JP2013152675A - 太陽光発電システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各太陽電池アレイから効率よく電力を得ることのできる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】太陽光発電システム１００は、複数の太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの最大電力点追従制御を行う。太陽光発電システム１００は、個別電流検出部２ｅ、２ｓ、２ｗと、個別電圧検出部３ｅ、３ｓ、３ｗと、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗと、統括電流検出部６と、統括電圧検出部７と、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９と、個別制御モードと統括制御モードとの２種の制御モードを切り替える切替制御モジュール１０とを備え、切替制御モジュール１０は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が低い領域では個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高い領域では統括制御モードを選択する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の太陽電池アレイから最大の電力を取り出すための太陽光発電システムおよび太陽光発電システムの制御方法に関するものである。

複数の太陽電池から構成される従来の太陽光発電システムは、容量の異なるチョッパ及び／又はインバータを備えている。そして、太陽電池毎の出力率（発電電力／定格容量）を算出し、出力率を比較してその差が所定割合以上であれば、出力率の高いグループと低いグループに分別する。低いグループの総出力が小容量チョッパの制御範囲内である場合、低いグループの太陽電池アレイを小容量チョッパに収納制御し、高いグループの太陽電池アレイを大容量チョッパに収納制御している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２６７１０６号公報

上記従来の太陽光発電システムは、各太陽電池アレイの出力率に基づいて各太陽電池アレイをグループに分別し、例えば、出力率の高いグループを大容量チョッパ、低いグループを小容量チョッパに接続して制御している。しかし、各太陽電池アレイの最大発電する出力電圧は各太陽電池アレイ毎の発電電力−出力電圧特性により異なり、各太陽電池アレイの出力率が近い場合でも、最大発電する出力電圧は異なることがある。このため、従来の太陽光発電システムでは、例えば出力率が近いとして同じグループに分別された太陽電池アレイを一つのチョッパで制御した時に、効率よく電力を取り出せない太陽電池アレイが存在する懸念があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、常に各太陽電池アレイから効率よく電力を得ることのできる太陽光発電システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池アレイの最大電力点追従制御を行い、上記各太陽電池アレイ毎に出力電圧および出力電流を検出する複数の個別検出部と、上記各個別検出部からの検出値に基づいて上記各太陽電池アレイ毎に最大電力点追従制御を行う複数の個別ＭＰＰＴ制御モジュールと、上記各太陽電池アレイの出力をまとめた全体の出力電圧および出力電流を検出する統括検出部と、上記統括検出部からの検出値に基づいて上記各太陽電池アレイを統括して最大電力点追従制御を行う統括ＭＰＰＴ制御モジュールと、上記個別ＭＰＰＴ制御モジュールにより上記各太陽電池アレイ毎に最大電力点追従制御を行う個別制御モードと、上記統括ＭＰＰＴ制御モジュールにより上記各太陽電池アレイを統括して最大電力点追従制御を行う統括制御モードとの２種の制御モードを切り替える切替制御モジュールとを備えている。そして、上記切替制御モジュールは、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が低い領域では上記個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が高い領域では上記統括制御モードを選択する。

また、この発明に係る太陽光発電システムの制御方法は、複数の太陽電池アレイの最大電力点追従制御を、各太陽電池アレイ毎に行う個別制御モードと各太陽電池アレイを統括して行う統括制御モードとを切り替えて行う太陽光発電システムの制御方法であって、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が低い領域では上記個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が高い領域では上記統括制御モードを選択する。

この発明に係る太陽光発電システムは、複数の太陽電池アレイの最大電力点追従制御を行い、上記各太陽電池アレイ毎に出力電圧および出力電流を検出する複数の個別検出部と、上記各個別検出部からの検出値に基づいて上記各太陽電池アレイ毎に最大電力点追従制御を行う複数の個別ＭＰＰＴ制御モジュールと、上記各太陽電池アレイの出力をまとめた全体の出力電圧および出力電流を検出する統括検出部と、上記統括検出部からの検出値に基づいて上記各太陽電池アレイを統括して最大電力点追従制御を行う統括ＭＰＰＴ制御モジュールと、上記個別ＭＰＰＴ制御モジュールにより上記各太陽電池アレイ毎に最大電力点追従制御を行う個別制御モードと、上記統括ＭＰＰＴ制御モジュールにより上記各太陽電池アレイを統括して最大電力点追従制御を行う統括制御モードとの２種の制御モードを切り替える切替制御モジュールとを備えている。そして、上記切替制御モジュールは、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が低い領域では上記個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が高い領域では上記統括制御モードを選択する。
このため、常に各太陽電池アレイの電力を効率良く得ることができる。

また、この発明に係る太陽光発電システムの制御方法は、複数の太陽電池アレイの最大電力点追従制御を、各太陽電池アレイ毎に行う個別制御モードと各太陽電池アレイを統括して行う統括制御モードとを切り替えて行う太陽光発電システムの制御方法であって、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が低い領域では上記個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が高い領域では上記統括制御モードを選択する。
このため、常に各太陽電池アレイの電力を効率良く得ることができる。

この発明の実施の形態１における太陽光発電システムの概略構成図である。 この発明の実施の形態１における切替制御モジュールの制御の基本的な考え方を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態１における太陽光発電システムの処理フローを説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２における太陽光発電システムの処理フローを説明するフローチャートである。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における太陽光発電システムの概略構成図である。
太陽光発電システム１００は、太陽光から電力を発生させる複数の太陽電池アレイ１を備えており、各太陽電池アレイ１から効率よく電力を取り出すシステムである。本実施の形態１では太陽電池アレイ１の数を３個とし、例えばある住宅の東側屋根、南側屋根、西側屋根の３方向に取り付けられている。ここでは、東側の太陽電池アレイを１ｅ、南側の太陽電池アレイを１ｓ、西側の太陽電池アレイを１ｗとする。
図１に示すように、太陽光発電システム１００は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電流をそれぞれ個別に検出する個別検出部としての個別電流検出部２ｅ、２ｓ、２ｗと、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧をそれぞれ個別に検出する個別検出部としての個別電圧検出部３ｅ、３ｓ、３ｗと、個別電流検出部２ｅ、２ｓ、２ｗおよび個別電圧検出部３ｅ、３ｓ、３ｗからの検出値に基づいて各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎に最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ制御という。）を行う個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗと、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力をまとめた全体の出力電流を検出する統括検出部としての統括電流検出部６と、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力をまとめた全体の出力電圧を検出する統括検出部としての統括電圧検出部７と、統括電流検出部６および統括電圧検出部７からの検出値に基づいて各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを統括してＭＰＰＴ制御を行う統括ＭＰＰＴ制御モジュール９と、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗにより各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎にＭＰＰＴ制御制御を行う個別制御モードと統括ＭＰＰＴ制御モジュール９により各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを統括してＭＰＰＴ制御を行う統括制御モードとの２種類の制御モードを切り替える切替制御モジュール１０と、切替制御モジュール１０からの指令に基づき個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗ、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９の接続をそれぞれ切り替える個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗおよび統括切替器８とを備えている。そして、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗ、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９により電力変換装置１１を制御して、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗから最大電力を取り出し、負荷１２に応じた電力を出力する。なお、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ，５ｓ，５ｗおよび統括ＭＰＰＴ制御モジュール９は、逆電流防止の機能を持つ。

電力変換装置１１は、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗ、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９により電圧指令Ｖｒを用いて制御されるＤＣ／ＡＣ変換装置、あるいはＤＣ／ＤＣ変換装置であり、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗからの出力電圧が電圧指令Ｖｒと一致するように各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗから発電電力を取り出し、負荷１２に応じた交流あるいは直流電力に変換する。

上述の通り、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗは太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗをそれぞれ個別にＭＰＰＴ制御するもの、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９は太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを統括してＭＰＰＴ制御するものである。ここで、ＭＰＰＴ制御について簡単に説明する。
太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗは、日射量の変化や温度変化によってその発電電力−出力電圧特性が変化し、このため最大電力点がずれてしまう。このため個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗ、または統括ＭＰＰＴ制御モジュール９は、電圧指令Ｖｒを変化させて電力変換装置１１を制御して太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧（動作電圧）を変化させ、それによる電力の増減に基づいて、最大電力が得られる点、すなわち、最適動作電圧を探すという動作を絶えず行って太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗから最大電力を取り出そうとしている。最大電力点の一般的な探索動作は山登り法と称され、先ず、動作電圧を、例えばΔＶだけ増加させ、電力差ΔＰを演算し、ΔＰ＞０であれば、最大電力点よりも左側（低電圧側）に現在の電圧があるとして前回と同じ方向に電圧を変化させ、ΔＰ＜０であれば、最大電力点よりも右側（高電圧側）に現在の電圧があるとして前回と逆方向に電圧を変化させる。また、ΔＰ＝０であれば、現在最大電力点であるとして、電圧を前回の動作電圧と同じ値とする、すなわち電圧を変化させない。このような方法により、最大電力点を探索する。以下の説明において、ＭＰＰＴ制御を１回行うとは、最大電力点を探索するために動作電圧を１回変化させることを指す。ただし、ΔＰ＝０の時に電圧を前回の動作電圧と同じ値に設定することも、動作電圧を１回変化させることに含む。
このような一般的なＭＰＰＴ制御を行うことにより、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗは各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎に最大電力点を探索し、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９は各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを統括して最大電力点を探索している。

切替制御モジュール１０は、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗにより個別制御を行う個別制御モードと、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９により統括制御を行う統括制御モードとを切り替える制御を行う。切り替えの判断は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高いか、または各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が低いかという点に基づいて行い、均等性が低い領域では個別制御モードを選択し、均等性が高い領域では統括制御モードを選択する。以下、この制御方法について詳しく説明する。

図２は、切替制御モジュール１０の制御の基本的な考え方を説明するための説明図であり、図中左側が個別制御モードにおける各太陽電池アレイ毎の発電電力−出力電圧特性の一例を示し、図中右側が統括制御モードにおける各太陽電池アレイを統括した発電電力−出力電圧特性の一例を示す。なお、図中右側の統括制御モードにおいて、上側が発電電力の極大点が一つの場合、下側が発電電力の極大点が複数（ここでは二つ）の場合を示す。

個別制御モードでは、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗが個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗによりそれぞれの最大電力点を探索するようにＭＰＰＴ制御されている。
個別制御モードでの制御下において、切替制御モジュール１０は、個別電圧検出部３ｅ、３ｓ、３ｗにて検出される各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力電圧を所定の時間間隔で取得する。例えばある時点における各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧をそれぞれＶｅ、Ｖｓ、Ｖｗとする。
切替制御モジュール１０はこれらの出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗを比較する。ここでは、各々の出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの差分の絶対値｜Ｖｅ−Ｖｓ｜、｜Ｖｓ−Ｖｗ｜、｜Ｖｗ−Ｖｅ｜の値が一つでも予め設定された第１閾値としての閾値ｄｖ１以上の時は各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が低いと判断し、そのまま個別制御モードで制御する。各々の出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの差分の絶対値｜Ｖｅ−Ｖｓ｜、｜Ｖｓ−Ｖｗ｜、｜Ｖｗ−Ｖｅ｜の値が全て予め設定された閾値ｄｖ１よりも小さい時は各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高い（Ｖｅ≒Ｖｓ≒Ｖｗ）と判断し、個別制御モードから統括制御モードに切り替える制御を行う。
図１において、個別制御モードでの制御下では、個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗのＥ０−Ｅ１が接続され、統括切替器８のＥ０−Ｅ２が接続される。切替制御モジュール１０からの、個別制御モードから統括制御モードの切り替え指令により、個別制御モードでの制御下では、個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗのＥ０−Ｅ２が接続され、統括切替器８のＥ０−Ｅ１が接続される。
なお、各出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗに基づく均等性の判断の方法は上記に限られるものではなく、例えば各出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗのうち最大のものと最小のものを選択し、これらの差分の絶対値が閾値ｄｖ１以上であれば均等性が低いと判断する方法を採用してもよい。

統括制御モードでは、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力を一つにまとめ、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９により、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗは統括してＭＰＰＴ制御されている。
統括制御モードでの制御下において、切替制御モジュール１０は、所定の時間間隔で各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗからの出力を統括した発電電力−出力電圧特性を算出し、この算出結果に基づき個別制御モードへの切り替えを判断する。具体的には、切替制御モジュール１０の指令により、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９が出力可能な動作電圧の範囲内で動作電圧を変化させ、統括電流検出部６、統括電圧検出部７にて出力電流、出力電圧を検出し、この検出値に基づき切替制御モジュール１０にて発電電力−出力電圧特性を算出する。なお、動作電圧の変化量等は必要に応じて適宜設定すればよく、例えば動作電圧の変化量を数ボルト程度の大きめの値ΔＶに設定し、動作電圧と発電電力の点列データを得て、この点列データを補間することにより発電電力−出力電圧特性を算出してもよい。
そして、算出した発電電力−出力電圧特性において発電電力の極大点の個数を求め、極大点が一つの場合（図２の統括制御モードにおける上のグラフ）、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高いと判断し、統括制御モードを継続する。極大点が複数ある場合（図２の統括制御モードにおける下のグラフ）、極大点の出力電圧を求め、この出力電圧の値を比較して各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高い領域か低い領域かを判断する。例えば、図２の統括制御モードにおける下のグラフの例では、発電電力の２つの極大点（極大点Ａ１、極大点Ａ２）の出力電圧Ｖ１、Ｖ２を求め、その差分の絶対値｜Ｖ１−Ｖ２｜が予め設定された第２閾値としての閾値ｄｖ２以上の時は各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が低いと判断し、統括制御モードから個別制御モードに切り替える制御を行う。出力電圧Ｖ１と出力電圧Ｖ２の差分の絶対値が閾値ｄｖ２よりも小さい時は各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高いと判断し、統括制御モードを継続する。
この統括制御モードでは、図１において、個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗのＥ０−Ｅ２が接続され、統括切替器８のＥ０−Ｅ１が接続された状態となる。切替制御モジュール１０から、統括制御モードから個別制御モードの切り替え指令が出されると、個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗのＥ０−Ｅ１が接続され、統括切替器８のＥ０−Ｅ２が接続され、個別制御モードでの制御が開始される。

なお、算出した発電電力−出力電圧特性において発電電力の極大点が３個以上ある場合について説明する。極大点が３個以上となる場合は、例えば、３個以上の極大点のうち、発電電力が最大となる極大点と、発電電力が２番目に大きい極大点とを２つの極大点Ａ１、Ａ２として、各極大点Ａ１、Ａ２の出力電圧Ｖ１、Ｖ２の差が閾値ｄｖ２以上かどうかで、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性を判断するとよい。このようにすることで、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗのうち、発電電力の高い太陽電池アレイの出力電圧に基づいて効率よく均等性の判断を行うことができる。後述する太陽光発電システム１００の詳細な動作の説明（図３のフローチャートの説明）では、この場合について説明している。
また、極大点が３個以上ある場合の均等性の判断の方法としては、上記の場合に限られず、下記のようなものも考えられる。例えば、発電電力の極大点となる出力電圧のうち最大出力電圧と最小出力電圧の差が閾値ｄｖ２以上であれば均等性が低い領域と判断したり、発電電力の極大点となる出力電圧を全て求めて各々の出力電圧の差が一つでも閾値ｄｖ２以上であれば均等性が低い領域と判断すること等が考えられる。

次に、太陽光発電システム１００の詳細な動作を図３を用いて説明する。図３は太陽光発電システム１００の処理フローを説明するフローチャートである。
まず、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを個別制御モードで制御するフラグｉを０に設定する（Ｓ１）。ここでは、フラグｉが０で個別制御モード、フラグｉが１で統括制御モードを行うとする。次に、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗまたは統括ＭＰＰＴ制御モジュール９によるＭＰＰＴ制御の回数ｊを０に設定する（Ｓ２）。

次に、フラグｉ＝０を確認し（Ｓ３）、ｉ＝０がＹｅｓであればＭＴＴＰ制御の回数ｊ＝０を確認する（Ｓ４）。ｉ＝０がＮｏであれば後述するステップＳ１５に進む。ステップＳ４にてｊ＝０がＹｅｓであれば個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗはＥ０−Ｅ１を接続、統括切替器８はＥ０−Ｅ２を接続し（Ｓ５）、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗにより各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗそれぞれ個別ＭＰＰＴ制御を１回行う（Ｓ６）。ステップＳ４にてｊ＝０がＮｏであれば個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗ、統括切替器８の接続はそのままで、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗによる個別ＭＰＰＴ制御を１回行う（Ｓ６）。そして、ＭＰＰＴ制御の回数ｊに１を加算する（Ｓ７）。切替制御モジュール１０では、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗによるＭＰＰＴ制御の回数ｊと予め設定された回数ｊｎ１を比較する（Ｓ８）。ステップＳ８でｊ＜ｊｎ１の条件がＹｅｓであればステップＳ２７に進み、ステップＳ２７でＭＰＰＴ制御の終了指令があれば（Ｙｅｓの場合）ＭＰＰＴ制御を終了し、終了信号がなければ（Ｎｏの場合）ステップＳ３へ戻る。
フラグｉが０に設定されている限りは、ＭＰＰＴ制御の回数ｊがｊｎ１に達するまで、ステップＳ３〜ステップＳ８の処理を繰り返すこととなり、個別ＭＰＰＴ制御モジュール５ｅ、５ｓ、５ｗによるＭＰＰＴ制御（動作電圧を変化させること）が所定の時間間隔で行われる。

ステップＳ８で、ｊ＜ｊｎ１の条件がＮｏであれば、ＭＰＰＴ制御の回数ｊを１に設定してから（Ｓ９）、個別電圧検出部３ｅ、３ｓ、３ｗにより各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗを検出し（Ｓ１０）、切替制御モジュール１０にて、各々の出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの差分の絶対値を求めて閾値ｄｖ１と比較する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。まず、ステップＳ１１で、ＶｅとＶｓの差分の絶対値を求め、｜Ｖｅ−Ｖｓ｜＜ｄｖ１の条件がＹｅｓであればステップＳ１２に進み、ＮｏであればステップＳ２７に進む。ステップＳ１２では、ＶｓとＶｗの差分の絶対値を求め、｜Ｖｓ−Ｖｗ｜＜ｄｖ１の条件がＹｅｓであればステップＳ１３に進み、ＮｏであればステップＳ２７に進む。ステップＳ１３では、ＶｗとＶｅの差分の絶対値を求め、｜Ｖｗ−Ｖｅ｜＜ｄｖ１の条件がＹｅｓであればフラグｉを１、ＭＰＰＴ制御の回数ｊを０に設定してから（Ｓ１４）ステップＳ２７に進み、ステップＳ１３で｜Ｖｗ−Ｖｅ｜＜ｄｖ１の条件がＮｏであればそのままステップＳ２７に進む。ステップＳ２７でＭＰＰＴ制御の終了指令があればＭＰＰＴ制御を終了し、終了信号がなければステップＳ３へ戻る。

ステップＳ８〜ステップＳ１４の処理は、個別制御モードにおいてＭＰＰＴ制御の回数が予め設定された回数ｊｎ１となった時に所定の時間が経過したとして、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗを検出し、各出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗが均等性の高い領域にあるか低い領域にあるかを判断する処理である。各々の出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの差分の絶対値が全て閾値ｄｖ１より小さい場合にのみ、各出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの均等性が高い領域であるとし、個別制御モードから統括制御モードに移行するようステップＳ１４でフラグｉを１に設定している。各々の出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの差分の絶対値が一つでも閾値ｄｖ１以上である場合は、各出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗの均等性が低い領域であるとし、個別制御モードが継続される。
ステップＳ３〜ステップＳ１４の処理が繰り返されることで、個別制御モードにおいて、所定の時間間隔で各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧Ｖｅ、Ｖｓ、Ｖｗが検出され、個別制御モードを継続するか、統括制御モードに切り替えるかの判断が繰り返し行われることとなる。
なお、ステップＳ８で使用される予め設定された回数ｊｎ１は、太陽光発電システム１００の使用状況等により自由に設定することができる。

次に、ステップＳ３でフラグｉ＝０がＮｏである場合の処理（ステップＳ１５〜ステップＳ２６）を説明する。
ステップＳ３でｉ＝０がＮｏであればＭＴＴＰ制御の回数ｊ＝０を確認する（Ｓ１５）。ステップＳ１５にてｊ＝０がＹｅｓであれば個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗはＥ０−Ｅ２を接続、統括切替器８はＥ０−Ｅ１を接続し（Ｓ１６）、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９により各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを統括した統括ＭＰＰＴ制御を１回行う（Ｓ１７）。ステップＳ１５にてｊ＝０がＮｏであれば個別切替器４ｅ、４ｓ、４ｗ、統括切替器８の接続はそのままで、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９による統括ＭＰＰＴ制御を１回行う（Ｓ１７）。そして、ＭＰＰＴ制御の回数ｊに１を加算する（Ｓ１８）。切替制御モジュール１０では、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９によるＭＰＰＴ制御の回数ｊと予め設定された回数ｊｎ２を比較する（Ｓ１９）。ステップＳ１９でｊ＜ｊｎ２の条件がＹｅｓであればステップＳ２７に進み、ＭＰＰＴ制御の終了指令があればＭＰＰＴ制御を終了し、終了信号がなければステップＳ３へ戻る。
フラグｉが１に設定されている限りは、ＭＰＰＴ制御の回数ｊがｊｎ２に達するまで、ステップＳ１５〜ステップＳ１９の処理を繰り返すこととなり、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９による統括ＭＰＰＴ制御（動作電圧を変化させること）が所定の時間間隔で行われる。

ステップＳ１９で、ｊ＜ｊｎ２の条件がＮｏであれば、ＭＰＰＴ制御の回数ｊを１に設定してから（Ｓ２０）、切替制御モジュール１０は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ全体の発電電力−出力電圧特性を算出し、発電電力の極大点の個数を求める（Ｓ２１）。極大点が一つかどうかを判定し（Ｓ２２）、一つであれば（Ｙｅｓの場合）ステップＳ２７に進み、複数あれば（Ｎｏの場合）ステップＳ２３に進む。
ステップＳ２３では、算出した発電電力−出力電圧特性に基づき、発電電力が最大となる極大点の出力電圧Ｖ１（図３中、最大発電電力点となる出力電圧Ｖ１とする。）を求め、さらに、ステップＳ２４で、発電電力が２番目に大きい極大点の出力電圧Ｖ２（図３中、２番目に大きい発電電力点となる出力電圧Ｖ２とする。）を求める。そして、求めた出力電圧Ｖ１とＶ２の差分の絶対値を求めて閾値ｄｖ２と比較する（Ｓ２５）。｜Ｖ１−Ｖ２｜＜ｄｖ２の条件がＹｅｓであればステップＳ２７に進み、Ｎｏであればフラグｉを０、ＭＰＰＴ制御の回数ｊを０に設定してから（Ｓ２６）ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７でＭＰＰＴ制御の終了指令があればＭＰＰＴ制御を終了し、終了信号がなければステップＳ３へ戻る。

ステップＳ１９〜ステップＳ２６の処理は、統括制御モードにおいてＭＰＰＴ制御の回数が予め設定された回数ｊｎ２となった時に所定の時間が経過したとして、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力を統括した発電電力−出力電圧特性を算出し、この結果に基づき各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧が均等性の高い領域にあるか低い領域にあるかを判断する。算出した発電電力−出力電圧特性において、発電電力の極大点が複数あって、発電電力が最大および２番目となる極大点の出力電圧Ｖ１、Ｖ２の差が閾値ｄｖ２以上の場合に、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が低い領域であるとし、統括制御モードから個別制御モードに移行するようステップＳ２６でフラグｉを０に設定している。発電電力の極大点が一つである場合や、極大点が複数あっても出力電圧Ｖ１、Ｖ２の差が閾値ｄｖ２より小さい場合は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性は高い領域であるとし、統括制御モードが継続される。
ステップＳ１５〜ステップＳ２６の処理が繰り返されることで、統括制御モードにおいて、所定の時間間隔で各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力を統括した発電電力−出力電圧特性が算出され、統括制御モードを継続するか、個別制御モードに切り替えるかの判断が繰り返し行われることとなる。
なお、ステップＳ１９で使用される予め設定された回数ｊｎ２は、太陽光発電システム１００の使用状況等により自由に設定することができる。例えば、ｊｎ２の値を、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９によるＭＰＰＴ制御において、出力電圧（動作電圧）がある程度最大電力点に近づくような回数としておけば、ＭＰＰＴ制御が安定した状態となってから、統括制御モードから個別制御モードへの切り替えの判断を行うことができる。

以上のように、本実施の形態１では、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高いか、または各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が低いかという点に基づいて行い、均等性が低い領域では個別制御モードを選択し、均等性が高い領域では統括制御モードを選択する。このため、個別制御モード下でも、統括制御モード下でも、常に各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力がほぼ最大電力となるような出力電圧（動作電圧）にて制御を行うことができる。
そして、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧の均等性が高い領域では統括制御モードで制御することにより、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの発電量を維持した状態で、一つの統括ＭＰＰＴ制御モジュールにて全ての太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗを制御することができる。運転させるＭＰＰＴ制御モジュールの数を減らせることで、太陽光発電システム１００における電力変換損失を大きく低減することができる。
すなわち、本実施の形態１の太陽光発電システムは、電力変換損失の抑制を図りながら、常に各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの電力を効率よく得ることができる。

また、個別制御モード下において、所定の時間間隔で各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力電圧を検出し、各出力電圧の差が閾値ｄｖ１以下であれば、個別制御モードから統括制御モードに切り替えるため、統括制御モードに切り替わる時は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの最大電力となる出力電圧が近い場合に限られ、統括制御モードに切り替えたことにより、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの発電電力が低下することを抑制し、全ての太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗから効率よく電力を得ることができる。

また、統括制御モード下において、所定の時間間隔で各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力を統括した発電電力−出力電圧特性を算出し、複数の極大点のうち２つの極大点の出力電圧の差が閾値ｄｖ２以上であれば、統括制御モードから個別制御モードに切り替えるため、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの最大電力となる出力電圧がばらついた場合に、速やかに個別制御モードに切り替えることができる。従って、統括制御モード下で、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの最大電力となる出力電圧がばらついた時に発電電力が低下することを抑制し、個別制御モードにて全ての太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗから効率よく電力を得ることができる。
さらに、算出した発電電力−出力電圧特性の複数の極大点のうち、発電電力が最大となる極大点と、発電電力が２番目に大きい極大点との各出力電圧を比較することとすれば、特に極大点が３個以上ある場合に、各太陽電池アレイのうち発電電力の高い２つの太陽電池アレイの出力電圧に基づいて効率よく均等性の判断を行うことができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、統括制御モードから個別制御モードへの切り替えの判断を、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力を統括した発電電力−出力電圧特性に基づいて行ったが、この実施の形態２では、統括制御モードから個別制御モードへの切り替えを異なる方法で行う。
図４は、この実施の形態２における太陽光発電システム１００の処理フローを説明するフローチャートである。なお、太陽光発電システム１００の構成は上記実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態２の処理フローのうち、実施の形態１の処理フローと異なるのは、統括制御モードから個別制御モードへの切り替えを判断するステップＳ４０〜ステップＳ４４であり、それ以外の処理ステップＳ１〜ステップＳ２０、ステップＳ２７は上記実施の形態１と同様である。従って、以下、ステップＳ４０〜ステップＳ４４の説明を、ステップＳ１９から行う。

ステップＳ１９では、切替制御モジュール１０が、統括ＭＰＰＴ制御モジュール９によるＭＰＰＴ制御の回数ｊと予め設定された回数ｊｎ２を比較する（Ｓ１９）。
ｊ＜ｊｎ２の条件がＮｏであれば、ＭＰＰＴ制御の回数ｊを１に設定してから（Ｓ２０）、切替制御モジュール１０は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力率（発電電力／定格容量）αｅ、αｓ、αｗを算出し（Ｓ４０）、算出した各々の出力率αｅ、αｓ、αｗの差分の絶対値を求めて、予め設定されている第３閾値としての閾値ｄｐ１と比較する（Ｓ４１〜Ｓ４３）。
まず、ステップＳ４１で、αｅとαｓの差分の絶対値を求め、｜αｅ−αｓ｜＜ｄｐ１の条件がＹｅｓであればステップＳ４２に進み、Ｎｏであれば後述するステップＳ４４に進む。ステップＳ４２では、αｓとαｗの差分の絶対値を求め、｜αｓ−αｗ｜＜ｄｐ１の条件がＹｅｓであればステップＳ４３に進み、ＮｏであればステップＳ４４に進む。ステップＳ４３では、αｗとαｅの差分の絶対値を求め、｜αｗ−αｅ｜＜ｄｐ１の条件がＹｅｓであればステップＳ２７に進み、ＮｏであればステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、フラグｉを０、ＭＰＰＴ制御の回数ｊを０に設定し、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７でＭＰＰＴ制御の終了指令があればＭＰＰＴ制御を終了し、終了信号がなければステップＳ３へ戻る。
なお、具体的な各出力率αｅ、αｓ、αｗの算出方法は、切替制御モジュール１０が、個別電流検出部２ｅ、２ｓ、２ｗおよび個別電圧検出部３ｅ、３ｓ、３ｗにより検出した各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力電流、出力電圧を取得し、取得した検出値により各発電電力を演算し、それを各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの定格容量で割ることにより得られる。

ステップＳ１９〜ステップＳ４４の処理は、統括制御モードにおいてＭＰＰＴ制御の回数が予め設定された回数ｊｎ２となった時に所定の時間が経過したとして、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力率αｅ、αｓ、αｗを算出し、この結果に基づき統括制御モードを継続するか個別制御モードに切り替えるかを決定する。各々の出力率αｅ、αｓ、αｗの差分が一つでも閾値ｄｐ１以上となる場合は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧が均等性の低い領域にあると想定し、統括制御モードから個別制御モードに移行するようステップＳ４４でフラグｉを０に設定している。各々の出力率αｅ、αｓ、αｗの差分が全て閾値ｄｐ１より小さい場合は、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの出力電圧が均等性の高い領域にあると想定し、統括制御モードを継続する。
ステップＳ１５〜ステップＳ４４の処理が繰り返されることで、統括制御モードにおいて、所定の時間間隔で各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力率が算出され、統括制御モードを継続するか、個別制御モードに切り替えるかの判断が繰り返し行われることとなる。
なお、各出力率αｅ、αｓ、αｗに基づく判断の方法は上記に限られるものではなく、例えば、各出力率のうち最大のものと最小のものを選択し、この２つの出力率の差分の絶対値と閾値ｄｐ１を比較することにより判断することとしてもよい。

以上のように、本実施の形態２では、統括制御モードを継続するか、個別制御モードに切り替えるかの判断を、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力率に基づき行うため、切替制御モジュール１０において判断に必要な演算量が少なく、切り替え判断を容易に迅速に行うことができる。そして、速やかに個別制御モードに切り替えることができるため、各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗの最大電力となる出力電圧のばらつきによる発電電力の低下を抑制し、個別制御モードにて全ての太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗから効率よく電力を得ることができる。

なお、上記実施の形態１および本実施の形態２において、個別制御モードから統括制御モードへ切り替える判断の方法は、必ずしも各太陽電池アレイ１ｅ、１ｓ、１ｗ毎の出力電圧の差を比較することに限られるものではなく、他の方法であってもよい。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ｅ，１ｓ，１ｗ 太陽電池アレイ、
２ｅ，２ｓ，２ｗ 個別検出部としての個別電流検出部、
３ｅ，３ｓ，３ｗ 個別検出部としての個別電圧検出部、
５ｅ，５ｓ，５ｗ 個別ＭＰＰＴ制御モジュール、
６ 統括検出部としての統括電流検出部、７ 統括検出部としての統括電圧検出部、
９ 統括ＭＰＰＴ制御モジュール、１０ 切替制御モジュール、
１００ 太陽光発電システム。

Claims (10)

1. 複数の太陽電池アレイの最大電力点追従制御を行う太陽光発電システムにおいて、
   上記各太陽電池アレイ毎に出力電圧および出力電流を検出する複数の個別検出部と、
   上記各個別検出部からの検出値に基づいて上記各太陽電池アレイ毎に最大電力点追従制御を行う複数の個別ＭＰＰＴ制御モジュールと、
   上記各太陽電池アレイの出力をまとめた全体の出力電圧および出力電流を検出する統括検出部と、
   上記統括検出部からの検出値に基づいて上記各太陽電池アレイを統括して最大電力点追従制御を行う統括ＭＰＰＴ制御モジュールと、
   上記個別ＭＰＰＴ制御モジュールにより上記各太陽電池アレイ毎に最大電力点追従制御を行う個別制御モードと、上記統括ＭＰＰＴ制御モジュールにより上記各太陽電池アレイを統括して最大電力点追従制御を行う統括制御モードとの２種の制御モードを切り替える切替制御モジュールとを備え、
   上記切替制御モジュールは、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が低い領域では上記個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が高い領域では上記統括制御モードを選択することを特徴とする太陽光発電システム。
2. 上記切替制御モジュールは、上記個別検出部にて検出される上記各太陽電池アレイ毎の出力電圧の差が予め設定された第１閾値以下ならば、上記個別制御モードから上記統括制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電システム。
3. 上記切替制御モジュールは、上記統括検出部による検出値から上記複数の太陽電池アレイ全体の発電電力−出力電圧特性を算出し、算出した上記発電電力−出力電圧特性において発電電力の２つの極大点の出力電圧の差が予め設定された第２閾値以上ならば、上記統括制御モードから上記個別制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
4. 上記発電電力−出力電圧特性において発電電力が最大および２番目となる極大点を上記発電電力の２つの極大点とすることを特徴とする請求項３に記載の太陽光発電システム。
5. 上記切替制御モジュールは、上記個別検出部による検出値から上記各太陽電池アレイ毎の出力率を算出し、上記出力率の差が予め設定された第３閾値以上ならば、上記統括制御モードから上記個別制御モードに切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光発電システム。
6. 複数の太陽電池アレイの最大電力点追従制御を、各太陽電池アレイ毎に行う個別制御モードと各太陽電池アレイを統括して行う統括制御モードとを切り替えて行う太陽光発電システムの制御方法であって、
   上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が低い領域では上記個別制御モードを選択し、上記各太陽電池アレイの出力電圧の均等性が高い領域では上記統括制御モードを選択することを特徴とする太陽光発電システムの制御方法。
7. 上記個別制御モードで制御を行っている時に、
   上記各太陽電池アレイ毎の出力電圧を検出し、上記出力電圧の差が予め設定された第１閾値以下ならば、上記個別制御モードから上記統括制御モードに切り替えることを特徴とする請求項６に記載の太陽光発電システムの制御方法。
8. 上記統括制御モードで制御を行っている時に、
   上記複数の太陽電池アレイ全体の発電電力−出力電圧特性を算出し、算出した上記発電電力−出力電圧特性において発電電力の２つの極大点の出力電圧の差が予め設定された第２閾値以上ならば、上記統括制御モードから上記個別制御モードに切り替えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の太陽光発電システムの制御方法。
9. 上記発電電力−出力電圧特性において発電電力が最大および２番目となる極大点を上記発電電力の２つの極大点とすることを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電システムの制御方法。
10. 上記統括制御モードで制御を行っている時に、
    上記各太陽電池アレイ毎の出力率を算出し、上記出力率の差が予め設定された第３閾値以上ならば、上記統括制御モードから上記個別制御モードに切り替えることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の太陽光発電システムの制御方法。

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