JP2013055874A

JP2013055874A - 電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムおよびその制御方法

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Publication number: JP2013055874A
Application number: JP2012022309A
Authority: JP
Inventors: Chen-Wei Ku; 顧振維; Lei Ming Lee; 李雷鳴; Ka Ko; 黄河
Original assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Current assignee: Taida Electronic Industry Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2013-03-21
Also published as: US20130057196A1; EP2566004A1; EP2566004B1; ES2564263T3; TWI460963B; TW201312898A

Abstract

【課題】太陽電池パネルから発電される電気エネルギーの大きさにより、異なるスイッチングユニットのオンおよびオフを制御し、太陽光発電システムの全体的な効率を高める電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】太陽電池パネルが電気エネルギーを出力できる時には、スイッチ制御ユニット６０が第１のスイッチングユニットＳｗ１をオンにするとともに第２のスイッチングユニットＳｗ２をオフにして、太陽電池パネル１０により出力された前記電気エネルギーを電気負荷５０に給電すると同時に、充電電池ユニット２０に充電する。太陽電池パネルが電気エネルギーを出力できない時には、スイッチ制御ユニットが第１のスイッチングユニットをオフにするとともに第２のスイッチングユニットをオンにして、前記充電電池ユニットが蓄電されている前記電気エネルギーを出力して、負荷に給電することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は太陽光発電システムおよびその制御方法に関し、とりわけ電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムおよびその制御方法に関する。

第二次エネルギー危機以来、代替エネルギーの開発および研究はすでに数多くの国における主な政策の一つとなっている。代替エネルギーは基本的に石炭、石油、天然ガス、原子力エネルギーなど以外のエネルギーのことを意味し、風力、太陽光、地熱、潮力、海流などのエネルギーが含まれる。太陽光エネルギーは汚染がなく、公害がないという特性を持ち、しかも無尽蔵であることから、太陽光エネルギーの応用は発展性においてかなりの潜在力を備えている。しかも、近年来太陽光発電電池の積極的な研究・開発により、かなり高い効率を達成していることから、徐々に欧米、日本などの国から重視されるようになるとともに、推進応用を奨励する政策も制定されるようになってきている。

太陽エネルギーの光電システムは主に太陽電池パネルにより光電変換して直流電流を発生させ、さらに電力調整装置で直流電源を交流電源に変換して、負荷への使用、または商用電源の配電系への供給および商用電源との共同運用などに供される。したがって、機能について言えば、小型分散式の発電システムは、（１）自立型（ｓｔａｎｄ−ａｌｏｎｅｓｙｓｔｅｍ）、（２）系統連系型（ｇｒｉｄ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）および（３）ハイブリッド型（ｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍ）の三種類のタイプに分けることができる。自立型システムとは、太陽光発電システムがその他の電源に接続されて稼働するものではなく、システムに接続されている負荷のみに直接給電するものであり、このシステムは僻地または離島など商用電源が供給されていない地域に比較的適している。負荷のすべての電力供給源は風力または太陽光エネルギーであり、太陽光エネルギーは負荷用の電力を供給できる以外に、余剰のエネルギーを蓄電池（ｂａｔｔｅｒｙ）に充電することができる。太陽光エネルギーの電力が負荷に必要とする電力に短時間にて足らなくなったときには、蓄電池から給電する。系統連系型とは、太陽光発電システムが電力会社の電力供給網に並列接続されているものであって、商用電源が正常にあらゆる地点に給電できるものであればこのタイプのシステムを適用できる。もし太陽光発電システムの発電量が負荷要求よりも大きくなったときには、余剰の電力を逆流方向として商用電源に供給し、反対に、太陽光発電システムの発電量が負荷使用に満たなくなったときには、商用電源によって不足分を供給することができる。またこれ以外にも、電力品質が不安定となる問題に対応するために、ハイブリッド型システムが開発されてきた。太陽光発電システムは、商用電源が停電になったとき、蓄電池ユニットを組み合わせて使用することで、直ちに商用電源から切り離し、独立して稼働する電源供給を確立して、一時的な電力を供給する。商用電源が回復したときに、太陽光発電システムは商用電源との並列接続に復帰すると同時に、蓄電池ユニットにも充電を行う。

従来技術における太陽光発電システムのブロック図である図１を参照されたい。図示するように、前記太陽光発電システムは太陽電池パネル（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐａｎｅｌ）１０Ａにより直流電圧（図示しない）および直流電流（図示しない）を生成し、前記直流電圧および前記直流電流が提供する電気エネルギーを制御することで、負荷５０Ａに給電する。前記太陽光発電システムは充電制御ユニット２０Ａと、スイッチングユニットＳｗと、充電電池ユニット３０Ａと、電源調節ユニット４０Ａとを備えている。

前記充電制御ユニット２０Ａは太陽電池パネル１０Ａに電気的に接続されている。前記スイッチングユニットＳｗは前記充電制御ユニット２０Ａに電気的に接続されている。前記充電電池ユニット３０Ａは前記太陽電池パネル１０Ａおよび前記スイッチングユニットＳｗに電気的に接続されている。前記電源調節ユニット４０Ａは前記スイッチングユニットＳｗおよび前記充電電池ユニット３０Ａに電気的に接続されている。このうち、前記充電制御ユニット２０Ａは前記太陽電池パネル１０Ａが生成した前記直流電圧および前記直流電流が提供する前記電気エネルギーに基づいて、前記スイッチングユニットＳｗのオンおよびオフを制御する。

前記太陽電池パネル１０Ａが前記電気エネルギーを出力できるときには、前記充電制御ユニット２０Ａは前記スイッチングユニットＳｗをオンにするとともに、前記電源調節ユニット４０Ａにより前記電気エネルギーを前記負荷５０Ａに給電する、および前記充電電池ユニット３０Ａを充電する調節を行う。また、前記太陽電池パネル１０Ａが前記電気エネルギーを供給できないときには、前記電源調節ユニット４０Ａは前記充電電池ユニット３０Ａに蓄電されている前記電気エネルギーを前記負荷５０Ａに給電するよう調節を行う。

前記太陽電池パネル１０Ａが前記電気エネルギーを出力できるときには、前記電源調節ユニット４０Ａにより前記電気エネルギーを前記負荷５０Ａに給電する、および前記充電電池ユニット３０Ａを充電する調節を行わなければならない。つまり、前記太陽電池パネル１０Ａが直接的に前記負荷５０Ａに給電するか、または余剰の前記電気エネルギーを前記充電電池ユニット３０Ａ中に蓄電するかのいずれに関わらず、前記充電制御ユニット２０Ａによる調節を経なければならず、前記太陽電池パネル１０Ａが提供する電気エネルギーを前記負荷５０Ａに給電する経路および前記太陽電池パネル１０Ａが提供する電気エネルギーを前記充電電池ユニット３０Ａに充電する経路のいずれでも前記充電制御ユニット２０Ａを経由しなければならない。

ただし、前記充電制御ユニット２０Ａのスイッチ部品を操作するにおいては、スイッチ導通損失（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｌｏｓｓｅｓ）およびスイッチング損失（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｌｏｓｓｅｓ）が存在することから、前記充電制御ユニット２０Ａ自体の変換効率が低下して、変換過程中にエネルギー消費が起きてしまう。したがって、前記太陽電池パネル１０Ａが前記負荷５０Ａに給電するか、または前記充電電池ユニット３０Ａを充電する度に、前記充電制御ユニット２０Ａの操作が必要となってしまうことから、前記太陽光発電システム全体の効率に大きな影響を及ぼしてしまう。

よって、電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムおよびその運転方法を如何にして設計して、前記太陽光発電システムの太陽電池パネルが電気エネルギーを出力できる、および電気エネルギーを供給できない運転状況について、異なるスイッチングユニットのオンおよびオフを制御することで、ひいては負荷に給電および充電電池ユニットを充電して、前記太陽光発電システムの全体的な効率を高めるか、ということは本発明者が克服して解決を求める一大課題である。

本発明の目的は、従来技術における問題を克服するための、電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムを提供するところにある。

よって、本発明の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムは、太陽電池パネルにより直流電圧および直流電流を生成し、前記直流電圧および前記直流電流が提供する電気エネルギーを制御することで、負荷に給電するものである。前記電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムは、充電制御ユニットと、充電電池ユニットと、第１のスイッチングユニットと、第２のスイッチングユニットと、電源調節ユニットと、スイッチ制御ユニットと、を備えている。

前記充電制御ユニットは前記太陽電池パネルに電気的に接続されている。前記充電電池ユニットは前記太陽電池パネルおよび前記充電制御ユニットに電気的に接続されている。前記第１のスイッチングユニットは前記太陽電池パネルに電気的に接続されている。前記第２のスイッチングユニットは前記充電制御ユニットおよび前記充電電池ユニットに電気的に接続されている。前記電源調節ユニットは前記太陽電池パネル、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットに電気的に接続されている。前記スイッチ制御ユニットは前記太陽電池パネル、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットに電気的に接続されている。前記スイッチ制御ユニットは前記太陽電池パネルが生成した前記直流電圧および前記直流電流が提供する前記電気エネルギーに基づいて、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフを制御する。

前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できるときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオンにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフにして、前記太陽電池パネルにより出力された前記電気エネルギーが前記電源調節ユニットにより調節され、ひいては電気負荷に給電することで、必要なエネルギーを供給する。同時に、前記太陽電池パネルから出力された前記電気エネルギーは前記充電制御ユニットにより制御されて、ひいては前記充電電池ユニットを充電する。

前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できないときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオフにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオンにして、前記充電電池ユニットに蓄電されている前記電気エネルギーを出力させ、前記電源調節ユニットにより調節されて、ひいては前記負荷に給電される。

本発明の他の目的は、従来技術における問題を克服する、電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法を提供するところにある。

よって、本発明の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法は、太陽電池パネルにより直流電圧および直流電流を生成し、前記直流電圧および前記直流電流が提供する電気エネルギーを制御することで、負荷に給電するものである。前記電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの運転方法は、充電制御ユニットおよび充電電池ユニットを準備するステップと、第１のスイッチングユニットおよび第２のスイッチングユニットを準備するステップと、電源調節ユニットを準備するステップと、前記太陽電池パネルが生成する前記直流電圧および前記直流電流が提供する前記電気エネルギーに基づいて、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフを制御するスイッチ制御ユニットを準備するステップと、を含む。

本発明が所期の目的を達成するために採用する技術、手段および効果がより明確に理解されるよう、以下による本発明の詳細な説明および図面を参照できる。本発明の目的、特徴および特長は、これによってより仔細に且つ具体的に理解されると確信する。しかしながら、図面は参考および説明用に過ぎず、本発明を限定するために用いられるものではない。

本発明は以下のような特長を備えている。

１．早朝、夜間または気象条件に応じて、前記スイッチ制御ユニットにより前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフを制御することで、電気エネルギーを適応制御する機能を提供する。

２．前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できるとき、前記太陽電池パネルが前記負荷に給電する、または前記充電電池ユニットを充電するために異なる経路を提供することで、前記太陽電池パネルが前記負荷に直接給電する際には、前記充電制御ユニットによる操作を経る必要はないため、前記太陽光発電システムの全体的な効率を大幅に向上させることができる。

従来技術における太陽光発電システムのブロック図。本発明における電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムのブロック図。本発明における当該太陽光発電システムにて電気エネルギー制御のブロック的な概略図。本発明における当該太陽光発電システムにて他の電気エネルギー制御のブロック的な概略図。本発明における電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法のフローチャート。

ここで本発明の技術内容および詳細な説明について、図面を合わせて下記のとおり説明する。

本発明における電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムのブロック図である図２を参照されたい。図示するように、電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムは太陽電池パネル（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐａｎｅｌ）１０により直流電圧Ｖｐｖおよび直流電流Ｉｐｖを生成し、前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖが提供する電気エネルギーを制御することで、負荷５０に給電するものである。前記電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムは充電制御ユニット２０と、充電電池ユニット３０と、第１のスイッチングユニットＳｗ１と、第２のスイッチングユニットＳｗ２と、電源調節ユニット４０と、スイッチ制御ユニット６０とを備えている。

前記充電制御ユニット２０は前記太陽電池パネル１０に電気的に接続されている。前記充電電池ユニット３０は前記太陽電池パネル１０および前記充電制御ユニット２０に電気的に接続されている。このうち、前記充電制御ユニット２０は前記充電電池ユニット３０が必要とする充電電圧および充電電流の大きさを制御するとともに、前記太陽電池パネル１０が生成した前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖの稼働点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）を調節することで、最大電力点追従（ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇ、ＭＰＰＴ）制御を提供する。前記第１のスイッチングユニットＳｗ１は前記太陽電池パネル１０に電気的に接続されている。前記第２のスイッチングユニットＳｗ２は前記充電制御ユニット２０および前記充電電池ユニット３０に電気的に接続されている。前記電源調節ユニット４０は前記太陽電池パネル１０、前記第１のスイッチングユニットＳｗ１および前記第２のスイッチングユニットＳｗ２に電気的に接続されている。このうち、前記電源調節ユニット４０は直流／交流変換のインバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）である。また、前記電源調節ユニット４０は前記太陽電池パネル１０が生成した前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖの稼働点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）を調節することで、最大電力点追従（ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇ、ＭＰＰＴ）制御を提供する。ただし、前記電源調節ユニット４０の機能および回路構成（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）は、応用状況および使用者の需要に応じて異なるものであって、上記構成に限定されるものではない。前記スイッチ制御ユニット６０は前記太陽電池パネル１０、前記第１のスイッチングユニットＳｗ１および第２のスイッチングユニットＳｗ２に電気的に接続されている。前記スイッチ制御ユニット６０は前記太陽電池パネル１０が生成した前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖが提供する前記電気エネルギーに基づいて、前記第１のスイッチングユニットＳｗ１および前記第２のスイッチングユニットＳｗ２のオンおよびオフを制御する。

前記太陽光発電システムにおける電気エネルギー適応制御の詳細な説明については、下記するとおりである。本発明における前記太陽光発電システムにて電気エネルギー制御のブロック的な概略図である図３を参照されたい。前記太陽電池パネル１０が前記電気エネルギーを出力するとき、前記スイッチ制御ユニット６０は前記第１のスイッチングユニットＳｗ１をオンにするとともに前記第２のスイッチングユニットＳｗ２をオフにして、前記太陽電池パネル１０から出力された前記電気エネルギーが前記電源調節ユニット４０により調節されて、ひいては前記負荷５０に給電されることで、必要なエネルギーを供給する。このとき、前記太陽電池パネル１０が提供する電気エネルギーが前記負荷５０に給電される経路は、図中にて示されている第１の給電経路Ｌ１を参照されたい。

同時に、前記太陽電池パネル１０から出力された前記電気エネルギーは前記充電制御ユニット２０により制御され、ひいては前記充電電池ユニット３０を充電して、前記電気エネルギーを蓄電する。このとき、前記太陽電池パネル１０が提供する電気エネルギーが前記充電電池ユニット３０に充電される経路は、図中にて示されている第２の給電経路Ｌ２を参照されたい。

ここで、前記スイッチ制御ユニット６０は前記太陽電池パネル１０に電気的に接続されることで、前記太陽電池パネル１０から出力された前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖを受け取る、ということを述べておきたい。しかも、前記スイッチ制御ユニット６０は前記太陽電池パネル１０から出力された前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖの大きさに基づいて、前記太陽電池パネル１０から前記電気エネルギーの出力を提供するか否かを判断する。つまり、前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖがいずれも０ではないとき、前記太陽電池パネル１０が提供する前記電気エネルギーの大きさは前記直流電圧Ｖｐｖと前記直流電流Ｉｐｖとの積となる。したがって、実際の応用における実例において、前記太陽電池パネル１０が前記電気エネルギーを出力できるタイミングは、通常、前記太陽光発電システムが昼間または晴天（気候条件が良い）にて運転されるときとなる。言い換えれば、前記太陽光発電システムが昼間または晴天（気候条件が良い）時に運転されると、前記太陽電池パネル１０から出力された前記電気エネルギーは前記電源調節ユニット４０により調節されて、ひいては前記負荷５０に給電されることで、必要なエネルギーを供給する。同時に、前記太陽電池パネル１０から出力された前記電気エネルギーは前記充電制御ユニット２０により制御され、ひいては前記充電電池ユニット３０を充電して、前記電気エネルギーを蓄電する。つまり、前記太陽電池パネル１０は負荷５０に直接給電すると同時に、余剰の前記電気エネルギーを前記充電電池ユニット３０に蓄電する。

前記太陽電池パネル１０が前記電気エネルギーを供給できるとき、前記電源調節ユニット４０は前記電気エネルギーを前記負荷５０への給電および前記充電電池ユニット３０への充電の調節を提供する。つまり、前記電源調節ユニット４０は前記負荷５０が必要とするエネルギーの大きさに基づいて、前記太陽電池パネル１０から出力された前記電気エネルギーを前記負荷５０での使用に供するのを調節し、また、前記太陽電池パネル１０から出力された前記電気エネルギーの余剰部分を前記充電電池ユニット３０に蓄電するのを調節する。

前記第１のスイッチングユニットＳｗ１および前記第２のスイッチングユニットＳｗ２の上記制御において、前記スイッチ制御ユニット６０は前記第１のスイッチングユニットＳｗ１のオンを制御する第１の制御信号Ｓ１を生成し、しかも、前記スイッチ制御ユニット６０は前記第２のスイッチングユニットＳｗ２のオフを制御する第２の制御信号Ｓ２を生成する。また、前記第１の制御信号Ｓ１および前記第２の制御信号Ｓ２は相補的な信号であって、つまりは、前記第１の制御信号Ｓ１が高レベルで前記第１のスイッチングユニットＳｗ１をオンにする場合には、前記第２の制御信号Ｓ２は低レベルで前記第２のスイッチングユニットＳｗ２をオフするものである。

本発明における前記太陽光発電システムにて他の電気エネルギー制御のブロック的な概略図である図４を参照されたい。前記太陽電池パネル１０が前記電気エネルギーを提供できないとき、前記スイッチ制御ユニット６０は前記第１のスイッチングユニットＳｗ１をオフにするとともに前記第２のスイッチングユニットＳｗ２をオンにすることで、前記充電電池ユニット３０が可能である蓄電されている前記電気エネルギーの出力が前記電源調節ユニット４０により調節されて、ひいては前記負荷５０に給電して、必要なエネルギーを提供する。このとき、前記充電電池ユニット３０に蓄電されている前記電気エネルギーが前記負荷５０にされる経路は、図中にて示されている第３の給電経路Ｌ３を参照されたい。

ここで、前記スイッチ制御ユニット６０は前記太陽電池パネル１０に電気的に接続されることで、前記太陽電池パネル１０から出力された前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖを受け取る、ということを述べておきたい。しかも、前記スイッチ制御ユニット６０は前記太陽電池パネル１０から出力された前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖの大きさに基づいて、前記太陽電池パネル１０から前記電気エネルギーの出力を提供するか否かを判断する。つまり、前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖがいずれも０であるとき、前記太陽電池パネル１０が提供する電気エネルギーの大きさ（つまり前記直流電圧Ｖｐｖと前記直流電流Ｉｐｖとの積）もまた０となる。したがって、実際の応用における実例において、前記太陽電池パネル１０が前記電気エネルギーを出力できなくなるタイミングは、通常は、前記太陽光発電システムが夜間に運転されるときとなる。言い換えれば、前記太陽光発電システムが夜間に運転されると、前記充電電池ユニット３０が可能である蓄電されている前記電気エネルギーの出力が前記電源調節ユニット４０により調節されて、ひいては前記負荷５０に給電して、必要なエネルギーを提供する。つまり、前記充電電池ユニット３０は前記太陽電池パネル１０により負荷５０が必要とする前記電気エネルギーを提供できないとき、蓄電されている前記電気エネルギーを負荷５０での使用に供する。また、前記太陽電池パネル１０が前記電気エネルギーを提供できないときには、前記電源調節ユニット４０は前記充電電池ユニット３０に蓄電されている前記電気エネルギーを前記負荷５０に給電する調節を提供する。つまり、前記電源調節ユニット４０は前記負荷５０が必要とするエネルギーの大きさに基づいて、前記充電電池ユニット３０に蓄電されている前記電気エネルギーを前記負荷５０に給電するのを調節する。

前記第１のスイッチングユニットＳｗ１および前記第２のスイッチングユニットＳｗ２の上記制御において、前記スイッチ制御ユニット６０は前記第１のスイッチングユニットＳｗ１のオフを制御する第１の制御信号Ｓ１を生成し、しかも、前記スイッチ制御ユニット６０は前記第２のスイッチングユニットＳｗ２のオンを制御する第２の制御信号Ｓ２を生成する。また、前記第１の制御信号Ｓ１および前記第２の制御信号Ｓ２は相補的な信号であって、つまりは、前記第１の制御信号Ｓ１が低レベルで前記第１のスイッチングユニットＳｗ１をオフにする場合には、前記第２の制御信号Ｓ２は高レベルで前記第２のスイッチングユニットＳｗ２をオンするものである。

本発明における電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの運転方法のフローチャートである図５を参照されたい。電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの運転方法は、太陽電池パネルにより直流電圧および直流電流を生成して、前記直流電圧および前記直流電流が提供する電気エネルギーを制御することで、負荷に給電するものである。前記電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの運転方法は以下のステップを含む。充電制御ユニットおよび充電電池ユニットを準備するステップ（Ｓ１００）。第１のスイッチングユニットおよび第２のスイッチングユニットを準備するステップ（Ｓ２００）。電源調節ユニットを準備するステップ（Ｓ３００）。このうち、前記電源調節ユニットは直流／交流変換のインバータ（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）である。また、前記電源調節ユニットは前記太陽電池パネルが生成した前記直流電圧Ｖｐｖおよび前記直流電流Ｉｐｖの稼働点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）を調節することで、最大電力点追従（ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇ、ＭＰＰＴ）制御を提供する。スイッチ制御ユニットを準備するステップであり、前記スイッチ制御ユニットは前記太陽電池パネルが生成する前記直流電圧および前記直流電流が提供する前記電気エネルギーに基づいて、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフを制御する（Ｓ４００）。このうち、前記スイッチ制御ユニットは、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフをそれぞれ制御する第１の制御信号および第２の制御信号を生成する。しかも、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号は相補的な信号であって、つまりは、前記第１の制御信号が高レベルで前記第１のスイッチングユニットをオンにする場合には、前記第２の制御信号は低レベルで前記第２のスイッチングユニットをオフするか、または、前記第１の制御信号が低レベルで前記第１のスイッチングユニットをオフにする場合には、前記第２の制御信号は高レベルで前記第２のスイッチングユニットをオンするものである。

ステップ（４００）にて、前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できるときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオンにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフにして、前記太陽電池パネルにより出力された前記電気エネルギーが前記電源調節ユニットにより調節され、ひいては負荷に給電することで、必要なエネルギーを供給する。同時に、前記太陽電池パネルから出力された前記電気エネルギーは前記充電制御ユニットにより制御されて、ひいては前記充電電池ユニットを充電して、前記電気エネルギーを蓄電する。つまり、前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーの出力を提供できるとき、前記電源調節ユニットは前記電気エネルギーを前記負荷に給電する、および前記充電電池ユニットを充電するという調節を提供する。同時に、前記充電制御ユニットは前記充電電池ユニットに必要な充電電圧および充電電流の大きさを制御して、前記太陽電池パネルが前記直流電圧および前記直流電流を生成する稼働点を調節することで、最大電力点追従制御を提供する。

同様に、ステップ（Ｓ４００）において、前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できないときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオフにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオンにして、前記充電制御ユニットが可能である蓄電されている前記電気エネルギーの出力が前記電源調節ユニットにより調節されて、ひいては前記負荷に給電されることで、必要なエネルギーを供給する。つまり、前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーの出力を提供できないとき、前記電源調節ユニットは前記充電電池ユニットに蓄電されている前記電気エネルギーを前記負荷に給電する調節を提供する。

上記をまとめると、本発明は以下のような特長を備えている。

ただし、上記は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明および図面に過ぎず、本発明の特徴はこれに限定されるものではないため、本発明を限定するために用いられるものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とすべきである。およそ本発明の特許請求の範囲における技術的思想およびその類似の変化の実施例に合うものは、いずれも本発明の範疇に含まれるものであって、当業者が本発明の範囲内で容易に想到し得る変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。

（従来技術）
１０Ａ太陽電池パネル
２０Ａ充電制御ユニット
３０Ａ充電電池ユニット
４０Ａ電源調節ユニット
５０Ａ負荷
Ｓｗスイッチングユニット
（本発明）
１０太陽電池パネル
２０充電制御ユニット
３０充電電池ユニット
４０電源調節ユニット
５０負荷
６０スイッチ制御ユニット
Ｓｗ１第１のスイッチングユニット
Ｓｗ２第２のスイッチングユニット
Ｖｐｖ太陽電池パネルの直流電圧
Ｉｐｖ太陽電池パネルの直流電流
Ｓ１第１の制御信号
Ｓ２第２の制御信号
Ｌ１第１の給電経路
Ｌ２第２の給電経路
Ｌ３第３の給電経路
Ｓ１００〜Ｓ４００ステップ

Claims

太陽電池パネルにより直流電圧および直流電流を生成し、前記直流電圧および前記直流電流が提供する電気エネルギーを制御することで、負荷に給電する、電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムであって、
前記太陽電池パネルに電気的に接続されている充電制御ユニットと、
前記太陽電池パネルおよび前記充電制御ユニットに電気的に接続されている充電電池ユニットと、
前記太陽電池パネルに電気的に接続されている第１のスイッチングユニットと、
前記充電制御ユニットおよび前記充電電池ユニットに電気的に接続されている第２のスイッチングユニットと、
前記太陽電池パネル、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットに電気的に接続されている電源調節ユニットと、
前記太陽電池パネル、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットに電気的に接続されており、前記太陽電池パネルが生成した前記直流電圧および前記直流電流が提供する前記電気エネルギーを受取り、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフを制御するスイッチ制御ユニットと、を備えている太陽光発電システムにおいて、
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できるときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオンにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフにして、前記太陽電池パネルにより提供された前記電気エネルギーが前記電源調節ユニットにより調節され、ひいては電気負荷に給電し、同時に、前記太陽電池パネルから出力された前記電気エネルギーは前記充電制御ユニットにより制御されて、ひいては前記充電電池ユニットを充電するものであり、
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できないときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオフにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオンにして、前記充電制御ユニットが可能である蓄電されている前記電気エネルギーの出力が前記電源調節ユニットにより調節されて、ひいては前記負荷に給電される、ことを特徴とする電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できるときに、前記第１のスイッチングユニットをオン状態にするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフ状態にすることで、前記電源調節ユニットが前記直流電圧および前記直流電流の稼働点を制御することにより、前記太陽電池パネルが提供する前記電気エネルギーの大きさを制御するとともに、前記負荷に供給する電気エネルギーの大きさを調節する、ことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
前記電源調節ユニットが、前記直流電圧および前記直流電流を最大電力で稼働させる稼働点を制御して、ひいては前記太陽電池パネルが最大の電気エネルギーを出力するように制御する最大電力点追従制御を提供する、ことを特徴とする請求項２に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを出力できるときに、前記第１のスイッチングユニットをオン状態にするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフ状態にすることで、前記充電制御ユニットが前記充電電池ユニットが必要とする充電電圧および充電電流の大きさを制御することで、ひいては前記充電電池ユニットを充電する、ことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できないときに、前記第１のスイッチングユニットをオフ状態にするとともに前記第２のスイッチングユニットをオン状態にすることで、前記電源調節ユニットが前記充電電池ユニットに蓄電されている電気エネルギーを出力する大きさを制御するとともに、前記負荷に供給する電気エネルギーの大きさを調節する、ことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフをそれぞれ制御する第１の制御信号および第２の制御信号を生成するものであり、しかも、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号はレベルが相補的な信号であって、前記第１の制御信号が高レベルである場合には、前記第２の制御信号は低レベルとなり、前記第１の制御信号が低レベルである場合には、前記第２の制御信号は高レベルとなる、ことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
前記電源調節ユニットが直流／交流変換のインバータである、ことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システム。
太陽電池パネルにより直流電圧および直流電流を生成し、前記直流電圧および前記直流電流が提供する電気エネルギーを制御することで、負荷に給電する、電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法であって、
（ａ）充電制御ユニットおよび充電電池ユニットを準備するステップと、
（ｂ）第１のスイッチングユニットおよび第２のスイッチングユニットを準備するステップと、
（ｃ）電源調節ユニットを準備するステップと、
（ｄ）前記太陽電池パネルが生成する前記直流電圧および前記直流電流が提供する前記電気エネルギーを受取り、前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフを制御するスイッチ制御ユニットを準備するステップと、を含む、ことを特徴とする電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
ステップ（ｄ）にて、前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できるときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオンにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフにして、前記太陽電池パネルが提供する前記電気エネルギーが前記電源調節ユニットにより調節され、ひいては電気負荷に給電し、同時に、前記太陽電池パネルから出力された前記電気エネルギーは前記充電制御ユニットにより制御されて、ひいては前記充電電池ユニットを充電する、ことを特徴とする請求項８に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できるときに、前記第１のスイッチングユニットをオン状態にするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフ状態にすることで、前記電源調節ユニットが前記直流電圧および前記直流電流の稼働点を制御することにより、前記太陽電池パネルが提供する前記電気エネルギーの大きさを制御するとともに、前記負荷に供給する電気エネルギーの大きさを調節する、ことを特徴とする請求項９に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
前記電源調節ユニットが、前記直流電圧および前記直流電流を最大電力で稼働させる稼働点を制御して、ひいては前記太陽電池パネルが最大の電気エネルギーを出力するように制御する最大電力点追従制御を提供する、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できるときに、前記第１のスイッチングユニットをオン状態にするとともに前記第２のスイッチングユニットをオフ状態にすることで、前記充電制御ユニットが前記充電電池ユニットが必要とする充電電圧および充電電流の大きさを制御することで、ひいては前記充電電池ユニットを充電する、ことを特徴とする請求項９に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
ステップ（ｄ）にて、前記太陽電池パネルが前記電気エネルギーを提供できないときには、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットをオフにするとともに前記第２のスイッチングユニットをオンにすることで、前記電源調節ユニットが前記充電電池ユニットに蓄電されている電気エネルギーを出力する大きさを制御するとともに、前記負荷に供給する電気エネルギーの大きさを調節する、請求項８に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
ステップ（ｄ）にて、前記スイッチ制御ユニットが前記第１のスイッチングユニットおよび前記第２のスイッチングユニットのオンおよびオフをそれぞれ制御する第１の制御信号および第２の制御信号を生成するものであり、しかも、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号はレベルが相補的な信号であって、前記第１の制御信号が高レベルである場合には、前記第２の制御信号は低レベルとなり、前記第１の制御信号が低レベルである場合には、前記第２の制御信号は高レベルとなる、ことを特徴とする請求項８に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。
前記電源調節ユニットが直流／交流変換のインバータである、ことを特徴とする請求項８に記載の電気エネルギー適応制御機能を備えた太陽光発電システムの制御方法。