JP2003195957A - 太陽光発電システム - Google Patents
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽電池特性およびポンプ等の負荷特性に依
存することなく、常に太陽光パネルの最大電力点で動作
させることができる太陽光発電システムを提供する。 【解決手段】 太陽光パネル１と、該太陽光パネル１の
出力直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動するイン
バータ２と、該インバータ２を制御する制御装置４とを
具備した太陽光発電システムにおいて、前記太陽光パネ
ル１の出力直流電力Ｐ及び電圧Ｖを計測し、該直流電力
の電力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における変化に基づい
て、前記インバータ２における出力交流電力の周波数を
増減または維持し、前記太陽光パネル１の最大電力点に
追従するように前記負荷３を可変速駆動する。
存することなく、常に太陽光パネルの最大電力点で動作
させることができる太陽光発電システムを提供する。 【解決手段】 太陽光パネル１と、該太陽光パネル１の
出力直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動するイン
バータ２と、該インバータ２を制御する制御装置４とを
具備した太陽光発電システムにおいて、前記太陽光パネ
ル１の出力直流電力Ｐ及び電圧Ｖを計測し、該直流電力
の電力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における変化に基づい
て、前記インバータ２における出力交流電力の周波数を
増減または維持し、前記太陽光パネル１の最大電力点に
追従するように前記負荷３を可変速駆動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、屋外に設置された
太陽光パネルにより一次エネルギー源としての太陽光を
直流電力に変換し、インバータを介して交流電力に変換
し、モータ等の負荷を駆動する太陽光発電システムに係
り、特に太陽光パネルを常に最大出力点で動作させるこ
とができるシステムに関する。
太陽光パネルにより一次エネルギー源としての太陽光を
直流電力に変換し、インバータを介して交流電力に変換
し、モータ等の負荷を駆動する太陽光発電システムに係
り、特に太陽光パネルを常に最大出力点で動作させるこ
とができるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、太陽光発電システムの説明図で
あり、１は太陽光パネル、２はインバータ、３は負荷と
してのモータ及びポンプである。太陽光パネル１は、太
陽光を直流電力に変換し、インバータ２によりその直流
電力を交流電力に変換し、モータ及びポンプ等の負荷３
に供給する。これにより、モータ及びポンプ等の負荷３
は太陽光をエネルギー源とした電力により可変速駆動さ
れる。
あり、１は太陽光パネル、２はインバータ、３は負荷と
してのモータ及びポンプである。太陽光パネル１は、太
陽光を直流電力に変換し、インバータ２によりその直流
電力を交流電力に変換し、モータ及びポンプ等の負荷３
に供給する。これにより、モータ及びポンプ等の負荷３
は太陽光をエネルギー源とした電力により可変速駆動さ
れる。
【０００３】まず、太陽光パネルの一般的な特性を説明
する。図９は、太陽光パネルの特性を示す図である。図
９（ａ）は太陽電池の電流―電圧特性を示している。即
ち、太陽光が入射することで、無負荷時には開放電圧Ｖ
ｏが現れ、短絡時には短絡電流Ｉｓが流れる。この曲線
は、入射光の大きさをパラメータとして図中矢印で示す
方向に変化する。入射光の大きさ、この太陽電池の基本
特性から図９（ｂ）に示す電力―電圧特性が得られる。
即ち、太陽光パネルの出力電力Ｐの大きさは出力電圧Ｖ
によって変化し、最大出力点を有する山のような曲線に
なる。また、この曲線は日射の強さ、周囲温度などによ
り変動する。図９（ｂ）に示すように、太陽光パネルの
出力電力Ｐは出力電圧Ｖに従って変化し、その最大出力
電力点は日射、周囲温度の変動に従って、点線Ａのよう
な斜めの曲線軌跡になっている。
する。図９は、太陽光パネルの特性を示す図である。図
９（ａ）は太陽電池の電流―電圧特性を示している。即
ち、太陽光が入射することで、無負荷時には開放電圧Ｖ
ｏが現れ、短絡時には短絡電流Ｉｓが流れる。この曲線
は、入射光の大きさをパラメータとして図中矢印で示す
方向に変化する。入射光の大きさ、この太陽電池の基本
特性から図９（ｂ）に示す電力―電圧特性が得られる。
即ち、太陽光パネルの出力電力Ｐの大きさは出力電圧Ｖ
によって変化し、最大出力点を有する山のような曲線に
なる。また、この曲線は日射の強さ、周囲温度などによ
り変動する。図９（ｂ）に示すように、太陽光パネルの
出力電力Ｐは出力電圧Ｖに従って変化し、その最大出力
電力点は日射、周囲温度の変動に従って、点線Ａのよう
な斜めの曲線軌跡になっている。
【０００４】高価な太陽光発電システムを有効に利用す
るために、パネル面積に限られている貴重な太陽光エネ
ルギーから最大電力を取り出せることが望ましい。その
ために、太陽光発電システムにおいては、太陽光パネル
を常に最大出力電力点で動作出来るように最大電力点追
従制御を行うことが必要となってくる。
るために、パネル面積に限られている貴重な太陽光エネ
ルギーから最大電力を取り出せることが望ましい。その
ために、太陽光発電システムにおいては、太陽光パネル
を常に最大出力電力点で動作出来るように最大電力点追
従制御を行うことが必要となってくる。
【０００５】図１０は、太陽光発電システムの負荷であ
るポンプの負荷特性を示す図である。ポンプの出力は羽
根車の回転数、すなわちモータの出力回転数に従って変
化する。インダクションモータの場合にはロータの回転
数はインバータ出力周波数に近似的に比例するが、同期
モータの場合にはインバータ出力周波数に完全に比例す
る。従って、インバータの出力周波数を制御することに
より、モータの出力を制御することができる。
るポンプの負荷特性を示す図である。ポンプの出力は羽
根車の回転数、すなわちモータの出力回転数に従って変
化する。インダクションモータの場合にはロータの回転
数はインバータ出力周波数に近似的に比例するが、同期
モータの場合にはインバータ出力周波数に完全に比例す
る。従って、インバータの出力周波数を制御することに
より、モータの出力を制御することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】負荷がモータおよびポ
ンプの場合、最大電力追従制御を行うために、インバー
タ出力周波数を制御することによって、太陽光パネル出
力電力最大点で動作するようにしなくてはならない。し
かしながら、インバータ出力周波数の制御の判断基準は
曖昧であり、また、太陽光パネルの出力特性、ポンプ負
荷特性が分からないと、制御ロジックの設計は難しい。
さらに、太陽電池特性は日射、周囲温度などの要素によ
り時々刻々変化し、ポンプ・モータの出力特性もバルブ
の閉め程度、負荷変動などによって事前に想定すること
が困難である。
ンプの場合、最大電力追従制御を行うために、インバー
タ出力周波数を制御することによって、太陽光パネル出
力電力最大点で動作するようにしなくてはならない。し
かしながら、インバータ出力周波数の制御の判断基準は
曖昧であり、また、太陽光パネルの出力特性、ポンプ負
荷特性が分からないと、制御ロジックの設計は難しい。
さらに、太陽電池特性は日射、周囲温度などの要素によ
り時々刻々変化し、ポンプ・モータの出力特性もバルブ
の閉め程度、負荷変動などによって事前に想定すること
が困難である。
【０００７】本発明は上述した課題に鑑みてなされたも
ので、太陽電池特性およびポンプ等の負荷特性に依存す
ることなく、常に太陽光パネルの最大電力点で動作させ
ることができる太陽光発電システムを提供することを目
的とする。
ので、太陽電池特性およびポンプ等の負荷特性に依存す
ることなく、常に太陽光パネルの最大電力点で動作させ
ることができる太陽光発電システムを提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、太陽光パネルと、該太陽光パネ
ルの出力直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動する
インバータと、該インバータを制御する制御装置とを具
備した太陽光発電システムにおいて、前記太陽光パネル
の出力直流電力及び電圧を計測し、該直流電力の電力―
電圧座標系における変化に基づいて、前記インバータに
おける出力交流電力の周波数を増減または維持し、前記
太陽光パネルの最大電力点に追従するように前記負荷を
可変速駆動することを特徴とするものである。
に、本発明においては、太陽光パネルと、該太陽光パネ
ルの出力直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動する
インバータと、該インバータを制御する制御装置とを具
備した太陽光発電システムにおいて、前記太陽光パネル
の出力直流電力及び電圧を計測し、該直流電力の電力―
電圧座標系における変化に基づいて、前記インバータに
おける出力交流電力の周波数を増減または維持し、前記
太陽光パネルの最大電力点に追従するように前記負荷を
可変速駆動することを特徴とするものである。
【０００９】ここで、前記太陽光パネルの電力−電圧座
標系における変化を、その方向がＩ、II、III、IV象限
とゼロとの変化軌跡ベクトルに分類し、前記インバータ
の出力周波数の増減または維持を決定することが好まし
い。また、前記太陽光パネルの電力−電圧座標系におけ
る変化は、前々回、前回および今回の３個のサンプリン
グ時の電力及び電圧から得られた２個の変化軌跡ベクト
ルの方向の組み合わせにより、前記インバータの出力周
波数の増減または維持を決定することが好ましい。
標系における変化を、その方向がＩ、II、III、IV象限
とゼロとの変化軌跡ベクトルに分類し、前記インバータ
の出力周波数の増減または維持を決定することが好まし
い。また、前記太陽光パネルの電力−電圧座標系におけ
る変化は、前々回、前回および今回の３個のサンプリン
グ時の電力及び電圧から得られた２個の変化軌跡ベクト
ルの方向の組み合わせにより、前記インバータの出力周
波数の増減または維持を決定することが好ましい。
【００１０】上述した本発明によれば、太陽光パネルの
直流電力の電力−電圧座標系における変化に基づいて、
太陽電池の動作点が最大電力点で動作するようにインバ
ータにおける出力交流電力の周波数を増減又は維持する
ものである。従って、入射光の大きさ等により太陽電池
特性が変化しても、また負荷変動により負荷の出力が変
動しても、常に安定して太陽光パネルの最大電力点で動
作させることができる。
直流電力の電力−電圧座標系における変化に基づいて、
太陽電池の動作点が最大電力点で動作するようにインバ
ータにおける出力交流電力の周波数を増減又は維持する
ものである。従って、入射光の大きさ等により太陽電池
特性が変化しても、また負荷変動により負荷の出力が変
動しても、常に安定して太陽光パネルの最大電力点で動
作させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。
て、添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】図１は、本発明の実施形態を示す構成図
で、４は制御装置であり、その他の構成要素は図８と同
じである。この制御装置４は、太陽光パネル１の出力電
流Ｉ及び出力電圧Ｖを計測し、これより出力電力Ｐを算
定する。インバータ２は、電力スイッチング素子６を備
えたアームを開閉制御することで、コンデンサ５に蓄え
られた直流電力を交流電力に変換して、モータ・ポンプ
からなる負荷３に供給する。ここで、インバータ２の電
力スイッチング素子６の開閉制御は、パルス幅変調制御
が用いられ、インバータ２は任意の周波数・電圧の交流
電力を負荷３に供給することができる。
で、４は制御装置であり、その他の構成要素は図８と同
じである。この制御装置４は、太陽光パネル１の出力電
流Ｉ及び出力電圧Ｖを計測し、これより出力電力Ｐを算
定する。インバータ２は、電力スイッチング素子６を備
えたアームを開閉制御することで、コンデンサ５に蓄え
られた直流電力を交流電力に変換して、モータ・ポンプ
からなる負荷３に供給する。ここで、インバータ２の電
力スイッチング素子６の開閉制御は、パルス幅変調制御
が用いられ、インバータ２は任意の周波数・電圧の交流
電力を負荷３に供給することができる。
【００１３】制御装置４は、マイクロプロセッサ及びメ
モリ等により構成され、上述したインバータのパルス幅
変調制御等を行うほかに、日射条件等の変動にもかかわ
らず、常に太陽光パネル出力が最大となる動作点を維持
する最大電力点追従制御手段を備えている。
モリ等により構成され、上述したインバータのパルス幅
変調制御等を行うほかに、日射条件等の変動にもかかわ
らず、常に太陽光パネル出力が最大となる動作点を維持
する最大電力点追従制御手段を備えている。
【００１４】太陽光発電システムの出力は、図１に示す
ように太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓ、インバータの
直流コンデンサ出力Ｐｃおよびモータ出力Ｐｍの３つの
部分に分けられている。基本的に太陽光パネルの太陽電
池出力Ｐｓは電力エネルギーの供給、モータ出力Ｐｍは
電力エネルギーの消費（機械動力の発生）、そしてイン
バータ直流コンデンサ出力Ｐｃは電力エネルギーの蓄積
と調節の機能を果たしており、これらの３つの部分は常
にバランスを維持している。
ように太陽光パネルの太陽電池出力Ｐｓ、インバータの
直流コンデンサ出力Ｐｃおよびモータ出力Ｐｍの３つの
部分に分けられている。基本的に太陽光パネルの太陽電
池出力Ｐｓは電力エネルギーの供給、モータ出力Ｐｍは
電力エネルギーの消費（機械動力の発生）、そしてイン
バータ直流コンデンサ出力Ｐｃは電力エネルギーの蓄積
と調節の機能を果たしており、これらの３つの部分は常
にバランスを維持している。
【００１５】最大電力点追従制御の目的は、同じ日射条
件における太陽光パネル出力を最大化することにあり、
制御の際にはこの出力Ｐｓのみに注目すればよい。太陽
光パネル出力Ｐｓはエネルギー供給源で、モータ出力Ｐ
ｍは負荷（エネルギー消費源）であるが、インバータの
直流コンデンサ出力Ｐｃは中間蓄積エネルギーとして最
大電力点追従制御に非常に重要な役割を果たしている。
太陽光発電システムの構造から、太陽光パネル１とイン
バータ２の直流コンデンサ５とはほぼ直結しており、太
陽光パネルの太陽電池出力によりインバータの直流コン
デンサ５の電圧値が変わるので、太陽光パネルの動作点
の動きは、太陽光パネル１の出力値の動きだけではな
く、インバータ２の直流コンデンサ５の電圧値の動きに
も深い関係がある。インバータ２の直流コンデンサ５の
出力Ｐｃは、コンデンサ電圧の変化に対応して、エネル
ギーを吸収または放出する。即ち、太陽光パネルの太陽
電池出力Ｐｓがモータ出力Ｐｍより大きい場合には、イ
ンバータ２の直流コンデンサ５は太陽光パネル１から電
力エネルギーを保存するので、インバータ２の直流コン
デンサの電圧は上昇する。
件における太陽光パネル出力を最大化することにあり、
制御の際にはこの出力Ｐｓのみに注目すればよい。太陽
光パネル出力Ｐｓはエネルギー供給源で、モータ出力Ｐ
ｍは負荷（エネルギー消費源）であるが、インバータの
直流コンデンサ出力Ｐｃは中間蓄積エネルギーとして最
大電力点追従制御に非常に重要な役割を果たしている。
太陽光発電システムの構造から、太陽光パネル１とイン
バータ２の直流コンデンサ５とはほぼ直結しており、太
陽光パネルの太陽電池出力によりインバータの直流コン
デンサ５の電圧値が変わるので、太陽光パネルの動作点
の動きは、太陽光パネル１の出力値の動きだけではな
く、インバータ２の直流コンデンサ５の電圧値の動きに
も深い関係がある。インバータ２の直流コンデンサ５の
出力Ｐｃは、コンデンサ電圧の変化に対応して、エネル
ギーを吸収または放出する。即ち、太陽光パネルの太陽
電池出力Ｐｓがモータ出力Ｐｍより大きい場合には、イ
ンバータ２の直流コンデンサ５は太陽光パネル１から電
力エネルギーを保存するので、インバータ２の直流コン
デンサの電圧は上昇する。
【００１６】逆の場合、すなわち太陽光パネルの太陽電
池出力Ｐｓがモータ出力Ｐｍより小さい場合には、イン
バータの直流コンデンサ出力Ｐｃはモータに対して太陽
光パネルの太陽電池出力Ｐｓの不足分を補充する。その
時にインバータの直流コンデンサの電圧は減少する。つ
まり、コンデンサに蓄積した電力エネルギーの流れ方向
がコンデンサの電圧変化の正負を決めており、また、コ
ンデンサの電圧の変化からモータ出力と太陽光パネルの
太陽電池出力との差の変化が分かる。この電力エネルギ
ーの流れ方向の変化を検出して、電力エネルギーの消費
量、即ち、モータの回転速度をインバータの指令周波数
の増減又は維持で調整することで、電力エネルギーの供
給と消費をバランスさせることができる。このバランス
点を、図９（ｂ）に示す太陽光パネルの電圧−電力特性
のピーク（最大電力点）に保持することで、日射条件等
にかかわらず常に太陽光パネルの最大電力点で運転する
ことが可能となる。
池出力Ｐｓがモータ出力Ｐｍより小さい場合には、イン
バータの直流コンデンサ出力Ｐｃはモータに対して太陽
光パネルの太陽電池出力Ｐｓの不足分を補充する。その
時にインバータの直流コンデンサの電圧は減少する。つ
まり、コンデンサに蓄積した電力エネルギーの流れ方向
がコンデンサの電圧変化の正負を決めており、また、コ
ンデンサの電圧の変化からモータ出力と太陽光パネルの
太陽電池出力との差の変化が分かる。この電力エネルギ
ーの流れ方向の変化を検出して、電力エネルギーの消費
量、即ち、モータの回転速度をインバータの指令周波数
の増減又は維持で調整することで、電力エネルギーの供
給と消費をバランスさせることができる。このバランス
点を、図９（ｂ）に示す太陽光パネルの電圧−電力特性
のピーク（最大電力点）に保持することで、日射条件等
にかかわらず常に太陽光パネルの最大電力点で運転する
ことが可能となる。
【００１７】まず，太陽光パネルの出力（Ｐ）―電圧
（Ｖ）座標系における動作の解析を行う。図２は、出力
（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における太陽光パネルの動作
点のサンプリング時の間の変化軌跡をベクトルで示した
図で、図示のように定義する。すなわち、１個の変化軌
跡ベクトルは、太陽光パネルの前回サンプリング時の動
作点を原点とし、今回サンプリング時の動作点を終点と
して表現する。変化軌跡ベクトルは、図示する８個の変
化ありのベクトルＶ１〜Ｖ８と、１個の変化なしのゼロ
ベクトルＶ０があり、各ベクトルはそれぞれの状態に対
応する。
（Ｖ）座標系における動作の解析を行う。図２は、出力
（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系における太陽光パネルの動作
点のサンプリング時の間の変化軌跡をベクトルで示した
図で、図示のように定義する。すなわち、１個の変化軌
跡ベクトルは、太陽光パネルの前回サンプリング時の動
作点を原点とし、今回サンプリング時の動作点を終点と
して表現する。変化軌跡ベクトルは、図示する８個の変
化ありのベクトルＶ１〜Ｖ８と、１個の変化なしのゼロ
ベクトルＶ０があり、各ベクトルはそれぞれの状態に対
応する。
【００１８】Ｉ象限のベクトルＶ２は、太陽光パネルの
出力電力と電圧は前回のサンプリング時に対して共に上
昇している状態を示している。このことは、負荷側の出
力状態に対して太陽光パネルには出力余裕があることを
意味している。典型的な例としては、日射量が上昇して
いる場合である。インバータ出力周波数ｆが一定でモー
タ出力Ｐｍに変化がない状態で日射量が上昇した場合、
太陽光パネル出力Ｐｓは上昇し、インバータ直流コンデ
ンサはチャージされて電圧Ｖは上昇する。
出力電力と電圧は前回のサンプリング時に対して共に上
昇している状態を示している。このことは、負荷側の出
力状態に対して太陽光パネルには出力余裕があることを
意味している。典型的な例としては、日射量が上昇して
いる場合である。インバータ出力周波数ｆが一定でモー
タ出力Ｐｍに変化がない状態で日射量が上昇した場合、
太陽光パネル出力Ｐｓは上昇し、インバータ直流コンデ
ンサはチャージされて電圧Ｖは上昇する。
【００１９】II象限のベクトルＶ４は、太陽光パネルの
出力電力は上昇しているが電圧は減少している。典型的
な例としては、山登りの状態であり、図９（ｂ）に示す
太陽光パネルの電力−電圧特性曲線の山の右側にある点
で動作する際に、日射量が一定の時にインバータ出力周
波数ｆを上げてモータを加速する場合である。この時、
モータ出力Ｐｍ及び太陽光パネル出力Ｐｓは上昇する
が、太陽電池特性により電圧は減少する。
出力電力は上昇しているが電圧は減少している。典型的
な例としては、山登りの状態であり、図９（ｂ）に示す
太陽光パネルの電力−電圧特性曲線の山の右側にある点
で動作する際に、日射量が一定の時にインバータ出力周
波数ｆを上げてモータを加速する場合である。この時、
モータ出力Ｐｍ及び太陽光パネル出力Ｐｓは上昇する
が、太陽電池特性により電圧は減少する。
【００２０】III象限のベクトルＶ６は、太陽光パネル
の出力電力と電圧は共に減少しており、太陽光パネル出
力Ｐｓはモータ出力Ｐｍより小さく、インバータ直流コ
ンデンサは放電している状態である。典型的な例として
は、日射量が低下している場合であり、インバータ出力
周波数ｆが一定でモータ出力Ｐｍに変化がない状態であ
る。日射量が低下した場合、太陽光パネル出力Ｐｓが下
がるために、インバータ直流コンデンサは貯蔵した電力
エネルギーを放出している。
の出力電力と電圧は共に減少しており、太陽光パネル出
力Ｐｓはモータ出力Ｐｍより小さく、インバータ直流コ
ンデンサは放電している状態である。典型的な例として
は、日射量が低下している場合であり、インバータ出力
周波数ｆが一定でモータ出力Ｐｍに変化がない状態であ
る。日射量が低下した場合、太陽光パネル出力Ｐｓが下
がるために、インバータ直流コンデンサは貯蔵した電力
エネルギーを放出している。
【００２１】IV象限のベクトルＶ８は、太陽光パネルの
出力電力は減少しているが電圧は上昇している。典型的
な例としては、山降りの状態であり、図９（ｂ）に示す
太陽電池特性曲線の山の右側にある点で動作する際に、
日射量が一定の時にインバータ出力周波数ｆを下げてモ
ータを減速する場合である。この時、モータ出力Ｐｍ及
び太陽光パネル出力Ｐｓは減少するが、太陽電池特性に
より電圧は上昇する。原点のゼロベクトルＶ０は、太陽
光パネル出力と電圧は共に変化していない状態である。
出力電力は減少しているが電圧は上昇している。典型的
な例としては、山降りの状態であり、図９（ｂ）に示す
太陽電池特性曲線の山の右側にある点で動作する際に、
日射量が一定の時にインバータ出力周波数ｆを下げてモ
ータを減速する場合である。この時、モータ出力Ｐｍ及
び太陽光パネル出力Ｐｓは減少するが、太陽電池特性に
より電圧は上昇する。原点のゼロベクトルＶ０は、太陽
光パネル出力と電圧は共に変化していない状態である。
【００２２】以上の解析結果から、出力（Ｐ）―電圧
（Ｖ）座標系における変化軌跡ベクトルの向きにより、
インバータの出力周波数ｆの増減又は維持を決定するこ
とが出来る。図３は、出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系に
おけるベクトルと制御すべきインバータ出力周波数との
関係を示す図である。ベクトルが図２におけるＶ２から
Ｖ４の場合およびＶ０の場合には、インバータ出力周波
数を増加（＋△ｆ）して負荷であるモータの回転数を上
げる。ベクトルがＶ２からＶ４の場合は、太陽光パネル
の出力が増大しているので、負荷の出力を増大させるこ
とで、動作点を最大電力点の方向に移動させることがで
きるからである。
（Ｖ）座標系における変化軌跡ベクトルの向きにより、
インバータの出力周波数ｆの増減又は維持を決定するこ
とが出来る。図３は、出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系に
おけるベクトルと制御すべきインバータ出力周波数との
関係を示す図である。ベクトルが図２におけるＶ２から
Ｖ４の場合およびＶ０の場合には、インバータ出力周波
数を増加（＋△ｆ）して負荷であるモータの回転数を上
げる。ベクトルがＶ２からＶ４の場合は、太陽光パネル
の出力が増大しているので、負荷の出力を増大させるこ
とで、動作点を最大電力点の方向に移動させることがで
きるからである。
【００２３】ベクトルが図２におけるＶ６およびＶ７の
場合には、インバータ出力周波数を減少（−△ｆ）して
モータの回転数を下げればよい。Ｖ６およびＶ７の場合
は、太陽光パネルの出力が減少し、電圧も減少か又は変
化なしの方向に動いているので、負荷の出力を減少させ
ることで、動作点を最大電力点の方向に移動させること
ができるからである。ベクトルが図２におけるＶ１、Ｖ
５およびＶ８の場合には、インバータ出力周波数は変化
させずにモータの回転数は現状維持とすればよい。
場合には、インバータ出力周波数を減少（−△ｆ）して
モータの回転数を下げればよい。Ｖ６およびＶ７の場合
は、太陽光パネルの出力が減少し、電圧も減少か又は変
化なしの方向に動いているので、負荷の出力を減少させ
ることで、動作点を最大電力点の方向に移動させること
ができるからである。ベクトルが図２におけるＶ１、Ｖ
５およびＶ８の場合には、インバータ出力周波数は変化
させずにモータの回転数は現状維持とすればよい。
【００２４】以上の分析により、太陽光パネルの直前の
サンプリング時の間の１個の変化軌跡ベクトルから、モ
ータの加減速を基本的に判断することができるが、実際
の場合には、日射量その他の変動により誤り判断をする
恐れがある。従って、前々回、前回および今回のサンプ
リング時の動作点により決定される２個のベクトルのパ
ターンにより、インバータ出力周波数の増減を決定して
モータの加減速の制御を行うことが好ましい。パターン
は９個のベクトルの組み合わせで８１通りがあり、事前
に決定した９×９の配列から指令値を選択して制御する
ことにより、太陽光パネルの最大電力追従制御を行うこ
とができる。
サンプリング時の間の１個の変化軌跡ベクトルから、モ
ータの加減速を基本的に判断することができるが、実際
の場合には、日射量その他の変動により誤り判断をする
恐れがある。従って、前々回、前回および今回のサンプ
リング時の動作点により決定される２個のベクトルのパ
ターンにより、インバータ出力周波数の増減を決定して
モータの加減速の制御を行うことが好ましい。パターン
は９個のベクトルの組み合わせで８１通りがあり、事前
に決定した９×９の配列から指令値を選択して制御する
ことにより、太陽光パネルの最大電力追従制御を行うこ
とができる。
【００２５】図４は、前々回、前回及び今回のサンプリ
ング時の動作点により決定される２個のベクトルの組み
合わせ及びその時のインバータ周波数の増減又は維持の
パターン例を示す。図中、実線は今回の出力（Ｐ）−電
圧（Ｖ）座標系における変化軌跡のベクトルを示し、点
線は前回のサンプリング時の変化軌跡のベクトルを示
す。このように、今回、前回、前々回の３点の情報から
２個の変化軌跡のベクトルを求め、このパターンにより
周波数の増減又は維持を決定する。即ち、図中＋ｆは周
波数を増加する場合であり、−ｆは周波数を減少させる
場合であり、０は周波数をそのまま維持する場合をそれ
ぞれ示している。このように２個のベクトルで周波数の
増減又は維持を判断することで、日射量等が変動しても
常に最大出力点の動作点を維持した運転を行うことがで
きる。
ング時の動作点により決定される２個のベクトルの組み
合わせ及びその時のインバータ周波数の増減又は維持の
パターン例を示す。図中、実線は今回の出力（Ｐ）−電
圧（Ｖ）座標系における変化軌跡のベクトルを示し、点
線は前回のサンプリング時の変化軌跡のベクトルを示
す。このように、今回、前回、前々回の３点の情報から
２個の変化軌跡のベクトルを求め、このパターンにより
周波数の増減又は維持を決定する。即ち、図中＋ｆは周
波数を増加する場合であり、−ｆは周波数を減少させる
場合であり、０は周波数をそのまま維持する場合をそれ
ぞれ示している。このように２個のベクトルで周波数の
増減又は維持を判断することで、日射量等が変動しても
常に最大出力点の動作点を維持した運転を行うことがで
きる。
【００２６】この判断の原則は、出力Ｐが上昇している
ときは、最大出力点に到達していないので、モータの周
波数を上昇させこれを加速する。そして、最大出力点に
到達した場合は、出力は変化がなく、電圧Ｖのみが減少
する。このような場合には、周波数の変化はゼロとして
現状を維持する。しかしながら、モータには慣性力があ
り、最大電力点を超えて負荷出力が増加すると、出力Ｐ
及び電圧Ｖはともに下降傾向となり、III象限に入る。
従って、このような場合にはインバータ周波数を減少さ
せ、モータを減速する。これにより、動作点が再び最大
電力点に戻される。なお、ベクトルが２回連続して下げ
ている（III象限にある）場合には、周波数の下げ幅を
通常のΔｆに対して例えば１０倍の下げ幅とする。これ
により、慣性力に対向して、迅速に最大電力点に引き戻
すことができる。なお、図４に示す組み合わせは代表例
であり、実際には８１通りの組み合わせがあることは上
述したとおりであり、各ベクトルの組み合わせに対する
周波数の増減又は維持は、それぞれ動作点が最大電力点
に固定される方向で決定する。
ときは、最大出力点に到達していないので、モータの周
波数を上昇させこれを加速する。そして、最大出力点に
到達した場合は、出力は変化がなく、電圧Ｖのみが減少
する。このような場合には、周波数の変化はゼロとして
現状を維持する。しかしながら、モータには慣性力があ
り、最大電力点を超えて負荷出力が増加すると、出力Ｐ
及び電圧Ｖはともに下降傾向となり、III象限に入る。
従って、このような場合にはインバータ周波数を減少さ
せ、モータを減速する。これにより、動作点が再び最大
電力点に戻される。なお、ベクトルが２回連続して下げ
ている（III象限にある）場合には、周波数の下げ幅を
通常のΔｆに対して例えば１０倍の下げ幅とする。これ
により、慣性力に対向して、迅速に最大電力点に引き戻
すことができる。なお、図４に示す組み合わせは代表例
であり、実際には８１通りの組み合わせがあることは上
述したとおりであり、各ベクトルの組み合わせに対する
周波数の増減又は維持は、それぞれ動作点が最大電力点
に固定される方向で決定する。
【００２７】図５は、日射一定の場合の出力（Ｐ）−電
圧（Ｖ）特性の実測データを示す。図示するように、動
作点が山の右側から山登り状態で上昇し、最大電力点
（ピーク）近傍に維持されていることが分かる。
圧（Ｖ）特性の実測データを示す。図示するように、動
作点が山の右側から山登り状態で上昇し、最大電力点
（ピーク）近傍に維持されていることが分かる。
【００２８】図６は、日射が下降した場合の実測データ
を示す。即ち、当初の特性曲線Ａの最大出力点付近に動
作点が保持されていたものが、日射量が低減すると、特
性曲線がＢに移行し、動作点はこの特性曲線Ｂの最大出
力電力点付近に保持されることが分かる。このように日
射量が変動しても、これに追従して常に最大電力点付近
に動作点を保持することができている。
を示す。即ち、当初の特性曲線Ａの最大出力点付近に動
作点が保持されていたものが、日射量が低減すると、特
性曲線がＢに移行し、動作点はこの特性曲線Ｂの最大出
力電力点付近に保持されることが分かる。このように日
射量が変動しても、これに追従して常に最大電力点付近
に動作点を保持することができている。
【００２９】図７は、他の実施例を示すもので、この場
合は日射量が上昇した場合を示す。即ち、特性曲線Ｃの
最大電力点近傍に保持されていた動作点が、日射量の増
大とともに特性曲線Ｄの最大電力点付近に移動して、そ
の位置で保持されていることが示されている。
合は日射量が上昇した場合を示す。即ち、特性曲線Ｃの
最大電力点近傍に保持されていた動作点が、日射量の増
大とともに特性曲線Ｄの最大電力点付近に移動して、そ
の位置で保持されていることが示されている。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、太
陽光パネルの特性やポンプの負荷特性に依存することな
く、太陽光パネルの出力−電圧特性における最大電力点
追従制御を行うことが可能となる。また、２個のベクト
ルを用いて制御することにより、日射量の変動に常に対
応できると共に、誤り指令の確率を大幅に下げることが
出来、速やかな且つ安定した制御を行うことが出来る。
陽光パネルの特性やポンプの負荷特性に依存することな
く、太陽光パネルの出力−電圧特性における最大電力点
追従制御を行うことが可能となる。また、２個のベクト
ルを用いて制御することにより、日射量の変動に常に対
応できると共に、誤り指令の確率を大幅に下げることが
出来、速やかな且つ安定した制御を行うことが出来る。
【図１】本発明の実施形態を示す構成図である。
【図２】太陽光パネルの出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系
における動作点の変化軌跡をベクトルで示す図である。
における動作点の変化軌跡をベクトルで示す図である。
【図３】出力（Ｐ）―電圧（Ｖ）座標系におけるベクト
ルとインバータ出力周波数の増減又は維持との関係を示
す図である。
ルとインバータ出力周波数の増減又は維持との関係を示
す図である。
【図４】２個のベクトルの組み合わせとインバータ出力
周波数の増減又は維持のパターン例を示す図である。
周波数の増減又は維持のパターン例を示す図である。
【図５】日射量が一定の場合における制御結果を示す図
である。
である。
【図６】日射量が下降した場合における制御結果を示す
図である。
図である。
【図７】日射量が上昇した場合における制御結果を示す
図である。
図である。
【図８】太陽光発電システムの説明図である。
【図９】太陽光パネルの特性を示す図である。
【図１０】ポンプの負荷特性を示す図である。
１ 太陽光パネル
２ インバータ
３ モータ・ポンプ
４ 制御装置
５ 直流コンデンサ
６ 電力スイッチング素子
フロントページの続き
(72)発明者 戴 政
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
(72)発明者 田村 博之
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
(72)発明者 石原 誠一
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
(72)発明者 佐藤 元保
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
Ｆターム(参考） 5F051 BA13 BA17 KA03
5G003 AA06 BA01 CA01 CA11 CC02
DA04 GB06
5H420 BB03 BB15 CC03 DD04 EA10
EB09 FF03 FF06 FF22
Claims (3)
- 【請求項１】 太陽光パネルと、該太陽光パネルの出力
直流電力を交流電力に変換して負荷を駆動するインバー
タと、該インバータを制御する制御装置とを具備した太
陽光発電システムにおいて、前記太陽光パネルの出力直
流電力及び電圧を計測し、該直流電力の電力―電圧座標
系における変化に基づいて、前記インバータにおける出
力交流電力の周波数を増減または維持し、前記太陽光パ
ネルの最大電力点に追従するように前記負荷を可変速駆
動することを特徴とする太陽光発電システム。 - 【請求項２】 前記太陽光パネルの電力−電圧座標系に
おける変化を、その方向がＩ、II、III、IV象限とゼロ
との変化軌跡ベクトルに分類し、前記インバータの出力
周波数の増減または維持を決定することを特徴とする請
求項１記載の太陽光発電システム。 - 【請求項３】 前記太陽光パネルの電力−電圧座標系に
おける変化は、前々回、前回および今回の３個のサンプ
リング時の電力及び電圧から得られた２個の変化軌跡ベ
クトルの方向の組み合わせにより、前記インバータの出
力周波数の増減または維持を決定することを特徴とする
請求項１記載の太陽光発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001395299A JP3733481B2 (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 太陽光発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001395299A JP3733481B2 (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 太陽光発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003195957A true JP2003195957A (ja) | 2003-07-11 |
| JP3733481B2 JP3733481B2 (ja) | 2006-01-11 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001395299A Expired - Fee Related JP3733481B2 (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 太陽光発電システム |
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| JP (1) | JP3733481B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1772322A2 (en) | 2003-07-11 | 2007-04-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Crash-safe vehicle control system |
| WO2012016285A1 (en) * | 2010-08-04 | 2012-02-09 | Kevin Stephen Davies | Solar power conversion system |
| CN102684241A (zh) * | 2011-03-16 | 2012-09-19 | 台达电子工业股份有限公司 | 太阳能逆变器和太阳能逆变器的控制方法 |
| WO2012129779A1 (zh) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | 阿特斯(中国)投资有限公司 | 光伏系统 |
| JP2012194979A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Taida Electronic Ind Co Ltd | 太陽光インバータおよび太陽光インバータを制御する方法 |
| CN104035476A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-09-10 | 西安理工大学 | 基于输出电压频率步进扰动的最大功率点跟踪方法 |
| WO2014192343A1 (ja) * | 2013-05-27 | 2014-12-04 | シャープ株式会社 | インバータ制御装置 |
| CN106194689A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-07 | 四川蜀旺新能源股份有限公司 | 一种通过变频器实现供水自动调节的光伏控制系统 |
| WO2017021379A1 (en) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Solar drive system and method for tracking the maximum power point of a photovoltaic array |
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|---|---|---|---|---|
| JP2008015899A (ja) * | 2006-07-07 | 2008-01-24 | Ebara Densan Ltd | 系統連系パワーコンディショナ |
-
2001
- 2001-12-26 JP JP2001395299A patent/JP3733481B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| EP1772322A2 (en) | 2003-07-11 | 2007-04-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Crash-safe vehicle control system |
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| CN103155171A (zh) * | 2010-08-04 | 2013-06-12 | 凯文·史蒂芬·戴维斯 | 太阳能转换系统 |
| US9531297B2 (en) | 2010-08-04 | 2016-12-27 | Kevin Stephen Davies | Solar power conversion system |
| US8823211B2 (en) | 2011-03-16 | 2014-09-02 | Delta Electronics, Inc. | Photovoltaic inverter and method for controlling photovoltaic inverter |
| CN102684241A (zh) * | 2011-03-16 | 2012-09-19 | 台达电子工业股份有限公司 | 太阳能逆变器和太阳能逆变器的控制方法 |
| JP2012194979A (ja) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Taida Electronic Ind Co Ltd | 太陽光インバータおよび太陽光インバータを制御する方法 |
| CN103222181A (zh) * | 2011-03-29 | 2013-07-24 | 阿特斯(中国)投资有限公司 | 光伏系统 |
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| WO2014192343A1 (ja) * | 2013-05-27 | 2014-12-04 | シャープ株式会社 | インバータ制御装置 |
| JP2014230453A (ja) * | 2013-05-27 | 2014-12-08 | シャープ株式会社 | インバータ制御装置 |
| CN105247779A (zh) * | 2013-05-27 | 2016-01-13 | 夏普株式会社 | 逆变器控制装置 |
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| WO2017021379A1 (en) * | 2015-07-31 | 2017-02-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Solar drive system and method for tracking the maximum power point of a photovoltaic array |
| US10581340B2 (en) | 2015-07-31 | 2020-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Solar drive system and method for tracking the maximum power point of a photovoltaic array |
| CN106194689A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-07 | 四川蜀旺新能源股份有限公司 | 一种通过变频器实现供水自动调节的光伏控制系统 |
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