的情况，然而，本发明并不限定于此，这些电压变化幅度的值可以根据太阳能板12的设置环境、季节等因素进行适当的变更。
另外，在本实施例中，说明了利用给逆变器电路18的输出电压VP乘上常数来计算在逆变器电路18即将起动之前计算的假想最佳工作电压VA等电压，然而本发明并不限定于此，例如，也可以采用从逆变器电路18的输出电压VP减去规定的值来求出的形式。
而且，在本实施例中使用的各常数(图6的第1及第2规定时间、第1及第2规定值等)可以根据太阳能板12的设置环境、季节等因素进行适当的变更。

Claims (12)

1、一种太阳能发电装置，包括：
太阳能电池，所述太阳能电池具有一输出电压；
功率转换单元，用于将上述太阳能电池的直流电功率输出转换为交流电功率；
电压设定单元，用于根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压设定所述太阳能电池的假想最佳工作电压及控制电压范围；以及
电压控制单元，用于在将上述假想最佳工作电压作为上述太阳能电池的输出电压目标值、起动了上述功率转换单元之后，在上述太阳能电池输出的直流电功率在上述控制电压范围内增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段地改变上述太阳能电池的输出电压。
2、如权利要求1所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压设定切换范围，该切换范围比上述控制电压范围窄、且含有上述假想最佳工作电压，以及
在上述太阳能电池的输出电压分阶段地改变时，上述电压控制单元使所述规定的电压变化幅度在上述输出电压的值处于上述切换范围内时比处于上述切换范围之外时的小。
3、如权利要求1所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个其值在上述控制电压范围内的固定电压，以及
上述电压控制单元在上述太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时，将上述太阳能电池的输出电压设定为上述固定电压。
4、如权利要求2所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个其值在上述控制电压范围内的固定电压，以及
上述电压控制单元在上述太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时，将上述太阳能电池的输出电压设定为上述固定电压。
5、如权利要求1所述的太阳能发电装置，其中，
所述电压设定单元还根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个固定电压；
所述电压控制单元具有第1模式和第2模式，在第1模式中，在把上述假想最佳工作电压设定为上述太阳能电池的输出电压目标值且上述功率转换单元已经起动之后，使上述太阳能电池的输出电压在上述控制电压范围内、在上述太阳能电池输出的直流电功率增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段地改变；在第2模式中，将上述太阳能电池的输出电压设定为在上述太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时的固定电压；以及
所述太阳能发电装置还包括一个电压再设定单元，它在上述太阳能电池的输出功率不稳定时，至少使上述太阳能电池的假想最佳工作电压和控制电压范围这两者之中的一个增加一个规定的量。
6、如权利要求5所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个其值小于上述控制电压范围的下限值的判定基准电压，以及
上述再电压设定单元在上述太阳能电池的输出电压小于上述判定基准电压时，判断为上述太阳能电池的输出功率不稳定。
7、如权利要求5所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定比上述控制电压范围窄的、且含有上述假想最佳工作电压的范围的切换范围，以及
上述电压控制单元在上述太阳能电池的输出电压按阶段的改变时，使上述规定的电压变化幅度在上述输出电压的值处于上述切换范围内时比处于上述切换范围之外时小。
8、如权利要求6所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定比上述控制电压范围窄的、且含有上述假想最佳工作电压的范围的切换范围，以及
上述电压控制单元在上述太阳能电池的输出电压分阶段地改变时，使上述规定的电压变化幅度在上述输出电压的值处于上述切换范围内时，比处于上述切换范围之外时小。
9、如权利要求1所述的太阳能发电装置，具有：
所述电压设定单元还根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个固定电压；
所述电压控制单元具有第1模式和第2模式，在第1模式中，在把上述假想最佳工作电压设定为上述太阳能电池的输出电压目标值且上述功率转换单元已经起动之后，使上述太阳能电池的输出电压在上述控制电压范围内、在上述太阳能电池输出的直流电功率增大的方向上，以规定的电压变化幅度分阶段地改变；在第2模式中，将上述太阳能电池的输出电压设定为在上述太阳能电池输出的直流电功率小于规定的功率时的固定电压；
所述太阳能发电装置还包括一个再电压设定单元，它根据上述太阳能电池在按其输出功率停止了上述功率转换单元的工作之后的输出电压，再次设定所述太阳能电池的上述假想最佳工作电压和上述控制电压范围这两者之中的至少一个。
10、如权利要求9所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定一个值小于控制电压范围的下限值的判定基准电压，以及
上述再电压设定单元在上述太阳能电池的输出电压小于上述判定基准电压时，判断为上述太阳能电池的输出功率不稳定，并对上述假想最佳工作电压和上述控制电压范围这两者之中的至少一个进行再次设定。
11、如权利要求9所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定比上述控制电压范围窄的、且含有上述假想最佳工作电压的范围的切换范围，以及
上述电压控制单元在上述太阳能电池的输出电压分阶段地改变时，使上述电压变化幅度在上述输出电压的值处于上述切换范围内时比处于上述切换范围之外时小。
12、如权利要求10所述的太阳能发电装置，其中，上述电压设定单元根据上述太阳能电池在上述功率转换单元即将起动之前的输出电压，设定比上述控制电压范围窄的、且含有上述假想最佳工作电压的范围的切换范围，以及
上述电压控制单元在上述太阳能电池的输出电压分阶段地改变时，使上述电压变化幅度在上述输出电压的值处于上述切换范围内时，比处于上述切换范围之外时小。
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