DE112014004838B4

DE112014004838B4 - Solarenergieerzeugungsvorrichtung und Steuerverfahren von Solarenergieerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112014004838B4
Application number: DE112014004838.0T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Miyoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: CN105659181B; DE112014004838T5; WO2015059548A1; US10063090B2; JP5915619B2; US20160241078A1; JP2015082198A; CN105659181A

Abstract

Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1), die aufweist:einen ersten DC-DC-Wandler (200), in den ein Ausgang einer Solarzelle (100) eingegeben wird;eine Speicherbatterie (400), in die ein Ausgang des ersten DC-DC-Wandlers (200) eingegeben wird;einen zweiten DC-DC-Wandler (300), der eine Spannung der Speicherbatterie (400) umwandelt; undeine Steuereinheit (600), die ausgelegt ist, ein Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers (200) zu ändern, um die Speicherbatterie (400) nicht zu laden, und dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (600) ausgelegt ist, ein Tastverhältnis des zweiten DC-DC-Wandlers (300) zu ändern, um einen Betriebspunkt der Solarzelle (100) auf einen maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn ein Wert, der einen Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarenergieerzeugungsvorrichtung und ein Steuerverfahren einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung.
Stand der Technik
Es ist eine Technik zum Steuern eines Tastverhältnisses eines Wandlers bekannt, um einen maximalen Leistungspunkt einer Solarbatterie zu verfolgen und das Tastverhältnis des Wandlers zu steuern, um einen Betriebspunkt der Solarbatterie von dem maximalen Leistungspunkt auf die Seite einer Leerlaufspannung zu verschieben, wenn sich eine Speicherbatterie einem Vollladungszustand annähert (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-324752 (JP H06- 324 752 A)
In dem oben beschriebenen Stand der Technik wird jedoch, wenn sich die Speicherbatterie einem Vollladungszustand annähert, der Betriebspunkt der Solarbatterie gegenüber dem maximalen Leistungspunkt verschoben, und somit kann die Solarbatterie nicht bei dem maximalen Leistungspunkt betrieben werden.
US 2011 / 0 084 647 A1 beschreibt eine solarbetriebene Vorrichtung, die eine Batterie, zumindest eine Photovoltaikzelle und ein DC-fähiges Wechselstromgerät hat.
DE 40 17 860 A1 beschreibt eine Energiegewinnungsanlage, bei der elektrische Energie von einem Solargenerator über einen Gleichspannungswandler geliefert wird.
US 6 081 104 A beschreibt ein System zur Stromversorgung einer Batterie und einer Last mit einer Stromquelle, die der Batterie und der Last Energie zuführt.
US 2005 / 0 052 165 A1 beschreibt eine Anordnung zum Zuführen elektrischer Energie zu einer Last von einem direkten elektrischen Energiewandler, der die Effizienz der Konverterenergieerzeugung optimiert.
US 3 489 915 A beschreibt ein Solarzellen-Array-Leistungssystem für den Einsatz bei Temperatur- und Lichtschwankungen, die die Verfügbarkeit der Solarzellenleistung beeinträchtigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher schafft ein Aspekt der Erfindung eine Solarenergieerzeugungsvorrichtung, die einen Betriebspunkt einer Solarbatterie auf einen maximalen Leistungspunkt sogar dann einstellen kann, wenn ein Wert, der einen Ladungszustand einer Speicherbatterie angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Solarenergieerzeugungsvorrichtung geschaffen, die enthält: einen ersten DC-DC-Wandler, in den ein Ausgang einer Solarbatterie eingegeben wird; eine Speicherbatterie, in die ein Ausgang des ersten DC-DC-Wandlers eingegeben wird; einen zweiten DC-DC-Wandler, der eine Spannung der Speicherbatterie umwandelt; und eine Steuereinheit, die ein Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers ändert, um die Speicherbatterie nicht zu laden, und ein Tastverhältnis des zweiten DC-DC-Wandlers ändert, um einen Betriebspunkt der Solarbatterie auf einen maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn ein Wert, der einen Ladungszustand der Speicherbatterie angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß dem Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine Solarenergieerzeugungsvorrichtung zu schaffen, die einen Betriebspunkt einer Solarbatterie auf einen maximalen Leistungspunkt sogar dann einstellen kann, wenn ein Wert, der einen Ladungszustand einer Speicherbatterie angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 ein Diagramm, das schematisch ein Steuerverfahren einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines DC-DC-Wandlers darstellt; und
4 ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel des DC-DC-Wandlers darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen werden Elemente, die im Wesentlichen dieselben Funktionskonfigurationen aufweisen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Konfiguration der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1
Im Folgenden wird die Konfiguration einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben.
Wie es in 1 dargestellt ist, enthält die Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 eine Solarbatterie 100, einen ersten DC-DC-Wandler 200, einen zweiten DC-DC-Wandler 300, eine Speicherbatterie 400, eine Steuereinheit 600 und eine Speichereinheit 700.
Die Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 enthält außerdem Stromdetektoren 10a, 10b, 10c und 10d sowie Spannungsdetektoren 11a, 11b, 11c und 11d zum Messen von Strömen und Spannungen von Teilen einer Schaltung. Ein Stromsensor oder ein Amperemeter kann beispielsweise als Stromdetektor 10a, 10b, 10c und 10d verwendet werden. Ein Spannungssensor oder ein Voltmeter kann beispielsweise als Spannungsdetektor 11a, 11b, 11c und 11d verwendet werden.
Ein Energieverbrauchsabschnitt 500, der eine Hilfsspeicherbatterie 510 und eine Last 520 enthält, ist mit einem Ausgangsende der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 verbunden.
In 1 bezeichnet V_in1 eine Ausgangsspannung der Solarbatterie 100 oder eine Eingangsspannung des ersten DC-DC-Wandlers 200. I_in1 bezeichnet einen Ausgangsstrom der Solarbatterie 100 oder einen Eingangsstrom des ersten DC-DC-Wandlers 200. V_out1 und I_out1 bezeichnen jeweils eine Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom des ersten DC-DC-Wandlers 200. I_in2 bezeichnet einen Eingangsstrom des zweiten DC-DC-Wandlers 300. V_out2 und I_out2 bezeichnen jeweils eine Ausgangsspannung und einen Ausgangsstrom des zweiten DC-DC-Wandlers 300. E₁ bezeichnet die Spannung der Speicherbatterie 400.
Die Solarbatterie 100 ist eine Halbleitervorrichtung, die mit Licht wie beispielsweise Sonnenlicht bestrahlt wird und die optische Energie in elektrische Energie umwandelt. Deren Typ ist nicht beschränkt, und es kann beispielsweise ein Solarbatteriemodul, eine Solarbatteriefläche und ein Solarbatteriearray verwendet werden.
Der erste DC-DC-Wandler 200 ist ein DC-Spannungswandler, der die Ausgangsspannung V_in1 der Solarbatterie 100 aufwärts- und abwärtswandelt, und ist in Serie zu der Solarbatterie 100 und der Speicherbatterie 400 angeordnet.
Der erste DC-DC-Wandler 200 weist zwei Ansteuermodi, das heißt einen Maximalleistungspunktverfolgungsmodus (MPPT-Modus) und einen Konstantspannungsausgangsmodus auf. Der MPPT-Modus ist ein Modus, bei dem der erste DC-DC-Wandler 200 derart angesteuert wird, dass der Betriebspunkt der Solarbatterie 100 ein maximaler Leistungspunkt (MPP) ist. Der Konstantspannungsausgangsmodus ist ein Modus, bei dem der erste DC-DC-Wandler 200 derart angesteuert wird, dass eine konstante Spannung in Bezug auf die variierende Ausgangsspannung V_in1 der Solarbatterie 100 ausgegeben wird.
Als Ansteuermodus des ersten DC-DC-Wandlers 200 wird der MPPT-Modus oder der Konstantspannungsausgangsmodus als Antwort auf einen Befehl von der Steuereinheit 600, die später beschrieben wird, ausgewählt.
Der zweite DC-DC-Wandler 300 ist ein DC-Spannungswandler, der die Ausgangsspannung des ersten DC-DC-Wandlers 200 oder der Speicherbatterie 400 aufwärts- und abwärtswandelt, und ist in Serie zwischen der Speicherbatterie 400 und dem Energieverbrauchsabschnitt 500 angeordnet.
Der zweite DC-DC-Wandler 300 weist zwei Ansteuermodi, das heißt den MPPT-Modus und den Konstantspannungsausgangsmodus auf. Der MPPT-Modus ist ein Modus, bei dem der zweite DC-DC-Wandler 300 derart angesteuert wird, dass der Betriebspunkt der Solarbatterie 100 ein maximaler Leistungspunkt (MPP) ist. Der Konstantspannungsausgangsmodus ist ein Modus, bei dem der zweite DC-DC-Wandler 300 derart angesteuert wird, dass eine konstante Spannung in Bezug auf die variierende Ausgangsspannung des ersten DC-DC-Wandlers 200 oder der Speicherbatterie 400 ausgegeben wird.
Als Ansteuermodus des zweiten DC-DC-Wandlers 300 wird der MPPT-Modus oder der Konstantspannungsausgangsmodus als Antwort auf einen Befehl von der Steuereinheit 600, die später beschrieben wird, ausgewählt.
Die Speicherbatterie 400 speichert (akkumuliert) Energie, die von der Solarbatterie 100 erzeugt wird, und führt die Energie dem Energieverbrauchsabschnitt 500 nach Bedarf durch Entladen zu. Der Typ der Speicherbatterie 400 ist nicht besonders beschränkt, und es kann beispielsweise eine Batterie wie beispielsweise eine Bleispeicherbatterie, eine NaS-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie und eine Lithium-Ionen-Batterie oder ein Kondensator wie beispielsweise ein Lithium-Ionen-Kondensator und ein elektrischer Doppelschichtkondensator verwendet werden.
Die Steuereinheit 600 enthält beispielsweise einen Mikrocomputer, erlangt die Ströme, die von den Stromdetektoren erfasst werden, und die Spannungen, die von den Spannungsdetektoren gemessen werden, und speichert die erlangten Ströme und Spannungen in der Speichereinheit 700. Die Steuereinheit 600 führt Berechnungen unter Verwendung der erlangten Ströme und Spannungen durch und speichert die Rechenergebnisse in der Speichereinheit 700.
Die Steuereinheit 600 überwacht den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 auf der Grundlage der erlangten Ströme und Spannungen, und die Steuereinheit 600 wählt die Ansteuermodi des ersten DC-DC-Wandlers 200 und des zweiten DC-DC-Wandlers 300 in Abhängigkeit von dem Ladungszustand der Speicherbatterie 400 aus.
Die Speichereinheit 700 speichert eine vorbestimmte Schwellenspannung E_th der Speicherbatterie 400 und die Ströme, die Spannung und die berechneten Werte, die von der Steuereinheit 600 erlangt werden. Die Speichereinheit 700 kann beispielsweise einen Halbleiterspeicher, eine Magnetscheibe oder eine optische Scheibe verwenden.
Der Energieverbrauchsabschnitt 500 enthält beispielsweise eine Hilfsspeicherbatterie 510 und eine Last 520.
Die Hilfsspeicherbatterie 510 speichert Energie, die von dem zweiten DC-DC-Wandler 300 der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 ausgegeben wird, und führt der Last 520 nach Bedarf Energie durch Entladen zu.
Die Last 520 ist eine Einheit, die die Energie, die von dem zweiten DC-DC-Wandler 300 der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 ausgegeben wird, und die Energie, die von der Hilfsspeicherbatterie 510 zugeführt wird, verbraucht. Die Last 520 kann beispielsweise eine DC-angesteuerte Vorrichtung, einen Inverter zum Umwandeln von DC in AC oder eine AC-angesteuerte Vorrichtung, die mittels AC-Energie betrieben wird, verwenden.
Betrieb der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1
Im Folgenden wird der Betrieb der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Steuerverfahren der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform darstellt.
Das Steuerverfahren der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform enthält einen Schritt zum Überwachen des Ladungszustands der Speicherbatterie 400, einen Schritt zum Ändern des Tastverhältnisses des ersten DC-DC-Wandlers 200, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 von dem maximalen Leistungspunkt zu verschieben, das heißt zum Durchführen einer Steuerung, um die Speicherbatterie 400 nicht zu laden, und zum Ändern des Tastverhältnisses des zweiten DC-DC-Wandlers 300, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn ein Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, und einen Schritt zum Ändern des Tastverhältnisses des ersten DC-DC-Wandlers 200, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Wie es in 2 dargestellt ist, überwacht die Steuereinheit 600 den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 und wechselt die Antriebsmodi des ersten DC-DC-Wandlers 200 und des zweiten DC-DC-Wandlers 300 in Abhängigkeit von dem Ladungszustand der Speicherbatterie 400.
Wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist (Übergangsbedingung A), ändert die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 von dem MPP zu verschieben, wodurch eine Steuerung durchgeführt wird, um die Speicherbatterie 400 nicht zu laden (Konstantspannungsausgangsmodus).
Gleichzeitig ändert die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₂ des zweiten DC-DC-Wandlers 300, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 auf den MPP einzustellen (MPPT-Modus).
Der vorbestimmte Ladungszustand kann beliebig von einem Nutzer eingestellt werden und kann beispielsweise ein Vollladungszustand oder ein Teilladungszustand von etwa 80% sein.
Wenn andererseits der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, kleiner als der vorbestimmte Wert ist (Übergangsbedingung B), ändert die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 auf den MPP einzustellen (MPPT-Modus).
Gleichzeitig ändert die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₂ des zweiten DC-DC-Wandlers 300, um der Last 520 Energie einer konstanten Spannung zuzuführen und die Speicherbatterie 400 mit überschüssiger Energie zu laden (Konstantspannungsausgangsmodus).
Im Folgenden wird der Betrieb der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 genauer mit Bezug auf 1 beschrieben.
Zunächst erlangt die Steuereinheit 600 die Spannung E₁ der Speicherbatterie 400, die von dem Spannungsdetektor 11c gemessen wird, und speichert die erlangte Spannung in der Speichereinheit 700. Die Steuereinheit 600 vergleicht die Spannung E₁ der Speicherbatterie 400 mit der Schwellenspannung E_th , die im Voraus in der Speichereinheit 700 gespeichert wird, führt eine Steuerung eines ersten Zustands S1 durch, wenn E₁ < E_th gilt (kleiner als die Schwellenspannung), und führt eine Steuerung eines zweiten Zustands S2 durch, wenn E₁ ≥ E_th gilt (gleich oder größer als die Schwellenspannung).
Der erste Zustand S1 und der zweite Zustand S2 können wiederholt in Abhängigkeit von dem Ladungszustand der Speicherbatterie 400 ausgewählt werden.
Das Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers 200 kann beispielsweise geändert werden, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 von (gegenüber) dem maximalen Leistungspunkt zu verschieben, das heißt, um die Speicherbatterie 400 nicht zu laden, das Tastverhältnis des zweiten DC-DC-Wandlers 300 kann geändert werden, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen, und dann kann das Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers 200 geändert werden, um den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Der Schwellenwert E_th kann beliebig von einem Nutzer eingestellt werden. Der Schwellenwert E_th wird vorzugsweise auf kleiner als die Vollladungsspannung Emax der Speicherbatterie 400 eingestellt. Dementsprechend wird die Speicherbatterie 400 derart gesteuert, dass der Vollladungszustand nicht überschritten wird (so dass die Spannung E₁ nicht größer als die Vollladungsspannung Emax ist), und wird vor einem Überladungszustand geschützt.
Erster Zustand S1
Zunächst erlangt die Steuereinheit 600 die Spannung V_in1a , die von dem Spannungsdetektor 11a gemessen wird, und den Strom I_in1a , der von dem Stromdetektor 10a gemessen wird, und speichert die erlangte Spannung und den erlangten Strom in der Speichereinheit 700.
Dann multipliziert die Steuereinheit 600 die Spannung V_in1a mit dem Strom I_in1a , um die Leistung P_in1a zu berechnen, und speichert die berechnete Leistung in der Speichereinheit 700.
Dann steuert die Steuereinheit 600 den ersten DC-DC-Wandler 200 an, um eine Spannung V_in1b zu erreichen, die um einen vorbestimmten Wert ΔV größer als die Spannung V_in1a ist, führt ein Messen des Stromes I_in1b und ein Berechnen der Leistung P_in1b durch und speichert die erlangten Werte in der Speichereinheit 700.
Dann vergleicht die Steuereinheit 600 die Leistung P_in1a und die Leistung P_in1b miteinander und steuert den ersten DC-DC-Wandler 200 an, um eine Spannung V_in1c zu erreichen, die um den vorbestimmten Wert ΔV größer als die Spannung V_in1b ist, wenn die Leistung P_in1b größer als die Leistung P_in1a ist.
Wenn andererseits die Leistung P_in1b kleiner als die Leistung P_in1a ist, steuert die Steuereinheit 600 den ersten DC-DC-Wandler 200 an, um die Spannung V_in1a einzustellen, die um den vorbestimmten Wert ΔV kleiner als die Spannung V_in1b ist.
Diese Betriebsfolge wird wiederholt durch Bewirken durchgeführt, dass die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200 ändert, und der Betriebspunkt der Solarbatterie 100 wird auf den MPP eingestellt.
Die Steuereinheit 600 bestimmt das Tastverhältnis D₂ des zweiten DC-DC-Wandlers 300, so dass die Ausgangsspannung V_out2 des zweiten DC-DC-Wandlers 300 eine Soll-Spannung Vout des Energieverbrauchsabschnitts 500 ist, gleichzeitig mit der Steuerung des ersten DC-DC-Wandlers 200.
Zunächst erlangt die Steuereinheit 600 die Spannung V_out1 , die von dem Spannungsdetektor 11b gemessen wird, und speichert die erlangte Spannung in der Speichereinheit 700. Die Steuereinheit 600 vergleicht die Spannung V_out1 mit der Sollspannung Vout des Energieverbrauchsabschnitts 500, die im Voraus in der Speichereinheit 700 gespeichert wird.
Wenn die Spannung V_out1 kleiner als die Sollspannung Vout ist, steuert die Steuereinheit 600 den zweiten DC-DC-Wandler 300 an, so dass die Spannung V_out1 gleich der Sollspannung Vout wird, und wandelt die Spannung V_out1 aufwärts. Wenn andererseits die Spannung V_out1 größer als die Sollspannung Vout ist, steuert die Steuereinheit 600 den zweiten DC-DC-Wandler 300 an, so dass die Spannung V_out1 gleich der Sollspannung Vout wird, und wandelt die Spannung V_out1 abwärts.
Der erste DC-DC-Wandler 200 und der zweite DC-DC-Wandler 300 sind nicht besonders beschränkt, und es kann beispielsweise ein Abwärtswandler, ein Aufwärtswandler oder ein Aufwärts- und Abwärtswandler verwendet werden.
3 ist ein Beispiel eines Schaltungsdiagramms eines Abwärtswandlers, in dem ein Schalter Q in Serie zu der Eingangsspannung V_out1 angeordnet ist. Die Eingangsspannung V_out1 ist mit dem Ausgang über einen Tiefpassfilter verbunden, der den Schalter Q, eine Spule L und einen Kondensator C₂ enthält.
4 ist ein Beispiel eines Schaltungsdiagramms eines Aufwärtswandlers, in dem eine Spule L in Serie zu der Eingangsspannung V_out1 angeordnet ist. Die Eingangsspannung V_out1 ist mit dem Ausgang über die Spule L und eine Diode D verbunden.
Wenn beispielsweise der Abwärtswandler, der in 3 dargestellt ist, als der zweite DC-DC-Wandler 300 verwendet wird, kann die Steuereinheit 600 die Spannung V_out1 durch Einstellen des Tastverhältnisses D₂ auf D₂ = V_out/V_out1 steuern, so dass diese gleich der Sollspannung Vout wird.
Wenn beispielsweise der Aufwärtswandler, der in 4 dargestellt ist, als der zweite DC-DC-Wandler 300 verwendet wird, kann die Steuereinheit 600 die Spannung V_out1 durch Einstellen des Tastverhältnisses D₂ auf D₂ = 1-V_out1/V_out steuern, so dass diese gleich der Sollspannung V_out1 wird.
Die Ansteuerung in dem Konstantspannungsausgangsmodus des zweiten DC-DC-Wandlers 300 ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern kann beliebig in Abhängigkeit von dem Typ des DC-DC-Wandlers, der von dem Fachmann ausgewählt wird, bestimmt werden.
Zweiter Zustand S2
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, bei dem die Speicherbatterie 400 geladen wird, die Spannung E₁ der Speicherbatterie 400 gleich oder größer als der Schwellenwert E_th ist (E₁ ≥ E_th) und der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Zunächst erlangt die Steuereinheit 600 den Strom I_out1 , der von dem Stromdetektor 10b gemessen wird, und die Spannung I_in2 , die von dem Stromdetektor 10c gemessen wird, und speichert die erlangten Ströme in der Speichereinheit 700. Die Steuereinheit 600 berechnet einen Ladestrom I₁ (= I_out1 - I_in2), der in die Speicherbatterie 400 fließt, unter Verwendung des Stromes I_out1 und des Stromes I_in2 .
Dann steuert die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200, um die Spannung V_out1 auszugeben, bei der der Ladestrom I₁ gleich 0 ist. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass die Speicherbatterie 400 auf oberhalb eines vorbestimmten Ladungszustands geladen wird. Die Steuereinheit 600 kann jedoch die MPPT-Steuerung der Solarbatterie 100 unter Verwendung des ersten DC-DC-Wandlers 200 nicht durchführen.
Dementsprechend erlangt die Steuereinheit 600 die Spannung V_in1A , die von dem Spannungsdetektor 11a gemessen wird, und den Strom I_in1A , der von dem Stromdetektor 10a gemessen wird, und speichert die erlangte Spannung und den erlangten Strom in der Speichereinheit 700.
Dann multipliziert die Steuereinheit 600 die Spannung V_in1A mit dem Strom I_in1A , um die Leistung P_in1A zu berechnen, und speichert die berechnete Leistung in der Speichereinheit 700.
Dann steuert die Steuereinheit 600 den zweiten DC-DC-Wandler 300 an, um eine Spannung V_in1B zu erreichen, die um einen vorbestimmten Wert ΔV größer als die Spannung V_in1A ist, führt ein Messen des Stromes I_in1B und ein Berechnen der Leistung P_in1B durch und speichert die erlangten Werte in der Speichereinheit 700.
Dann vergleicht die Steuereinheit 600 die Leistung P_in1A und die Leistung P_in1B miteinander und steuert den zweiten DC-DC-Wandler 300 an, um eine Spannung V_in1C zu erreichen, die um den vorbestimmten Wert ΔV größer als die Spannung V_in1B ist, wenn die Leistung P_in1B größer als die Leistung P_in1A ist.
Wenn andererseits die Leistung P_in1B kleiner als die Leistung P_in1A ist, steuert die Steuereinheit 600 den zweiten DC-DC-Wandler 300 an, um die Spannung V_in1A einzustellen, die um den vorbestimmten Wert ΔV kleiner als die Spannung V_in1B ist.
Diese Betriebsfolge wird durch Bewirken, dass die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₂ des zweiten DC-DC-Wandlers 300 ändert, wiederholt durchgeführt, und der Betriebspunkt der Solarbatterie 100 wird auf den MPP eingestellt.
Die Steuereinheit 600 erlangt den Ladestrom I₁ (= I_out1 - I_in2) des ersten DC-DC-Wandlers 200 in vorbestimmten Zeitintervallen.
Wenn der erlangte Ladestrom I₁ größer als 0 ist, steuert die Steuereinheit 600 den ersten DC-DC-Wandler 200 an, um die Ausgangsspannung V_out1 des ersten DC-DC-Wandlers 200 auf eine Spannung einzustellen, die um den vorbestimmten Wert ΔV kleiner als die Spannung V_out1 ist.
Wenn andererseits der erlangte Ladestrom I₁ kleiner als 0 ist, steuert die Steuereinheit 600 den ersten DC-DC-Wandler 200 an, um die Ausgangsspannung V_out1 des ersten DC-DC-Wandlers 200 auf eine Spannung einzustellen, die um den vorbestimmten Wert ΔV größer als die Spannung V_out1 ist.
Die Steuereinheit 600 steuert den ersten DC-DC-Wandler 200 in vorbestimmten Zeitintervallen, wodurch verhindert wird, dass die Speicherbatterie 400 auf oberhalb eines vorbestimmten Ladungszustands geladen wird.
Diese Betriebsfolge wird durch Bewirken durchgeführt, dass die Steuereinheit 600 das Tastverhältnis D₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200 ändert.
Die vorbestimmten Zeitintervalle, mit denen die Steuereinheit 600 den Ladestrom I₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200 erlangt, werden vorzugsweise mit den Zeitintervallen synchronisiert, mit denen das Tastverhältnis D₂ des zweiten DC-DC-Wandlers 300 geändert wird.
Die Steuereinheit 600 erlangt die Spannung V_out2 , die von dem Spannungsdetektor 11d gemessen wird, und den Strom I_out2 , der von dem Stromdetektor 10d gemessen wird, und speichert die erlangte Spannung und den erlangten Strom in der Speichereinheit 700. Die Steuereinheit 600 kann Informationen über die Spannung und den Strom, die dem Energieverbrauchsabschnitt 500 zugeführt werden, auf der Grundlage der Spannung V_out2 und des Stroms I_out2 erlangen und kann das Tastverhältnis D₂ des zweiten DC-DC-Wandlers 300 nach Bedarf ändern.
Wie es oben beschrieben wurde, ist es gemäß der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 und dem Steuerverfahren der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform möglich, den Betriebspunkt der Solarbatterie 100 sogar dann auf den MPP einzustellen, wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 angibt, gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
Während die Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 und das Steuerverfahren der Solarenergieerzeugungsvorrichtung 1 mit Bezug auf die Ausführungsform beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt und kann auf verschiedene Weise modifiziert und verbessert werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
Ein Verfahren zum Messen der Spannung E₁ der Speicherbatterie 400 und zum Vergleichen der Spannung E₁ der Speicherbatterie 400 mit dem Schwellenwert E_th wurde oben als Verfahren zum Bewirken beschrieben, dass die Steuereinheit 600 den Ladungszustand der Speicherbatterie 400 bestimmt, aber die Erfindung ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt.
Die Speicherbatterie 400 kann beispielsweise einen Spannungsdetektor aufweisen, der Innenwiderstand der Speicherbatterie 400 kann aus der Ausgangsspannung V_out1 und dem Ladestrom I₁ des ersten DC-DC-Wandlers 200 berechnet werden, und die Spannung E₁ der Speicherbatterie 400 kann anhand des Innenwiderstands und des Ladestroms I₁ vorhergesagt werden. Die Ausgangsspannung V_out1 des ersten DC-DC-Wandlers 200 kann beispielsweise anstelle der Spannung E₁ der Speicherbatterie 400 verwendet werden.
Ein Hill-Climbing-Verfahren wurde für den Betrieb in dem MPPT-Modus des DC-DC-Wandlers verwendet, aber die Erfindung ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Es kann beispielsweise ein Betrieb verwendet werden, der in der Lage ist, den MPP der Solarbatterie 100 zu verfolgen, beispielsweise ein inkrementelles Leitwertverfahren.
Es wurde ein Beispiel, bei dem ein einzelner zweiter DC-DC-Wandler 300 in Serie zwischen der Speicherbatterie 400 und dem Energieverbrauchsabschnitt 500 angeordnet ist, beschrieben, aber die Anzahl der zweiten DC-DC-Wandler 300 ist nicht auf eins beschränkt.
Es können beispielsweise mehrere zweite DC-DC-Wandler 300 parallelgeschaltet sein, und es muss nur mindestens einer der zweiten DC-DC-Wandler 300 in dem MPPT-Modus in dem zweiten Zustand S2 angesteuert werden. In diesem Fall können mehrere Lasten 520, die unterschiedliche Sollspannungen Vout aufweisen, verbunden sein.
Ähnlich wie bei dem zweiten DC-DC-Wandler 300 ist die Anzahl der ersten DC-DC-Wandler 200 nicht auf eins beschränkt. Es können beispielsweise mehrere erste DC-DC-Wandler 200 parallelgeschaltet sein. In diesem Fall können jeweils mehrere Solarbatterien 100, die unterschiedliche Ausgangsspannungen aufweisen, mit den ersten DC-DC-Wandlern 200 verbunden sein.

Claims

Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1), die aufweist: einen ersten DC-DC-Wandler (200), in den ein Ausgang einer Solarzelle (100) eingegeben wird; eine Speicherbatterie (400), in die ein Ausgang des ersten DC-DC-Wandlers (200) eingegeben wird; einen zweiten DC-DC-Wandler (300), der eine Spannung der Speicherbatterie (400) umwandelt; und eine Steuereinheit (600), die ausgelegt ist, ein Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers (200) zu ändern, um die Speicherbatterie (400) nicht zu laden, und dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (600) ausgelegt ist, ein Tastverhältnis des zweiten DC-DC-Wandlers (300) zu ändern, um einen Betriebspunkt der Solarzelle (100) auf einen maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn ein Wert, der einen Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (600) ein Steuern eines Ausgebens einer Ausgangsspannung des ersten DC-DC-Wandlers (200) durchführt, um die Speicherbatterie (400) nicht zu laden, wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (600) durch Vergleichen der Spannung der Speicherbatterie (400) mit einer Schwellenspannung bestimmt, ob der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (600) bestimmt, dass der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wenn die Spannung der Speicherbatterie (400) gleich oder größer als eine Schwellenspannung ist.
Steuerverfahren einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1) zum Durchführen eines Steuerns eines Verschiebens eines Betriebspunktes einer Solarzelle (100) auf einen maximalen Leistungspunkt, das aufweist: Überwachen eines Ladungszustands einer Speicherbatterie (400), die Energie, die von der Solarzelle (100) erzeugt wird, speichert; Ändern eines Tastverhältnisses eines ersten DC-DC-Wandlers (200), in den ein Ausgang der Solarzelle (100) eingegeben wird, um die Speicherbatterie (400) nicht zu laden, und Ändern eines Tastverhältnisses eines zweiten DC-DC-Wandlers (300), der eine Spannung der Speicherbatterie (400) umwandelt, um einen Betriebspunkt der Solarzelle (100) auf einen maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn ein Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist; und Ändern des Tastverhältnisses des ersten DC-DC-Wandlers (200), um den Betriebspunkt der Solarzelle (100) auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Steuerverfahren einer Solarenergieerzeugungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers (200) geändert wird, um den Betriebspunkt der Solarzelle (100) auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen, wenn der Wert, der den Ladungszustand der Speicherbatterie (400) angibt, kleiner als der vorbestimmte Wert ist, nachdem das Tastverhältnis des ersten DC-DC-Wandlers (200) geändert wurde, um die Speicherbatterie (400) nicht zu laden, und das Tastverhältnis des zweiten DC-DC-Wandlers (300) geändert wurde, um den Betriebspunkt der Solarzelle (100) auf den maximalen Leistungspunkt einzustellen.