JP2003216255A - 太陽光発電装置におけるコンバータ制御方法 - Google Patents

太陽光発電装置におけるコンバータ制御方法

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JP2003216255A
JP2003216255A JP2002009697A JP2002009697A JP2003216255A JP 2003216255 A JP2003216255 A JP 2003216255A JP 2002009697 A JP2002009697 A JP 2002009697A JP 2002009697 A JP2002009697 A JP 2002009697A JP 2003216255 A JP2003216255 A JP 2003216255A
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power
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Tomoya Fujinami
知也 藤濤
Shinichiro Sumiyoshi
眞一郎 住吉
Tadashi Sadahira
匡史 貞平
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽光発電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコン
バータの制御方法において、最大電力点追尾制御の追従
性と安定性を両立させる。 【解決手段】 制御部７は、スイッチング素子１１の導
通比を変更して太陽光発電装置１の最大電力点追尾制御
を行う際において、導通比変更量を動作点に応じて変更
するものであり、最大電力点追尾制御の追従性と安定性
を両立でき、またソフトだけで実現できるため安価に製
造可能となるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電装置と
接続されたＤＣ／ＤＣコンバータの制御方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術においては、太陽光発電装置
に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータの制御は所定の量だ
け導通比を変更し、最大電力点追尾を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術においては、最大電力点追尾の追従性が十分ではな
く、発電量の低下を招いていた。また、最大電力点への
収束が十分ではなく、最大電力点での動作の安定性に汎
用性に欠けるものであった。
【０００４】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子
の導通比の変更量を可変にすることによって、従来、ト
レードオフの関係であった最大電力点追尾の追従性と、
最大電力点動作時の安定性を両立させることができる太
陽光発電装置におけるコンバータ制御方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の太陽光発電装置におけるコンバータ制御方法
は、太陽光発電装置の発電電力とその変化の推移によっ
て導通比の変更量を決定しながら最大電力点追尾を行う
ものである。
【０００６】これにより、最大電力点追尾の追従性が改
善され、最大電力点での動作を従来よりも安定させるこ
とができるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、制御手
段を備え、前記制御手段は、太陽光発電装置の電圧と電
流を検知し、発電する電力が最大となるようにＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを構成するスイッチング素子の導通比を変
更する、太陽光発電装置におけるコンバータ制御方法と
することにより、太陽光発電装置の発電電力を最大とす
ることが可能となり、自然エネルギーを有効に利用する
ことが可能である。
【０００８】請求項２に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の制御手段が、導通比を変更する前と変更後の電
力を比較し、その差が所定の閾値より大の時と小の時で
導通比の変更量を異なる量にすることにより、太陽電池
の動作点が最大電力点から外れている場合の最大電力点
追尾の性能を向上させるとともに、最大電力点到達後の
安定性を確保することが可能である。
【０００９】請求項３に記載の発明は、特に、請求項２
記載の発明において、電力の差が所定の閾値より大の時
は、小の時より導通比の変更量を大とすることにより、
太陽電池の動作点が最大電力点から遠いときは導通比の
変更量を多くすることによって最大電力点追尾の追従性
を上げ、動作点が最大電力点に近くなったときには導通
比の変更量を小さくすることによって安定性を確保する
ことが可能となる。
【００１０】請求項４に記載の発明は、特に、請求項２
または３に記載の発明において、電力の差を判定する所
定の閾値は、電力の差が小さくなるにつれて減少させる
ことにより、太陽電池の動作点が最大電力点に近づくに
つれて追従性能が飽和するのを防ぎ、より高速に最大電
力点に到達することが可能となる。
【００１１】請求項５に記載の発明は、特に、請求項２
〜４のいずれか１項に記載の導通比に、上限値を設定す
ることにより、導通比が大きくなってＤＣ／ＤＣコンバ
ータを構成するパワー素子に負担がかかり、熱破壊が起
こるということなどを防止することが可能である。
【００１２】請求項６に記載の発明は、特に、請求項２
〜５のいずれか１項に記載の導通比の変更量に、上限値
を設定することにより、導通比の変更量が大きすぎるこ
とによって動作点が大きく変化し、制御が不安定になる
ことを防止することが可能である。
【００１３】請求項７に記載の発明は、特に、請求項２
〜６のいずれか１項に記載の発明において、電力の差が
減少から増加に転じた場合、導通比の変更量を初期値に
戻すことにより、太陽電池や天候に何らかの変化があ
り、太陽光発電装置の動作点が変わって最大電力点追尾
を行わなければならない場合、導通比の変更量を初期値
に戻すことによって高速な最大電力点追尾を行うことが
可能となる。
【００１４】請求項８に記載の発明は、特に、請求項２
〜６のいずれか１項に記載の導通比の変更量が増加から
減少に転じた場合、導通比の変更量増加を禁止すること
により、太陽電池の動作点が最大電力点に近づいたた
め、導通比の変更量に制限をかけることによって最大電
力点に早く到達させることができる。
【００１５】請求項９に記載の発明は、特に、請求項８
に記載の発明において、電力の差が減少し制御手段が安
定と判断した場合、導通比の変更量増加を許可すること
により、太陽電池の動作点が不安定となることを防ぐこ
とが可能となる。
【００１６】請求項１０に記載の発明は、特に、請求項
１〜９のいずれか１項に記載した制御方法の全てまたは
一部をプログラムにより実現することにより、マイコン
は勿論のことＤＳＰや汎用コンピュータを用いて容易に
実現することが可能である。また、記録媒体に記録した
り、通信回線を用いてプログラムを配信したりすること
でプログラムの配布やインストール作業が簡単に出来る
ものである。
【００１７】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００１８】図１は太陽光発電装置の最大電力点追尾制
御の構成を示すブロック図である。図１において、太陽
光発電装置１は、太陽光を受けて発電を行うものであ
る。太陽光発電装置１は太陽電池を一つまたは複数の太
陽電池からなり、太陽電池の種類としては単結晶、多結
晶、アモルファスなどがあるが、どのような種類の太陽
電池であっても良い。電圧検知部２は、太陽光発電装置
１によって発電された電圧を測定するためのものであ
る。電圧検知部２としては、抵抗分圧したものであって
も良いし、センサーであっても良い。電流検知部３は、
太陽光発電装置１によって発電された電力が負荷側に流
れたときの電流を測定するためのものである。電流検知
部３としては、シャント抵抗であっても良いし、センサ
ーであっても良い。
【００１９】入力端子４は、太陽光発電装置１によって
発電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５に供給する接
続を行うためのものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ５
は、太陽光発電装置１によって発電された電力を、負荷
に合わせた電圧に変換して出力端子６へ出力するもので
ある。制御部（制御手段）７は、電圧検知部２の検出電
圧と電流検知部３の検出電流に基づき、太陽光発電装置
１によって発電された電力を演算し、その電力が太陽光
発電装置１の最大電力点となるようにＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５を制御するものである。制御部７としては、ＩＣ
やマイコンは勿論のことＤＳＰや汎用コンピュータなど
であっても良い。また、そうすることによって容易に実
現することが可能で修正も容易である。また、記録媒体
に記録したり、通信回線を用いてプログラムを配信した
りすることでプログラムの配布やインストール作業が出
来るようにしても良い。
【００２０】記憶部８は、制御部７によって太陽光発電
装置１の最大電力点追尾に必要な情報を格納するもので
ある。記憶部８はＲＯＭであっても良いしＲＡＭであっ
ても良い。また、フラッシュＲＯＭのような書換の可能
なＲＯＭであっても良い。
【００２１】図２はＤＣ／ＤＣコンバータ５の基本的な
回路図である。図２において、入力平滑コンデンサ９
は、入力端子４からきた入力波形を平滑するものであ
る。またコイル１０は、入力端子４より供給されたエネ
ルギーを一時的に蓄えておくものである。スイッチング
素子１１は、供給された電力を制御するものである。出
力平滑コンデンサ１２は、出力波形を平滑するものであ
る。出力端子６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力を出
すためのものである。出力平滑コンデンサ１２は、出力
波形を平滑するものである。出力端子６はＤＣ／ＤＣコ
ンバータ５の出力を出すためのものであって、負荷側と
接続することによって負荷に電力が供給されるものであ
る。図２は図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ５の基本
的な回路図であるが、これ以外の構成であっても良い。
【００２２】ここで、簡単にＤＣ／ＤＣコンバータ５の
動作原理を説明すると、スイッチング素子１１がオンの
状態、つまり導通状態にあるとき、入力端子４から供給
される電力はコイル１０に一時的に蓄えられる。その
後、スイッチング素子１１がオフの状態、つまり開放状
態にあるとき、コイル１０に一時的に蓄えられていた電
力は放出され、出力平滑コンデンサ１２に蓄えられる。
この動作を繰り返すことによって、入力端子４に接続さ
れた電力供給源の電圧は、スイッチング素子１１の導通
比に応じた昇圧比で昇圧され、出力端子６に出てくるも
のである。
【００２３】図３は太陽電池の一般的な電気出力特性を
示すものであり、図３に示すとおり、太陽光発電装置の
動作点が変動する。解放時の動作点は開放端電圧(電流
は零)となる。太陽光発電装置をＤＣ／ＤＣコンバータ
５と接続し、スイッチング素子１１の導通比を大きくし
ていくと電圧は降下し、電流は上昇して動作点が移動す
る。逆に導通比を小さくすると電圧は上昇し、電流が減
少する。
【００２４】それぞれの勲作点における電力は一定では
ないため、最大電力となる点が存在する。したがって、
このように動作点を変動して行き、最大電力点で動作す
るように制絢することによって、太陽電池の能力を最大
限に引き出すことが可能となる(このような制御を最大
電力点追尾制御という)。
【００２５】このような最大電力点追尾制御の性能を判
断する指標としては、追従性（最大電力点に到達する性
能）と安定性（電力の変動量）がある。これらは規格等
で決められているものではないものの、発電量に関係す
るものであるため機器全体の性能を左右するものとな
る。
【００２６】追従性の性能を上げるためには導通比の変
更量を大きくすることによってほぼ実現することが可能
であるが、動作点が最大電力点付近まで到達しても最大
電力点に収束せず、安定性に欠けるものとなる。逆に導
通比の変更量を小さくすると最大電力点での安定性が上
がるものの、追従性が劣るものとなる。したがって、追
従性と安定性を両立させるためには動作点が最大電力点
に近いときは安定性を重視し、遠い場合は追従性を重視
するような制御方法であることが望ましい。それを制御
部７によって最適な導通比でスイッチングを行うための
導通比計算を行い、その結果に基づいてスイッチング素
子１１のオンオフの制御を行うものである。
【００２７】上記の内容を、図４のフローチャートを元
に説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御開始時の導
通比は零とし、導通比変更量は初期値とする。入力端子
４には電力を供給されていない状態とする(ＳＴＥＰ
１)。この状態から制御を開始する(ＳＴＥＰ２)。制御
部７によってスイッチング素子１１の導通比を大きくし
(ＳＴＥＰ３)、その際の入力端子４の電圧を電圧検知部
２、電流を電流検知部３によって検出し(ＳＴＥＰ４)、
制御部７に取り込まれる。制御部７に取り込まれたデー
タは、制御部７内で演算して電力値として記憶部８に記
憶される(ＳＴＥＰ５)。前回の電力値と現在の電力差を
計算し、記憶部８に記憶される（ＳＴＥＰ６）。このと
き、ＳＴＥＰ５とＳＴＥＰ６で記憶される値には相関が
あるため、どちらか一方のみを記憶しても良い。以下の
制御で必要なデータは、現在の電力、前回の電力、電力
あるいは電力差の推移データであるため、制御部７で都
度演算すればそれらの値を算出できるため、記憶部８の
容量が小さい場合でも実現が可能である。
【００２８】これらの制御を数回繰り返し、太陽光発電
装置１の発電電力推移を記憶部８に記憶していく。
【００２９】制御部７は記憶部８に記憶された電力差よ
り、動作点の安定性を判定する（ＳＴＥＰ７）。安定性
の判定方法としては、電力差の推移データを読込、電力
差が減少あるいは電力差の絶対値が十分に小さくなって
いるかどうかで判定が可能である。
【００３０】ＳＴＥＰ７で不安定と判断された場合、現
在の電力差と前回の電力差とを比較し（ＳＴＥＰ８）、
現在の電力差の方が大きい場合は導通比変更量を初期値
にリセットする（ＳＴＥＰ９）。これは、太陽光発電装
置１の動作点が移動したために最大電力点から遠くなっ
たことを意味する。したがって、追従性を上げるために
導通比変更量を初期値として導通比変更量を大とするも
のである。また、同時に閾値を初期値にリセットしても
良い。
【００３１】制御部７は記憶部８から閾値を読み出し、
電力差と比較を行う（ＳＴＥＰ１０）。電力差が閾値以
下の場合、導通比変更量は減少させる（ＳＴＥＰ１
１）。つまり、電力差が小さい場合であり、これは動作
点が最大電力点に近いことを意味するので、安定度を上
げるために導通比変更量を少なくする。
【００３２】逆に、ＳＴＥＰ１０で電力差が閾値以上あ
る場合は動作点が最大電力点よりも離れているときであ
るため、導通比変更量を増加させる（ＳＴＥＰ１２）こ
とによって追従性を上げる作用となる。
【００３３】ＳＴＥＰ１２の後、導通比変更量が導通比
変更量の上限値に達していないかを比較し（ＳＴＥＰ１
３）、上限値を超えている場合には上限値に固定する
（ＳＴＥＰ１４）。これは、導通比変更量が大きすぎる
ことによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の動作が不安定
になることを防ぐためである。
【００３４】そして、制御部７は記憶部８より閾値テー
ブルを読込、閾値を変更する（ＳＴＥＰ１５）。これに
より、太陽電池の動作点が最大電力点に近づくにつれて
追従性能が飽和するのを防ぎ、より高速に最大電力点に
到達することが可能となる。
【００３５】その後、現在の電力と前回の電力を比較
し、現在の電力の方が大きい場合には前回行った導通比
の変更と同じ変更、つまり導通比を上げて現在の電力と
なった場合には導通比を上げる、導通比を下げることに
よって現在の電力となった場合には導通比を下げる（Ｓ
ＴＥＰ１６）。
【００３６】逆に、現在の電力と前回の電力を比較し、
現在の電力の方が小さい場合には前回行った導通比の変
更と逆の変更、つまり導通比を上げて現在の電力となっ
た場合には導通比を下げる、導通比を下げることによっ
て現在の電力となった場合には導通比を上げる（ＳＴＥ
Ｐ１７）。
【００３７】このような導通比の変更によって太陽光発
電装置１の動作点は最大電力点に近づいていく。ＳＴＥ
Ｐ１６とＳＴＥＰ１７における導通比変更量はＳＴＥＰ
１５までで調整済みであるため、動作点が高速に最大電
力点を追尾することが可能であり、さらに最大電力点付
近での動作点の安定性も可能となるものである。
【００３８】また、本発明の実施例における制御機能の
全てまたは一部は、プログラムにより実現されるもので
あって、その手順は図４に示したフローチャートで示し
たとおりである。この際、導通比や導通比変更量の設
定、電力や導通比変更量の記憶、電力値の計算は制御部
７によって行われる。また、入力電圧の測定は、電圧検
知部２で得られたデータを制御部７によって受信する事
で実現される。そして、上記プログラムは、マイコンは
勿論のことＤＳＰや汎用コンピュータを用いて容易に実
現することが可能である。また、記録媒体に記録した'
り、通信回線を用いてプログラムを配信したりすること
でプログラムの配布やインストール作業が簡単に出来る
ものである。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、太陽光発
電装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを構成するス
イッチング素子の導通比を制御方法する方法において、
最大電力点追尾制御の２つの課題である追従性と安定性
を両立させる導通比変更量の演算を追加し、最大電力点
追尾の追従性と最大電力点付近の安定性を両立させるも
のであり、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチン
グ素子の導通比の制御だけで実現し、安価な構成で実現
することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における太陽光発電装置の最
大電力点追尾制御の構成ブロック図
【図２】図１におけるＤＣ／ＤＣコンバータの基本的な
回路図
【図３】太陽電池の一般的な電気出力特性図
【図４】本発明の一実施例の太陽光発電装置におけるコ
ンバータ制御方法のフローチャート
【符号の説明】
１ 太陽光発電装置電力供給源 ２ 電圧検知部 ３ 電流検知部 ４ 入力端子 ５ ＤＣ／ＤＣコンバータ ６ 出力端子 ７ 制御部 ８ 記憶部 ９ 入力平滑コンデンサ １０ コイル １１ スイッチング素子 １２ 出力平滑コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 貞平 匡史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H420 BB03 BB14 CC03 DD02 EA11 EA39 EB09 EB37 FF03 FF04 FF24 5H730 AS04 BB14 DD02 FD11 FD41 FG05

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御手段を備え、前記制御手段は、太陽
    光発電装置の電圧と電流を検知し、発電する電力が最大
    となるようにＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチ
    ング素子の導通比を変更する、太陽光発電装置における
    コンバータ制御方法。
  2. 【請求項２】 制御手段は導通比を変更する前と変更後
    の電力を比較し、その差が所定の閾値より大の時と小の
    時で導通比の変更量を異なる量にすることを特長とする
    請求項１に記載の太陽光発電装置におけるコンバータ制
    御方法。
  3. 【請求項３】 電力の差が所定の閾値より大の時は、小
    の時より導通比の変更量を大とすることを特長とする請
    求項２に記載の太陽光発電装置におけるコンバータ制御
    方法。
  4. 【請求項４】 電力の差を判定する所定の閾値は、電力
    の差が小さくなるにつれて減少させることを特長とする
    請求項２または３に記載の太陽光発電装置におけるコン
    バータ制御方法。
  5. 【請求項５】 導通比に上限値を設定することを特長と
    する請求項２〜４のいずれか１項に記載の太陽光発電装
    置におけるコンバータ制御方法。
  6. 【請求項６】 導通比の変更量に上限値を設定すること
    を特長とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の太陽
    光発電装置におけるコンバータ制御方法。
  7. 【請求項７】 電力の差が減少から増加に転じた場合、
    導通比の変更量を初期値に戻すことを特長とする請求項
    ２〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電装置における
    コンバータ制御方法。
  8. 【請求項８】 導通比の変更量が増加から減少に転じた
    場合、導通比の変更量増加を禁止することを特長とする
    請求項２〜６のいずれか１項に記載の太陽光発電装置に
    おけるコンバータ制御方法。
  9. 【請求項９】 電力の差が減少し制御手段が安定と判断
    した場合、導通比の変更量増加を許可することを特長と
    する請求項８に記載の太陽光発電装置におけるコンバー
    タ制御方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項に記載し
    た制御方法の全てまたは一部をプログラムにより実現し
    た太陽光発電装置におけるコンバータ制御方法。
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