JP2012028435A - 太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】部分陰により電力―電圧特性に極大値が複数発生している場合であっても最大電力点で太陽電池を動作させる制御を電力効率よく低コストで行う。
【解決手段】ＭＰＰ比較部１４は、ＭＰＰＴ制御部１２が山登り法から算出したＭＰＰデータとＭＰＰ算出部１３が算出した日射分布データと温度データに基づいたＭＰＰデータの差分を比較し、その差分がしきい値αよりも小の場合、太陽電池アレイのばらつきの範囲内とし、しきい値αよりも大の場合、太陽電池アレイに部分陰がかかっていると判定する。ＭＰＰ比較部１５は、ＭＰＰ算出部１３のＭＰＰデータ履歴データとの差分を比較し、差分が小の場合、太陽電池アレイに部分陰がかかっていると判定し、しきい値βよりも大の場合、異常とする。ＭＰＰ選択部１７は、ＭＰＰ比較部１４とＭＰＰ比較部１５の判定に応じて、制御部１２、算出部１３、制御部１６のいずれかのＭＰＰデータを選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池を用いた太陽光発電の制御技術に関し、特に、太陽電池を最大電力点で動作させる制御に有効な技術に関する。

太陽光発電システムは、たとえば、電圧検出回路と電流検出回路によって検出された電圧情報と電流情報をもとに、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作におけるオンとオフ比である通流率を可変することによって太陽電池アレイの出力を制御する。太陽電池パネルからの出力はＤＣであるため、ＤＣ／ＡＣインバータ回路を介して、商用の系統電源に接続するものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

この種の太陽光発電システムにおいて、高効率な電力を得る技術としては、たとえば、山登り法と呼ばれるＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ：最大電力点追従）制御技術が一般的に知られている。

図９は、山登り法における制御技術の概念を示した説明図である。

まず、初期の太陽電池アレイ特性の出力設定値として、ＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ、太陽電池アレイの出力電圧Ｖａを測定する。同時に、出力電圧Ｖａにおける太陽電池パネルの出力電流を測定する。

そして、出力電圧Ｖａと出力電流とを乗算することで太陽電池パネルの出力電力Ｐａを算出し、メモリに記憶させる。次に、出力電圧が電圧Ｖａより所定量大きい電圧ＶｂになるようにＤＣ／ＤＣコンバータを動作させ、同様に出力電力Ｐｂの算出を行う。

さらに、記憶させた出力電力Ｐａと出力電力Ｐｂとを比較し、出力電力Ｐａよりも出力電力Ｐｂの方が大きい値であれば、出力電圧Ｖｂより所定量大きい電圧になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる。

なお、図９において、出力電力Ｐｃと出力電力Ｐｄの関係のように、比較結果が逆の場合は、出力電圧Ｖｃより所定量小さい電圧になるようにＤＣ／ＤＣコンバータを動作させる。

これらの一連の動作は、ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を可変することで、ＭＰＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ）:Ｖｍｐｐをトラッキングしており、その様子から山登り法と呼ばれている。山登り法は簡単で扱いやすいアルゴリズムであるため、現在、太陽光発電システムにおいて、最も多く用いられている方法である。

ここで、太陽電池アレイに部分的な陰がかかると、図１０に示すように、太陽電池の電力−電圧特性が変化し、複数の極大値を持つ場合がある。

以下、この理由について説明する。

図１１において、太陽電池アレイ１００は、太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４が直列に接続されている構成（ストリング）からなり、太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２には影はなく、太陽電池モジュールＭ３，Ｍ４に影がかかっている状態とする。なお、太陽電池アレイ１００は、実際には複数のストリングから構成されることが一般的であるが、説明を簡略化するため、ここでは１本のストリングとしている。

また、図１２は、各太陽電池モジュールの電流−電圧特性を示す説明図であり、図１３は、太陽電池アレイ１００の電流−電圧特性を示す説明図である。

まず、図１１に示す通り、全ての太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４には、バイパス用のダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されている。もし、太陽電池モジュールＭ１〜Ｍ４に所定以上の出力電流が流れると、これらのダイオードに逆バイアス（バイパス用のダイオードＤ１〜Ｄ４にとっての順バイアス）が印加されてダイオードＤ１〜Ｄ４がＯＮとなり、抵抗成分がほぼ０となる。この結果、図１２に示すように、所定の出力電流以上の場合は出力電圧がほぼ０となる。

次に、影がかかっていない太陽電池モジュールＭ１，Ｍ２と、影がかかっている太陽電池モジュールＭ３，Ｍ４とでは、電流−電圧特性が異なるため、バイパス用のダイオードＤ１〜Ｄ４がＯＮとなる条件に差が生じる。

このため、たとえば、図１３に示すように、出力電流が所定の値（Ｉａ）を超えたときに太陽電池モジュールＭ３，Ｍ４のダイオードＤ３，Ｄ４のみがＯＮとなると想定すると、その点（図１３の点Ａ）において不連続な電流−電圧特性を示すことになる。

この結果、電力−電圧特性は、図１０で示した複数の極大値を持つ特性となる。この場合、山登り法では、図１０における出力電圧Ｖｅ，Ｖｆ付近の比較演算に陥る場合があり、出力電力の少ない方の極大値が動作点となるため電力効率が落ちる可能性がある。

以上で詳述した通り、山登り法では、電力−電圧特性が複数の極大値を持つ場合に、最大電力で動作させられない場合がある。このため、山登り法以外にも多くのＭＰＰＴ制御アルゴリズムが提案されている。

たとえば、最適化問題である遺伝的アルゴリズムを適用したＭＰＰＴ制御法（特許文献２参照）や、フィボナッチ探索を利用して、山登り法の探索幅を可変としたＭＰＰＴ制御技術などがある（たとえば、非特許文献１参照）。

一方、上述した特許文献１では、太陽電池モジュール毎にＭＰＰＴ制御することによって、不均一日射条件下でも常に最大効率を得る技術が開示されている。さらに、典型的な不具合に対応する電流−電圧特性の基準特性を予め複数用意しておき、これらと計測した各種データから換算される特性とを比較することで、部分陰がかかった場合の特性を再現する技術などがある（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００７―５８８４５号公報 特開２００６―１０７４２５号公報 特開２００７―３１１４８７号公報

International Power Electronics Conference (ICPE'０１), p.p.６２２-６２５

ところが、上記のような 太陽電池アレイにおける出力制御技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。

すなわち、特許文献２や非特許文献１のように、遺伝的アルゴリズムやフィボナッチ探索などの最適化問題を適用したＭＰＰＴ制御では、広範囲の動作電圧における出力電力を何度も取得する。このため、最大電力点以外での動作が多くなり、その間の出力電圧の効率低下につながってしまうという問題がある。

また、特許文献１のように、太陽電池モジュール毎にＭＰＰＴ制御を行う技術では、太陽電池モジュール毎に回路を設けるため、コストが高くなるという問題がある。さらに、特許文献３のように各種計測手段を設ける技術は、特許文献１と同様にコストが高くなるという課題がある。

本発明の目的は、部品コストの増大を抑えつつ、より電力効率の良好な太陽電池の制御を実現することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明は、太陽電池と、設定最大電力点データを出力する最大電力点選択部と、該最大電力点選択部が出力した設定最大電力点データに基づいて、太陽電池の出力電圧を変圧して出力すると共に、太陽電池の出力電流と出力電圧を検出する最大電力点設定部と、太陽電池の出力電流と出力電圧とをフィードバックして太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を追従し、第１の最大電力点データとして出力する第１の最大電力点追従制御部と、気象データ、日射角度データ、時刻データ、および周辺物体データに基づいて、太陽電池に与えられる日射量を演算し、日射分布データとして出力する日射分布解析部と、該日射分布解析部から出力された日射分布データ、および温度データに基づいて、太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を演算し、第２の最大電力点データとして出力する最大電力点算出部と、最大電力点選択部から出力される設定最大電力点データを記憶し、時刻データ、気象データ、および選択条件に基づいて、記録された設定最大電力点データの中から第３の最大電力点データを選択して出力する履歴記録部と、第１の最大電力点追従制御部と異なるアルゴリズムで太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を追従し、第４の最大電力点データとして出力する第２の最大電力点追従制御部とを備え、最大電力点選択部は、第１の最大電力点データと第２の最大電力点データとを比較し、その差分が第１のしきい値よりも小さい場合に第１の最大電力点データを選択し、第１のしきい値よりも大きい場合、第２の最大電力点データと第３の最大電力点データとを比較し、その差分が第２のしきい値よりも小さい場合に第２の最大電力点データを選択し、第２のしきい値よりも大きい場合は、第４の最大電力点データを選択して、設定最大電力点データとして出力するものである。

また、本発明は、前記最大電力点選択部が、第２の最大電力点データと第３の最大電力点データとを比較し、その差分が第１のしきい値よりも小さい場合、第１の最大電力点データを選択して設定最大電力点データとして出力するとともに、任意の期間毎に第１の最大電力点データの代わりとして第２の最大電力点データを選択して設定最大電力点データとして出力し、第１のしきい値よりも大きい場合は、第４の最大電力点データを選択し、設定最大電力点データとして出力するものである。

さらに、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。

本発明は、太陽電池と、設定最大電力点データを出力する最大電力点選択部と、該最大電力点選択部が出力した設定最大電力点データに基づいて、太陽電池の出力電圧を変圧して出力すると共に、太陽電池の出力電流と出力電圧を検出する最大電力点設定部と、出力電流と出力電圧をフィードバックして太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を追従し、第１の最大電力点データとして出力する最大電力点制御部と、気象データ、日射角度データ、時刻データ、および周辺物体データに基づいて、太陽電池に与えられる日射量を演算し、日射分布データとして出力する日射分布解析部と、日射分布データ、および温度データに基づいて、太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を演算し、第２の最大電力点データとして出力する最大電力点算出部とを備え、最大電力点選択部は、任意の間隔で第１の最大電力点データを選択して設定最大電力点データとして出力するとともに、任意の周期毎に第１の最大電力点データの代わりとして第２の最大電力点データを選択して設定最大電力点データとして出力するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）太陽光発電システムにおける部品コストの増大を抑えることができる。

（２）電力効率を大幅に向上させることのできる太陽電池の制御を実現することができる。

本発明の実施の形態１による太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。 図１の太陽光発電システムに設けられたＭＰＰ解析部の構成の一例を示したブロック図である。 図２のＭＰＰ解析部に設けられた一方のＭＰＰ比較部の動作の一例を示す説明図である。 図２のＭＰＰ解析部に設けられた他方のＭＰＰ比較部の動作の一例を示す説明図である。 図２のＭＰＰ解析部に設けられたＭＰＰ選択部の動作の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２による太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。 図６の太陽光発電システムに設けられたＭＰＰ解析部の構成の一例を示したブロック図である。 本発明の実施の形態３による太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明者が検討した山登り法によるＭＰＰＴ制御の一例を示す説明図である。 本発明者が検討した太陽電池に部分陰がかかった場合の山登り法によるＭＰＰＴ制御の一例を示す説明図である。 太陽電池アレイに部分陰がかかった場合の模式図である。 陰がかかっている太陽電池モジュールと陰がかかっていない太陽電池モジュールの電流―電圧特性の違いを示す説明図である。 部分陰がかかっている場合の太陽電池アレイの電流―電圧特性を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図、図２は、図１の太陽光発電システムに設けられたＭＰＰ解析部の構成の一例を示したブロック図、図３は、図２のＭＰＰ解析部に設けられた一方のＭＰＰ比較部の動作の一例を示す説明図、図４は、図２のＭＰＰ解析部に設けられた他方のＭＰＰ比較部の動作の一例を示す説明図、図５は、図２のＭＰＰ解析部に設けられたＭＰＰ選択部の動作の一例を示す説明図である。

本実施の形態１において、太陽光発電システム１は、図１に示すように、ＭＰＰ制御手段２、太陽電池部３、および表示部４から構成されている。

ＭＰＰ制御手段２は、条件記憶部５、履歴記憶部６、日射分布解析部７、ならびにＭＰＰ解析部８から構成されている。また、太陽電池部３は、太陽電池アレイ９、ＭＰＰ設定部１０、および温度計測部１１から構成されている。

太陽電池である太陽電池アレイ９は、複数の太陽電池モジュール９ａがアレイ状に配置されたものであり、ここでは、４個の太陽電池モジュール９ａを直列に接続して１つのストリングが形成されており、４つの該ストリングを並列接続した構成からなる。この太陽電池アレイ９の出力は、最大電力点設定部となるＭＰＰ設定部１０に出力される。

ＭＰＰ制御手段２において、条件記憶部５は、外部入力される条件データが入力されるように接続されており、この条件データをデータベース化して記憶する。条件データの内容は、太陽電池アレイ９に部分陰がかかる要因となる情報であり、たとえば、当該場所の時間毎の日射角度データ、周辺物体（建物など）の形状、および高さなどからなる周辺物体データの情報である。

そして、条件記憶部５は、外部から入力される時刻データに基づいて、現在の日射角度データと、周辺物体データとを日射分布解析部７に出力する。

履歴記憶部６は、ＭＰＰ解析部８から出力されるＭＰＰ（最大電力点：Maximum Power Point)データと外部入力される気象データとをデータベース化して記憶し、外部から入力される時刻データと気象データに基づき、現在の条件に最も近いＭＰＰデータを抽出して出力する。

ＭＰＰデータの抽出方法としては、天候が同じであれば過去の同日、同時刻のＭＰＰデータが最適であるが、そうでない場合は、天候が同じで同日に最も近い日のＭＰＰデータを抽出するなどが考えられる。なお、後に詳細を説明するが、履歴記憶部６は、ＭＰＰ解析部８から出力される履歴イネーブルにより、ＭＰＰデータを履歴として記録するか否かを決定する。

日射分布解析部７は、条件記憶部５から出力される現在の条件データ（日射角度データ、および周辺物体データ）と、外部から入力される気象データに基づき、太陽電池アレイ９の日射分布を計算して出力する。

ここで、日射分布とは、たとえば、太陽電池アレイ９を構成する太陽電池モジュール９ａ毎の日射量である。なお、気象データとは、たとえば、太陽電池アレイ９が設置されている地域の日射情報である。

ＭＰＰ解析部８は、ＭＰＰ設定部１０から出力される電流・電圧データ、日射分布解析部７から出力される日射分布データ、温度計測部１１から送られる温度データ、履歴記憶部６から出力される履歴データに基づき、最大電力点を解析して出力する。

これに加え、太陽電池アレイ９が部分陰以外の原因で出力が低下している場合には、その情報を異常検出データに反映させて出力する。なお、ＭＰＰ解析部８の構成と動作については、後に図２〜図５を用いて詳細を説明する。

ＭＰＰ設定部１０は、太陽電池アレイ９の出力を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵し、ＭＰＰ解析部８から出力される設定ＭＰＰデータに従い、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作におけるオンとオフ比である通流率を設定し、太陽電池部３の発電電力を制御して出力する。このＭＰＰ設定部１０の出力部には、たとえば、負荷が接続されることになる。

なお、設定ＭＰＰデータの内容は、たとえば、出力電圧データであり、出力電圧データから通流率への変換は、テーブルなどによって実施される。さらに、ＭＰＰ設定部１０は設定した通流率における出力電流と出力電圧を計測し、電流・電圧データとして出力する。

温度計測部１１は、現在の太陽電池アレイ９の温度を測定し、温度データとして出力する。表示部４は、ＭＰＰ解析部８から出力される異常検出データに基づき、任意の表示を行う。

たとえば、異常検出データが正常を示すデータ（たとえば、Ｌｏ信号）が入力されている際には「正常に稼働しています」などを表示し、異常検出データが異常を示すデータ（たとえば、Ｈｉ信号）が入力された際には、「異常が検出されました」などの表示を行うことで、ユーザに稼動状況を知らせる。

この異常データによる警告は、表示部４による表示以外であってもよく、たとえば、ブザーや音声などによって異常を知らせたり、異常の表示とブザーや音声などの両方によって異常を知らせるようにしてもよい。

次に、ＭＰＰ解析部８の構成、および動作について、図２〜図５を用いて説明する。

図２は、ＭＰＰ解析部８の構成の一例を示したブロック図である。

ＭＰＰ解析部８は、図示するように、ＭＰＰＴ制御部１２、ＭＰＰ算出部１３、ＭＰＰ比較部１４、ＭＰＰ比較部１５、ＭＰＰＴ制御部１６、およびＭＰＰ選択部１７から構成されている。

最大電力点追従制御部であるＭＰＰＴ制御部１２は、ＭＰＰ設定部１０（図１）から出力される電流・電圧データに基づいて、先に述べた山登り法を用いたＭＰＰＴを実施し、ＭＰＰデータを出力する。

最大電力点算出部であるＭＰＰ算出部１３は、日射分布解析部７（図１）から出力される日射分布データと、温度計測部１１から出力される温度データに基づいて、ＭＰＰデータを算出する。

ここで、ＭＰＰの具体的な算出方法について説明する。

各太陽電池モジュールの出力電流Ｉは、式（１）と式（２）により算出することができる。

式（１）、式（２）において、ボルツマン定数ｋ、素荷量ｑ、およびエネルギギャップＥｇは一定値であり、接合定数ｎ、ならびに飽和電流の温度係数Ｃｏは、太陽電池モジュールのデバイスパラメータとして管理される値である。

また、直列抵抗Ｒｓは、太陽電池セルの測定により判明する値である。これらのパラメータと、太陽電池デバイスの静特性（開放電圧、短絡電流、ＭＰＰ時の出力電流、出力電圧）を基に、連立方程式を解くことで、漏れ電流Ｉｓｈを求めることができる。

したがって、式（１）は、出力電流Ｉ、日射量に比例した電流Ｉｐｈ、出力電圧Ｖ、ならびに温度Ｔをパラメータとした式で表すことができる。なお、接合定数ｎ、飽和電流の温度係数Ｃｏなど太陽電池のデバイス特性で不明なものがある場合でも、ニュートン法などを適用することで、式（１）を出力電流Ｉ、日射量に比例した電流Ｉｐｈ、出力電圧Ｖ、および温度Ｔをパラメータとした式で表すことができる。

以上のことから、日射データと温度データが分かれば、式（１）は、出力電流Ｉと出力電圧Ｖのみの関数で表現することができる。よって、出力電流Ｉと出力電圧ＶをパラメータにしてＭＰＰを算出することが可能である。

なお、ストリングの解析に関しては，各太陽電池モジュールに流れる電流Ｉは共通であるので、電流Ｉが流れている状態の各太陽電池モジュールの出力電圧を式（１）から求め、これらを合計すればよい。同様な考え方により、太陽電池アレイ９の解析も可能である。

図２において、最大電力点選択部を構成するＭＰＰ比較部１４は、ＭＰＰＴ制御部１２とＭＰＰ算出部１３からそれぞれ出力されるＭＰＰデータの差分を比較し、その比較結果を出力する。たとえば、図３に示すように、上記した差分の絶対値があるしきい値：α（第１のしきい値）よりも小の場合、太陽電池アレイ９のばらつきの範囲内と判定し、比較一致を意味する“Ｌｏ信号”を出力する。

一方、上記した差分の絶対値がしきい値：αよりも大の場合、太陽電池アレイ９に部分陰がかかっているか、あるいは異常が発生していると判定し、比較不一致を意味する“Ｈｉ信号”を出力する。

最大電力点選択部を構成するＭＰＰ比較部１５は、ＭＰＰ算出部１３から出力されるＭＰＰデータと履歴データとの差分を比較し、その比較結果を出力する。たとえば、図４に示すように、ＭＰＰ比較部１４から出力される信号が“Ｈｉ信号”の状態において、上記した差分の絶対値があるしきい値：β（第２のしきい値）よりも小の場合、太陽電池アレイ９に部分陰がかかっていると判定し、比較一致を意味する“Ｌｏ信号”を出力する。

一方、上記した差分の絶対値がしきい値：βよりも大の場合、異常が発生していると判定し、比較不一致を意味する“Ｈｉ信号”を出力する。なお、ＭＰＰ比較部１４が“Ｌｏ信号”を出力する状態においては、正常動作状態であるため、ＭＰＰ比較部１５は動作を停止する。

最大電力点追従制御部であるＭＰＰＴ制御部１６は、ＭＰＰ比較部１５の出力が“Ｈｉ信号”の時、すなわちＭＰＰ算出部１３においても、解析困難な、異常動作状態の時のみに動作する。この際、ＭＰＰＴ制御部１６は、ＭＰＰ設定部１０（図１）から出力される電流・電圧データに基づき、先に述べた遺伝的アルゴリズム、あるいはフィボナッチ探索法を用いたＭＰＰＴを実施し、ＭＰＰデータを出力する。

最大電力点選択部を構成するＭＰＰ選択部１７は、上記した各種のＭＰＰデータの中から、最適なＭＰＰデータを選択し、設定最大電力点データである設定ＭＰＰデータとして出力する。

ＭＰＰデータの選択方法は、図５に示すように、ＭＰＰ比較部１４とＭＰＰ比較部１５の出力データに応じて、ＭＰＰＴ制御部１２、ＭＰＰ算出部１３、ＭＰＰＴ制御部１６のいずれかのＭＰＰデータを選択する。これと同時に、履歴イネーブルと異常検出データの“Ｌｏ信号”と“Ｈｉ信号”を決定して出力する。

たとえば、ＭＰＰ比較部１４の出力が”Ｌｏ信号”であり、ＭＰＰ比較部１５の出力も”Ｌｏ信号”の場合には、ＭＰＰＴ制御部１２から出力されるＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力する。

また、ＭＰＰ比較部１４の出力が”Ｈｉ信号”であり、ＭＰＰ比較部１５の出力が”Ｌｏ信号”の場合には、ＭＰＰ算出部１３から出力されるＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力する。

さらに、ＭＰＰ比較部１４の出力が”Ｈｉ信号”であり、ＭＰＰ比較部１５の出力も”Ｈｉ信号”の場合には、ＭＰＰＴ制御部１６から出力されるＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力する。

なお、ＭＰＰ解析部８から出力される履歴イネーブルは、ＭＰＰ選択部１７が選択して出力した設定ＭＰＰデータを、履歴記憶部６（図１）に記憶するか否かを指示する信号であり、前記したように、ＭＰＰ比較部１４の出力、およびＭＰＰ比較部１５の出力がいずれも”Ｈｉ信号”の場合には、異常検出データが異常状態を示す”Ｈｉ信号”となり、履歴イネーブルが”Ｌｏ信号”となり、そのことから履歴記憶部６は、ＭＰＰ選択部１７から出力される設定ＭＰＰデータの記憶を行わない。

履歴イネーブルが“Ｈｉ信号”の時には、正常動作状態であるため、履歴イネーブルが”Ｈｉ信号”となり、履歴記憶部６は、ＭＰＰ選択部１７から出力される設定ＭＰＰデータの記憶が行われる。

以上説明した構成と動作により、山登り法と演算によるＭＰＰデータを比較することで部分陰の影響を判定することができ、部分陰がかかっても正しいＭＰＰＴ制御を実現することができる。

さらに、演算と履歴のＭＰＰデータを比較することで異常を判定することができ、この場合にも正しいＭＰＰＴ制御を実現することができる。ここで、演算によるＭＰＰデータは、コンピュータのプログラミング等を用いることによって算出することが可能である。

それにより、本実施の形態１によれば、部品コストの増大を抑えつつ、より電力効率の良好な太陽電池の制御を実現することができる。

さらには、太陽電池アレイ９自体の故障や、ゴミの付着等による異常出力についても検出することが可能となる。

また、上記のソフトウエア部をデータセンタにて集中処理することで、多数の太陽光発電システムに対するＭＰＰＴ制御が可能となる。これにより、地域全体の太陽光発電システム１の発電量を高精度に解析することができるため、地域全体の電力計画に応用することが可能である。

さらには、地域内の天気情報を建物別の解像度で解析できるため、より高精度な天気予報に応用することが可能である。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２による太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図、図７は、図６の太陽光発電システムに設けられたＭＰＰ解析部の構成の一例を示したブロック図である。

前記実施の形態１では、電流・電圧データや温度データを、太陽電池部３からＭＰＰ制御手段２に与えた。これに対し、本実施の形態２は、太陽電池部３からＭＰＰ制御手段２に転送する情報をなくすことで通信データ量を削減し、システムの簡略化を図る構成としている。

本実施の形態２において、太陽光発電システム１は、図６に示すように、ＭＰＰ制御手段２、太陽電池部３、および表示部４からなる前記実施の形態１の図１と同様の構成からなり、ＭＰＰ制御手段２の構成においても、前記実施の形態１の図１と同様となっている。なお、ＭＰＰ制御手段２の動作についても、前記実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。

そして、前記実施の形態１と異なる点は、太陽電池部３の構成、ならびにＭＰＰ解析部８の構成である。太陽電池部３は、太陽電池アレイ９、およびＭＰＰ設定部１０に、ＭＰＰ制御部１８が新たに追加されている。

ＭＰＰ制御部１８は、前記実施の形態１の図２において示したＭＰＰＴ制御部１２、ＭＰＰＴ制御部１６、およびＭＰＰ選択部１７を備えた構成となっている。

また、ＭＰＰ解析部８は、図７に示すように、ＭＰＰ算出部１３、ＭＰＰ比較部１５、および異常検出部１９から構成されている。ＭＰＰ算出部１３とＭＰＰ比較部１５については、前記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。なお、温度データについては、図６の太陽光発電システム１では、気象データから取得するものとする。

異常検出部１９は、ＭＰＰ比較部１５の出力データに従って、履歴イネーブルと異常検出データの “Ｈｉ信号”と“Ｌｏ信号”を制御し、これについては、前記実施の形態１の図５で示した動作と同じである。

ＭＰＰ制御部１８は、正常動作状態、すなわち異常検出データが“Ｌｏ信号”の場合、該ＭＰＰ制御部１８に設けられたＭＰＰＴ制御部１２が出力するＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力すると共に、任意の期間毎（任意の周期毎）に、ＭＰＰ算出部１３が算出したＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力する。これにより、太陽電池アレイ９に部分陰がかかった場合にも、正しい動作を実現する。

一方、異常検出データが“Ｈｉ信号”の場合は、ＭＰＰ制御部１８に設けられたＭＰＰＴ制御部１６を設定ＭＰＰデータとして出力する。

ＭＰＰ設定部１０は、前記実施の形態１の図１のＭＰＰ設定部１０と同様に、太陽電池アレイ９の出力を変圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータを内蔵し、ＭＰＰ制御部１８から出力される設定ＭＰＰデータに従い、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング動作におけるオンとオフ比である通流率を設定し、太陽電池部３の発電電力を出力する。

以上説明した構成と動作により、山登り法によるＭＰＰＴ制御を基本としながらも、任意の期間毎に演算によるＭＰＰデータをフィードバックしているため、太陽電池アレイ９に部分陰がかかっても正しいＭＰＰＴ制御を実現することができる。

さらに、演算と履歴のＭＰＰデータを比較することで異常を判定することができ、この場合にも正しいＭＰＰＴ制御を実現することが可能である。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３による太陽光発電システムの構成の一例を示すブロック図である。

本実施の形態３では、太陽光発電システム１から異常検出機能を削除することで、更なるシステムの簡素化を図った構成としている。

この場合、太陽光発電システム１は、図８に示すように、ＭＰＰ制御手段２、および太陽電池部３から構成されている。ＭＰＰ制御手段２は、条件記憶部５、日射分布解析部７からなる前記実施の形態１，２と同様の構成に、ＭＰＰ解析部２０が新たに設けられている。ＭＰＰ制御手段２の動作については、前記実施の形態１，２と同様であるので説明は省略する。

また、太陽電池部３は、前記実施の形態２の図６と同様に、太陽電池アレイ９、ＭＰＰ設定部１０、およびＭＰＰ制御部１８から構成されている。ＭＰＰ解析部２０は、ＭＰＰ算出部１３（図２、図７）が備えられており、該ＭＰＰ算出部１３から出力されるＭＰＰデータがＭＰＰ制御部１８に出力される。

ＭＰＰ制御部１８は、ＭＰＰＴ制御部１２（図２）を内蔵する。そして、ＭＰＰＴ制御部１２が出力するＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力すると共に、任意の期間毎（任意の周期毎）に、ＭＰＰ算出部１３が算出したＭＰＰデータを設定ＭＰＰデータとして出力する。これにより、部分陰がかかった場合にも、正しい動作を実現する。

以上説明した構成と動作により、本実施の形態３においては、山登り法によるＭＰＰＴ制御を基本としながらも、任意の期間毎に演算によるＭＰＰデータをフィードバックしているため、部分陰がかかっても正しいＭＰＰＴ制御を実現することができる。

また、異常を検出、および表示する機能（たとえば、図６や図７に示す履歴記憶部６、表示部４、および異常検出部１９など）を持たないものの、太陽光発電システム１における構成を大幅に簡素化することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、太陽光発電における効率的な発電制御技術に適している。

１ 太陽光発電システム
２ ＭＰＰ制御手段
３ 太陽電池部
４ 表示部
５ 条件記憶部
６ 履歴記憶部
７ 日射分布解析部
８ ＭＰＰ解析部
９ 太陽電池アレイ
９ａ 太陽電池モジュール
１０ ＭＰＰ設定部
１１ 温度計測部
１２ ＭＰＰＴ制御部
１３ ＭＰＰ算出部
１４ ＭＰＰ比較部
１５ ＭＰＰ比較部
１６ ＭＰＰＴ制御部
１７ ＭＰＰ選択部
１８ ＭＰＰ制御部
１９ 異常検出部
２０ ＭＰＰ解析部
１００ 太陽電池アレイ
Ｍ１〜Ｍ４ 太陽電池モジュール
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード

Claims (12)

1. 太陽電池と、
   設定最大電力点データを出力する最大電力点選択部と、
   前記最大電力点選択部が出力した設定最大電力点データに基づいて、前記太陽電池の出力電圧を変圧して出力すると共に、前記太陽電池の出力電流と出力電圧を検出する最大電力点設定部と、
   前記太陽電池の出力電流と出力電圧とをフィードバックして前記太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を追従し、第１の最大電力点データとして出力する第１の最大電力点追従制御部と、
   気象データ、日射角度データ、時刻データ、および周辺物体データに基づいて、前記太陽電池に与えられる日射量を演算し、日射分布データとして出力する日射分布解析部と、
   前記日射分布解析部から出力された日射分布データ、および温度データに基づいて、前記太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を演算し、第２の最大電力点データとして出力する最大電力点算出部と、
   前記最大電力点選択部から出力される設定最大電力点データを記憶し、前記時刻データ、前記気象データ、および選択条件に基づいて、記録された設定最大電力点データの中から第３の最大電力点データを選択して出力する履歴記憶部と、
   前記第１の最大電力点追従制御部と異なるアルゴリズムで前記太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を追従し、第４の最大電力点データとして出力する第２の最大電力点追従制御部とを備え、
   前記最大電力点選択部は、
   前記第１の最大電力点データと前記第２の最大電力点データとを比較し、その差分が第１のしきい値よりも小さい場合に前記第１の最大電力点データを選択し、
   前記第１のしきい値よりも大きい場合、前記第２の最大電力点データと第３の最大電力点データとを比較し、その差分が第２のしきい値よりも小さい場合に前記第２の最大電力点データを選択し、
   前記第２のしきい値よりも大きい場合は、前記第４の最大電力点データを選択して、前記設定最大電力点データとして出力することを特徴とする太陽光発電システム。
2. 請求項１記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記最大電力点選択部は、
   前記第２の最大電力点データと前記第３の最大電力点データとを比較し、その差分が第１のしきい値よりも小さい場合、前記第１の最大電力点データを選択して設定最大電力点データとして出力するとともに、任意の期間毎に前記第１の最大電力点データの代わりとして前記第２の最大電力点データを選択して設定最大電力点データとして出力し、
   前記第１のしきい値よりも大きい場合は、前記第４の最大電力点データを選択し、設定最大電力点データとして出力することを特徴とする太陽光発電システム。
3. 請求項１または２記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記太陽電池は、
   複数の太陽電池ストリングが並列に接続された構成からなり、
   前記太陽電池ストリングは、
   複数の太陽電池モジュールを直列に接続した構成からなることを特徴とする太陽光発電システム。
4. 請求項１または２記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記太陽電池は、１つの太陽電池ストリングからなり、
   前記太陽電池ストリングは、
   複数の太陽電池モジュールを直列に接続した構成からなることを特徴とする太陽光発電システム。
5. 請求項１または２記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記履歴記憶部が選択する第３の最大電力点データの選択条件は、
   前記第１〜第４の最大電力点データの中から１つの最大電力点データを選択する際の天候と同じであれば、過去の同月日、同時刻の設定最大電力点データを前記第３の最大電力点データとして選択し、
   天候が異なる場合には、
   前記天候が同じで、同月日に最も近い日の設定最大電力点データを前記第３の最大電力点データとして選択することを特徴とする太陽光発電システム。
6. 請求項１または２記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記第１の最大電力点追従制御部が出力する第１の最大電力点データは、
   山登り法によって決定されることを特徴とする太陽光発電システム。
7. 請求項１または２記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記第２の最大電力点追従制御部が出力する第４の最大電力点データは、
   遺伝的アルゴリズム法、またはフィボナッチ探索法よって決定されることを特徴とする太陽光発電システム。
8. 請求項１または２記載の太陽光発電システムにおいて、
   前記太陽光発電システムは、
   警告手段を備え、
   前記最大電力点選択部は、
   前記第２の最大電力点データと第３の最大電力点データを比較し、その差分が前記第２のしきい値よりも大きい場合に前記警告手段に異常検出データを出力し、
   前記警告手段は、
   前記最大電力点選択部からの異常検出データを受け取った際に、異常状態を知らせることを特徴とする太陽光発電システム。
9. 太陽電池と、
   設定最大電力点データを出力する最大電力点選択部と、
   前記最大電力点選択部が出力した設定最大電力点データに基づいて、前記太陽電池の出力電圧を変圧して出力すると共に、前記太陽電池の出力電流と出力電圧を検出する最大電力点設定部と、
   前記出力電流と出力電圧をフィードバックして前記太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を追従し、第１の最大電力点データとして出力する最大電力点制御部と、
   気象データ、日射角度データ、時刻データ、および周辺物体データに基づいて、前記太陽電池に与えられる日射量を演算し、日射分布データとして出力する日射分布解析部と、
   前記日射分布データ、および温度データに基づいて、前記太陽電池の出力電力値が最大となる電圧値を演算し、第２の最大電力点データとして出力する最大電力点算出部とを備え、
   前記最大電力点選択部は、
   任意の間隔で前記第１の最大電力点データを選択して前記設定最大電力点データとして出力するとともに、任意の周期毎に前記第１の最大電力点データの代わりとして前記第２の最大電力点データを選択して前記設定最大電力点データとして出力することを特徴とする太陽光発電システム。
10. 請求項９記載の太陽光発電システムにおいて、
    前記太陽電池は、
    複数の太陽電池ストリングが並列に接続された構成からなり、
    前記太陽電池ストリングは、
    複数の太陽電池モジュールを直列に接続した構成からなることを特徴とする太陽光発電システム。
11. 請求項９記載の太陽光発電システムにおいて、
    前記太陽電池は、１つの太陽電池ストリングからなり、
    前記太陽電池ストリングは、
    複数の太陽電池モジュールを直列に接続した構成からなることを特徴とする太陽光発電システム。
12. 請求項９記載の太陽光発電システムにおいて、
    前記最大電力点制御部が出力する第１の最大電力点データは、
    山登り法によって決定されることを特徴とする太陽光発電システム。

Images