JP2013206352A - 最大電力点検出方法、および最大電力点検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短期間で最大電力点を検出できるとともに、太陽電池を継続的に作動させた際においても発電効率の低下を抑制することができる最大電力点検出方法、および最大電力点検出装置を提供する。
【解決手段】太陽電池２の出力を最大出力点に追従させる最大電力点追従制御において、最大電力点追従制御を開始する前に、まず、太陽電池２の出力電圧を予め定められている基準電位差にて段階的に公称最大出力動作電圧まで定電圧制御にて変化させ、太陽電池２の出力電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させた後に、定電流制御により出力電圧を変化させ、太陽電池２の出力が増加する方向から減少する方向に変化する点を最大電力点として検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の出力を最大出力点に追従させる最大電力点追従制御において当該最大電力点を検出する最大電力点検出方法、および最大電力点検出装置に関する。

従来、太陽電池の出力を負荷に供給するための例えば交流電力に変換する際、太陽電池の出力電圧および出力電流のバランスを太陽電池の出力が最大となる最大電力点（最適動作点とも呼ばれる）に追従させて制御する最大電力点追従制御が行われている。このような最大電力点追従制御では、出力電圧と出力電流とに基づいて制御周期ごとに太陽電池の出力を算出し、出力電流あるいは出力電圧を若干変化させて変化後の出力と変化前の出力とを比較し、変化後の出力が増加していればさらにその方向の変化を継続し、低下していれば逆の方向に変化させるいわゆる山登り法によって最大電力点すなわち出力のピークの検出が行われている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、太陽電池は、気温や日照量などの環境条件によって最大電力点が変化する特性を有している。また、太陽の日射量そのものは変化していない場合であっても、太陽の位置が変化して隣家の影に入ったり、風などにより木の葉などが一時的に太陽電池の表面を覆ったりすると最大電力点は変化してしまう。このため、太陽電池の作動中には常に最大電力点追従制御を行うことで、太陽電池の発電効率を高めている。

しかしながら、従来の最大電力点追従制御では、最大電力点を検出するまでに太陽電池の出力の演算を必要としており、最大電力点を検出するまでの期間が長くなっていた。その結果、太陽電池が最大電力点で作動していない期間、すなわち、太陽電池を有効に利用できていない期間が長くなり、太陽電池を継続的に作動させた際に発電効率が低下してしまうという問題がある。

特開２０１０−６６９１９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、短期間で最大電力点を検出できるとともに、太陽電池を継続的に作動させた際においても発電効率の低下を抑制することができる最大電力点検出方法、および最大電力点検出装置を提供することにある。

請求項１記載の最大電力点検出方法の発明および請求項５記載の最大電力点検出装置の発明では、太陽電池の出力を最大出力点に追従させる最大電力点追従制御において、最大電力点追従制御を開始する前に、まず、太陽電池の出力電圧を予め定められている基準電位差にて段階的に公称最大出力動作電圧まで定電圧制御にて変化させる。
太陽電池の場合、日照条件や気温などにより出力特性が変化することからその最大電力点に追従させる制御が行われているものの、最大電力点の検出に時間を要していた。これは、太陽電池の出力に複数のピークが存在することがあり、最大電力点ではないピークで誤って追従制御を行うと発電効率が低下してしまうことから、検出したピークが最大電力点であるか否かを判定するための処理に時間を要していたことなどによる。また、検出したピークが仮に最大電力点であったとしても、そのピークから出力をずらして他のピークが存在するか否かを判定しており、さらにはその判定に上記したように時間を要していることから、太陽電池が期間最大電力点でない出力で作動している期間が長くなっていた。

そこで、発明者らは、様々な環境条件で太陽電池を作動させて最大電力点がどのように変化するのかを詳細に調査した結果、その最大電力点が集中する範囲を見いだした。換言すると、発明者らは、最大電力点追従制御すなわち演算処理をその都度行わなくとも、太陽電池の出力を最大電力点付近まで変化させることができることを見いだした。これにより、太陽電池の出力電圧がその範囲に達するまでは最大電力点追従制御を開始しないことで演算処理を不要とし、太陽電池の出力電圧が最大電力点付近まで変化するのに要する期間の短縮化、すなわち、短期間で最大電力点を検出することができる。

そして、太陽電池の出力電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させた後、定電流制御により出力電圧を変化させて、出力電圧を変化させる前の太陽電池の出力と変化させた後の出力とを比較し、出力が増加する方向から減少する方向に変化する点を最大電力点として検出する。つまり、連続動作時において、公称最大出力動作電圧の付近で出力の変化のピークを検出し、そのピークを最大電力点として特定する。これにより、最大電力点を検出するための複雑な演算処理が不要となり、また、他のピークがあるか否かの判定を省略することで、最大電力点を検出する期間の短縮化、すなわち、太陽電池が最大電力点でない出力で作動している期間の短縮化を図ることができる。

これらのように、太陽電池の出力を最大電力点まで変化させるのに要する期間の短縮、ならびに、連続動作時において最大電力点を検出するのに要する期間の短縮を両立させることにより、太陽電池が最大電力点でない状態で作動している期間を短縮することができ、太陽電池を継続的に作動させた際に発電効率が低下することを抑制することができる。
このとき、太陽電池の出力電圧を変化させると出力電流も変化することから、急激に出力電流を変化させると太陽電池の損傷を招くおそれがある。そこで、出力電圧を段階的に変化させることにより、出力電流の急激な変化を抑制して太陽電池の損傷を招くおそれを低減することができる。

請求項２記載の最大電力点検出方法の発明および請求項６記載の最大電力点検出装置の発明では、最大電力点を検出する対象となる検出範囲を、公称最大出力動作電圧を含む予め定められている電圧範囲として電圧値にて設定し、当該検出範囲において太陽電池の出力が最大になる点を最大電力点として検出する。
太陽電池の出力特性には複数のピークが存在する可能性があり、誤ったピークが最大電力点として検出されるおそれがある。その場合、例えば演算処理に時間が掛かる複雑なアルゴリズムを用いて最大のピークを判定したり、あるいは最大電力点を検出する検出範囲を大きくして他のピークが存在するか否かを確認したりすることで正しいピークを判定できるものの、最大電力点を検出するまでの期間が長くなってしまう。しかし、上記したように、最大電力点は公称最大出力動作電圧の付近に存在することから、それ以外の範囲に存在するピークは最大電力点ではないと考えられる。

そこで、最大電力点の検出対象となる検出範囲を、公称最大出力動作電圧を含む電圧範囲に絞り込む。これにより、公称最大出力動作電圧の付近にないピークが検出対象から除外される。したがって、複雑なアルゴリズムを用いて最大のピークを判定したり、あるいは最大電力点を検出する検出範囲を大きくしたりすることなどが不要となり、最大電力点をより短期間に検出することができる。
また、複数のピークが存在する場合であっても、検出範囲外のピークは除外される。また、検出範囲内に複数のピークが存在した場合には、検出範囲内で出力が最大になる点を最大電力点として検出する。これらにより、最大電力点を検出するのに要する期間を短縮しつつ、誤ったピークが最大電力点として検出されることを防止することができる。

請求項３記載の最大電力点検出方法の発明および請求項７記載の最大電力点検出装置の発明では、太陽電池の出力電圧を変化させる際、基準電位差を予め定められている第一補助電位差にて制御周期ごとに増加させる。上記したように太陽電池の出力電流を急激に変化させると太陽電池の損傷を招くおそれがある。そこで、太陽電池の出力電圧を徐々に大きくしながら変化させることで、太陽電池の損傷を招くおそれを低減しつつ、公称最大出力動作電圧まで変化させるのに要する期間の短縮化を図ることができる。

請求項４記載の最大電力点検出方法の発明および請求項８記載の最大電力点検出装置の発明では、太陽電池の出力電圧を変化させた際にその出力電流が保護電流値を超えて変化した場合には、基準電位差を第一補助電位差よりも小さい第二補助電位差にて増加させる。上記したように出力電圧を段階的に変化させることで太陽電池の損傷を招くおそれを低減させているものの、太陽電池は、出力電圧の変化量が同じであっても、出力電流の変化量が大きく異なる特性を有している。そこで、出力電流が保護電流値を超えて変化した場合には出力電流の変化がより小さくなる第二補助電位差にて基準電位差を増加させる。これにより、太陽電池の損傷を招くおそれを低減させつつ、出力電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させるのに要する期間が過度に長くなることを抑制することができる。

一実施形態によるパワーコンディショナの構成を模式的に示す図 日照量の変化による出力電流と出力電圧との関係を模式的に示す図 温度の変化による出力電流と出力電圧との関係を模式的に示す図 最大電力点検出処理の流れを示す図その１ 最大電力点検出処理の流れを示す図その２ 太陽電池の出力の推移を実施例と比較例とにて模式的に示す図

以下、本発明の一実施形態による最大電力点検出方法、および最大電力点検出装置について、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示すように、パワーコンディショナ１（図１ではＰＣＳと示す）は、太陽電池２、商用系統３（いわゆる商用電源）および負荷４に接続している。パワーコンディショナ１は、特許請求の範囲に記載した最大電力点検出装置に相当する。

太陽電池２は、周知のように、太陽光を受光して発電し、発電した直流電力をパワーコンディショナ１に出力する。本実施形態では、太陽電池２として、一般家庭の屋根などに設置される太陽光発電モジュール（いわゆるソーラーパネル）を想定している。また、本実施形態では、負荷４として、交流電力により駆動される機器を想定している。負荷４は、一般家庭であれば、例えば冷蔵庫やテレビあるいは照明器具などが考えられる。つまり、本実施形態のパワーコンディショナ１は、太陽電池２の出力（直流電力）を、負荷４に供給するための電力（交流電力）に変換する機能を備えている。

パワーコンディショナ１は、制御回路５、昇圧回路６（図１ではＤＣ−ＤＣと示す）、インバータ回路７（図１ではＤＣ−ＡＣと示す）、および電流・電圧検出器８を備えている。なお、パワーコンディショナ１は、図示は省略するが、周知のように商用系統３と接続するための保護回路や、負荷４に供給する電力の位相を商用系統３の位相に同期させる位相同期回路なども備えている。

パワーコンディショナ１の制御回路５は、主制御部１０（図１ではＭＣＵと示す）、ＡＤコンバータ１１、昇圧側ＰＷＭ生成器１２およびインバータ側ＰＷＭ生成器１３などを有している。主制御部１０は、図示しないマイクロコンピュータにより構成されており、パワーコンディショナ１の全体を制御する。また、主制御部１０は、電流・電圧検出器８から出力される信号をＡＤコンバータ１１にてデジタル変換することで、太陽電池２の出力電流および出力電圧を検出する。主制御部１０は、特許請求の範囲に記載した制御手段を構成している。また、主制御部１０は、詳細は後述するが、太陽電池２の出力電圧を段階的に変更する電圧変更手段、および最大電力点を検出する検出範囲を設定する設定手段を構成している。また、電流・電圧検出器８およびＡＤコンバータ１１は、特許請求の範囲に記載した電流電圧検出手段を構成している。

昇圧回路６は、昇圧側ＰＷＭ生成器１２により駆動され、太陽電池２の出力電圧をインバータ回路７に供給するための電圧まで昇圧する。インバータ回路７は、インバータ側ＰＷＭ生成器１３により駆動され、昇圧回路６から入力された直流電圧を交流電圧に変換する。昇圧側ＰＷＭ生成器１２は、主制御部１０からの指令信号に基づいて、昇圧回路６を駆動するためのＰＷＭ信号を生成する。インバータ側ＰＷＭ生成器１３は、主制御部１０からの指令信号に基づいて、インバータ回路７を駆動するＰＷＭ信号を生成する。なお、これら昇圧回路６やインバータ回路７などは太陽電池２の出力を商用系統３で利用可能な交流電力に変換する際に一般的に採用されている回路であるので、ここでは詳細な説明は省略する。

また、制御回路５は、図示しない直流電源回路を有している。この直流電源回路は、例えば降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ回路などにより構成されており、太陽電池２の出力の一部を制御回路５にて使用可能な電圧に変換する。そして、制御回路５の主制御部１０などは、直流電源回路から供給される電力により作動する。すなわち、制御回路５は、太陽電池２の出力を消費している。また、制御回路５は、周知のように、昇圧回路６あるいはインバータ回路７の出力を調整することにより、太陽電池２の出力電流および出力電圧を変化可能な構成となっている。

次に、上記した構成のパワーコンディショナ１の作用について、最大電力点検出方法の詳細とともに説明する。
太陽電池２の出力は、出力電圧と出力電流とに基づいて、出力（Ｗ）＝出力電圧（Ｖ）×出力電流（Ａ）として算出される。この場合、出力電圧および出力電流がともに大きければ出力も大きくなると考えられる。しかし、太陽電池２は、図２に示すように、出力電圧が大きくなるにつれて出力電流が小さくなる特性を有している。このため、出力電圧を大きくすると出力電流が小さくなって出力が低下する一方、出力電流を大きくすると出力電圧が小さくなってやはり出力が低下する。つまり、太陽電池２には、出力（＝出力電圧×出力電流）が最大となる点、すなわち、最大電力点（図２では符号Ｐ_Ａと示す）が存在する。そして、太陽電池２の出力を効率良く利用するために、最大電力点追従制御が行われている。以下、最大電力点追従制御を、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御と称する。

太陽電池２の最大電力点は、前述のように温度や日照量などの環境条件によって変化する。具体的には、図２に示すように、例えば日射量が１０００Ｗ／ｍ^２から５００Ｗ／ｍ^２に変化した場合（その逆の変化でも同様）には、最大電力点が変化する。また、図３に示すように、温度が２５℃から４５℃に変化した場合（その逆の変化でも同様）には、やはり最大電力点が変化する。このため、太陽電池２を制御する際には、その出力を常に最大電力点に追従させるために、常に最大電力点追従制御が行われている。このため、太陽電池２を如何に最大電力点付近で作動させるかによって、発電効率が変化する。

さて、発明者らは、上記した特性を有する太陽電池２を様々な環境条件下で作動させ、その最大電力点がどのように変化するのかを詳細に調査した。その結果、発明者らは、最大電力点追従制御において太陽電池２の最大電力点を迅速且つ的確に検出することができる可能性を見いだした。具体的には、発明者らは、環境条件が変わったとしても、その最大電力点は太陽電池２の仕様によって決定される公称最大出力動作電圧（図２、３では符号Ｐｍにて示す）の付近であること、および、その最大電力点が分布する範囲は、太陽電池２の仕様によって異なるものの、公称最大出力動作電圧を含むある電圧範囲内（図２、３では±５Ｖの範囲）であることを見いだした。そこで、発明者らは、以下に説明する最大電力点検出方法にて最大電力点を検出させることで、太陽電池２の発電効率を高めている
パワーコンディショナ１は、図４および図５に示す最大電力点検出処理を実行している。なお、以下に説明する最大電力点検出方法においては、その処理は例えば主制御部１０などにより行われるものであるが、説明の簡略化のため、制御回路５を主体として説明する。

制御回路５は、図４に示すように、作動を開始すると、太陽電池２の出力電流（以下、ＰＶ電流と称する）および出力電圧（以下、ＰＶ電圧と称する）をサンプリングする（Ｓ１）。本実施形態の場合、作動を開始した直後つまりステップＳ１の時点では、ＰＶ電圧は、太陽電池２の仕様により決定される公称開放電圧（出力電圧の許容上限値）に設定されている。この公称開放電圧では、図２、３に示すように、ＰＶ電流はほぼ０である。つまり、制御回路５は、作動の開始時に太陽電池２に過電流が流れないようにするため、ＰＶ電圧の初期値を公称開放電圧に設定している。

続いて、制御回路５は、ステップＳ１でサンプリングしたＰＶ電圧が公称最大出力動作電圧以下になったか否か、換言すると、ＰＶ電圧が公称最大出力動作電圧まで達したか否かを判定する（Ｓ２）。さて、制御回路５は、作動を開始した直後においては、ＰＶ電圧が公称最大出力動作電圧よりも大きいので（Ｓ２：ＮＯ）、ＰＶ電流の変化量が保護電流値以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。ここで、ＰＶ電流の変化量とは、ＰＶ電圧を変化させる前のＰＶ電流と変化させた後のＰＶ電流との差である。また、保護電流値とは、太陽電池２の仕様に応じて予め設定されている基準値である。ＰＶ電流は、図２、３に示したように、公称開放電圧では０になっているものの、ＰＶ電圧を公称最大出力動作電圧に向かって下げていくと急激に上昇する。このため、制御回路５は、ＰＶ電流が過度に流れないように保護電流値を設定することで、過電流による太陽電池２の破損などを抑制している。

続いて、制御回路５は、作動を開始した直後ではＰＶ電流が変化しておらず、ＰＶ電流の変化量が保護電流値未満であると考えられるので（Ｓ３：ＮＯ）、ＰＶ電圧を変化させる変化量（ΔＶ）を、ΔＶ＝ΔＶ＋Ｖ_ＳＴＥＰ１として算出する（Ｓ４）。ここで、ΔＶは、特許請求の範囲に記載した基準電位差に相当し、ＰＶ電圧を増加させる電位差として太陽電池２の種類に応じて予め設定されている。また、Ｖ_ＳＴＥＰ１は、特許請求の範囲に記載した第一補助電位差に相当し、制御周期ごとに基準電位差を増加させるための電位差として予め設定されている。つまり、本実施形態では、基準電位差（ΔＶ）を第一補助電圧にて徐々に増加させつつ、換言すると、一度に変化させる電位差を徐々に大きくしつつ、ＰＶ電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させている。
そして、制御回路５は、ステップＳ１にてサンプリングしたＰＶ電圧およびステップＳ４にて設定した基準電位差に基づいて、太陽電池２の出力電圧を、出力電圧＝ＰＶ電圧＋ΔＶとして設定し（Ｓ６）、その出力電圧にて定電圧制御を行う（Ｓ７）。

さて、制御回路５は、定電圧制御を行うと、上記したステップＳ１に移行してＰＶ電流およびＰＶ電圧をサンプリングした後、ステップＳ２においてＰＶ電圧が公称最大出力動作電圧に達したか否か判定する。このとき、ＰＶ電圧がまだ公称最大出力動作電圧に達していない場合には（Ｓ２：ＮＯ）、ＰＶ電流の変化量が保護電流値以上であるか否かを判定する（Ｓ３）。そして、ＰＶ電流の変化量が保護電流値未満であれば（Ｓ３：ＮＯ）、上記したようにステップＳ４に移行して基準電位差を算出する。

これに対して、制御回路５は、太陽電池２の出力電圧を変化させたことによりＰＶ電流の変化量が保護電流値以上になった場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、基準電位差を増加させる前の値に戻した後、つまり、ΔＶ＝ΔＶ−Ｖ_ＳＴＥＰ１とした後、新たな基準電位差をΔＶ＝ΔＶ＋Ｖ_ＳＴＥＰ２として算出する（Ｓ５）。ここで、Ｖ_ＳＴＥＰ２は、特許請求の範囲に記載した第二補助電位差に相当し、第一補助電位差（Ｖ_ＳＴＥＰ１）よりも小さい値として予め設定されている。なお、第二補助電位差は、例えば第一補助電位差の１／２のなど固定値で設定してもよいし、保護電流値を超過していると連続して判定した回数を計数しておき、その回数に応じて第二補助電位差を徐々に小さくするようにしてもよい。

そして、制御回路５は、新たな基準電位差に基づいて、出力電圧＝ＰＶ電圧＋ΔＶとして算出し（Ｓ６）、その出力電圧にて定電圧制御を行う（Ｓ７）。このように、制御回路５は、第一補助電位差にて増加させた基準電位差で定電圧制御を行った結果、変化後の出力電流が変化させる前の出力電流よりも予め設定されている保護電流値を超えて変化した場合には、基準電位差の現在値から増加させた第一補助電位差を減算した後、第一補助電位差よりも小さい第二補助電位差にて増加させた新たな基準電位差を算出することで、太陽電池２に過電流が流れることを防止している。

さて、制御回路５は、太陽電池２の出力電圧を繰り返し変化させた結果、出力電圧が公称最大出力動作電圧に達したと判定すると（Ｓ２：ＹＥＳ）、図５に示すステップＳ８に移行する。なお、制御回路５は、この時点まで、すなわち、作動開始からＰＶ電圧が最初に公称最大出力動作電圧に達するまでは、ＭＰＰＴ制御による最大電力点の検出は行っていない。換言すると、制御回路５は、ＭＰＰＴ制御を開始する前に、ＰＶ電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させている。

制御回路５は、出力電圧が公称最大出力動作電圧に達したと判定すると、図５に示すように、ＰＶ電流およびＰＶ電圧をサンプリングし（Ｓ８）、サンプリングしたＰＶ電流およびＰＶ電圧に基づいて、太陽電池２の出力（ＰＶ電力）をＰＶ電力＝ＰＶ電流×ＰＶ電圧として算出する（Ｓ９）。つまり、制御回路５は、この時点からＭＰＰＴ制御を開始する。続いて、制御回路５は、ステップＳ９で算出したＰＶ電力が、前回ＰＶ電力以上であるか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、前回ＰＶ電力とは、後述するステップＳ１９にて記憶される値であり、過去に算出したもののうち直近のＰＶ電力に相当する。なお、作動の開始後初めてステップＳ１０を実行する場合には、前回ＰＶ電力を例えば０として判定すればよい。

制御回路５は、ＰＶ電力が前回ＰＶ電力以上であれば（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｐ_ＭＯＤＥに「増加」を設定する（Ｓ１１）。ここで、Ｐ_ＭＯＤＥとは、ＰＶ電力が前回ＰＶ電力よりも増加したか減少したかを示すフラグであり、増加していれば「増加」が設定される。これに対して、制御回路５は、ＰＶ電力が前回ＰＶ電力未満であれば（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｐ_ＭＯＤＥに「減少」を設定する（Ｓ１２）。以下、説明の簡略化のために、Ｐ_ＭＯＤＥが「増加」の場合と「減少」の場合とに分けて説明する。

＜Ｐ_ＭＯＤＥ＝「増加」に設定した場合＞
制御回路５は、ＰＶ電力が前回ＰＶ電力以上であり（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｐ_ＭＯＤＥに「増加」を設定した場合には（Ｓ１１）、現在のＰ_ＭＯＤＥが「増加」であることから（Ｓ１３：ＹＥＳ）、Ｉ_ＤＩＲが正方向であるか否かを判定する（Ｓ１４）。ここで、Ｉ_ＤＩＲとは、ＰＶ電流の調整方向であり、太陽電池２から引き込む電流量（つまり、太陽電池２の出力電流）を増加させる方向を「正方向」、減少させる方向を「負方向」としている。

制御回路５は、現在のＩ_ＤＩＲが正方向であれば（Ｓ１４：ＹＥＳ）、引き込む電流量を、引き込む電流量＝ＰＶ電流＋ΔＩとして算出する（Ｓ１８）。これに対して、制御回路５は、現在のＩ_ＤＩＲが負方向であれば（Ｓ１４：ＮＯ）、引き込む電流量を、引き込む電流量＝ＰＶ電流−ΔＩとして算出する（Ｓ２０）。つまり、現在のＰ_ＭＯＤＥが「増加」であれば現在のＩ_ＤＩＲの方向を維持してＰＶ電流を変化させればＰＶ電力が増加することになるため、制御回路５は、Ｐ_ＭＯＤＥが「増加」である場合にはそのＩ_ＤＩＲの方向にＰＶ電流を変化させている。

そして、現在のＰＶ電力を前回ＰＶ電力として記憶（保存）した後（Ｓ１９）、ステップＳ１８又はＳ２０にて算出した引き込む電流量に基づいて、定電流制御を実行する（Ｓ２１）。
このように、制御回路５は、Ｐ_ＭＯＤＥが「増加」であればＰＶ電力を増加させる余地があると判定し、そのＩ_ＤＩＲの方向にＰＶ電流を変化させている。

＜Ｐ_ＭＯＤＥ＝「減少」の場合」＞
一方、制御回路５は、ＰＶ電力が前回ＰＶ電力未満であり（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｐ_ＭＯＤＥに「減少」を設定した場合には（Ｓ１１）、現在のＰ_ＭＯＤＥが「減少」であることから（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｉ_ＤＩＲが正方向であるか否かを判定する（Ｓ１５）。そして、現在のＩ_ＤＩＲが正方向であれば（Ｓ１５：ＹＥＳ）、Ｉ_ＤＩＲを逆の負方向に切り替える（Ｓ１６）。一方、Ｉ_ＤＩＲが正方向でなければ（Ｓ１５：ＮＯ）、Ｉ_ＤＩＲを正方向に切り替える（Ｓ１７）。つまり、現在のＰ_ＭＯＤＥが「減少」であれば、現在のＩ_ＤＩＲの方向でＰＶ電流を変化させるとＰＶ電力がさらに減少することから、制御回路５は、Ｐ_ＭＯＤＥが「減少」である場合には、現在のＩ_ＤＩＲから逆方向にＰＶ電流を変化させるために現在のＩ_ＤＩＲと逆の方向に、すなわち、ＰＶ電力を増加させる方向に切り替える。

そして、制御回路５は、Ｉ_ＤＩＲの方向を切り替えると、ステップＳ１４に移行して上記したように判定したＩ_ＤＩＲの方向にて引き込む電流量を変化させ（Ｓ１８、またはＳ２０）、ステップＳ１９およびステップＳ２１の処理を行った後、ステップＳ１に移行する。そして、Ｐ_ＭＯＤＥが再び「減少」となるまでＩ_ＤＩＲの方向（＝ＰＶ電力が増加する方向）を維持したまま上記した処理を繰り返す。
このように、制御回路５は、Ｐ_ＭＯＤＥが「減少」であれば、そのＩ_ＤＩＲの方向ではＰＶ電力がさらに減少していくことから、現在のＩ_ＤＩＲの方向とは逆の方向にＰＶ電流を変化させている。

さて、上記したようなＰ_ＭＯＤＥが「増加」から「減少」に変化する点に向かってＩ_ＤＩＲの方向を切り替える処理は、ＰＶ電力のピークに向かってＩ_ＤＩＲの方向を切り替える処理であると言える。すなわち、制御回路５は、上記した処理を実行することにより、ＰＶ電力を、その出力が最大となるピーク（最大動作点）に追従させている。つまり、制御回路５は、公称最大出力動作電圧の付近において、最大電力点を検出している。

このような処理を行うことにより、太陽電池２の出力は、図６に示すような態様にて変化する。具体的には、図６（Ａ）に実施例のグラフにて示すように、太陽電池２の出力は、作動が開始されてから最大電力点に到達するまでの期間（図６に示す期間ｔ０）が、図６（Ｂ）の比較例のグラフにて示されている従来の手法よりも短くなる。これは、本実施形態では公称最大出力動作電圧に達するまでにＰＶ電力の算出およびＭＰＰＴ制御を行っていないのに対し、従来の手法では、ＰＶ電力をその都度算出するとともにＭＰＰＴ制御を作動の開始時点から行っているために生じる差である。

また、実施例のグラフでは、ＭＰＰＴ制御を開始した後における最大電力点への追従速度が（図６に示す期間ｔ１の長さ）が、従来の手法よりも短縮されている。これは、本実施形態では、最大電力点を公称最大出力動作電圧の付近においてＰ_ＭＯＤＥが「増加」から「減少」に変化した点として検出することで処理時間が短縮されているのに対し、従来の手法では、Ｐ_ＭＯＤＥが「減少」であってもその先にさらにピークが無いと判断できるまでＰ_ＭＯＤＥが「減少」の状態が継続されることから処理時間が長くなるためである。

ここで、上記したように、環境条件によりその出力が変化する太陽電池２に対しては常にＭＰＰＴ制御が行われている。そのため、ＭＰＰＴ制御を開始した以降の期間（図６に示す期間ｔ２）において、図６に示す実データと最大電力点と差、すなわち、太陽電池２の実際の出力と出力可能な最大電力との差は、累積されていく。換言すると、本実施形態の最大点検出方法を採用した場合と従来の手法を採用した場合とでは、太陽電池２の作動期間が長ければ長いほど、発電効率に大きな差が生じていくことになる。
このように、本実施形態では、制御回路５における処理時間を短縮することで、太陽電池２の発電効率の向上を図っている。

以上説明した本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
最大電力点追従制御を開始する前に、太陽電池２の出力電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させることにより、その期間において最大電力点を検出すること、つまり、演算処理が不要となる。これにより、太陽電池２の出力電圧が最大電力点付近まで変化するのに要する期間の短縮化を図ることができる。そして、太陽電池２の出力電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させた後には、定電流制御により出力電圧を変化させ、太陽電池２の出力が増加する方向から減少する方向に変化する点を最大電力点として検出する。このように最大電力点を検出する演算を簡略化することにより、最大電力点を検出する演算処理に要する期間の短縮化を図っている。これらにより、本実施形態では、太陽電池２の出力を最大電力点まで変化させるのに要する期間の短縮化、ならびに、最大電力点を検出するのに要する期間の短縮化を両立させている。したがって、太陽電池２が最大電力点でない状態で作動している期間を短縮することができ、太陽電池２を継続的に作動させた際（つまり、連続動作時）において発電効率が低下することを抑制することができる。

太陽電池２の出力電圧を変化させる際には、基準電位差を段階的に公称最大出力動作電圧まで変化させるので、出力電圧を変化させた際に出力電流が急激に変化することが抑制される。これにより、太陽電池２の損傷を招くおそれを低減することができる。
太陽電池２の出力電圧変化させる基準電位差を、第一補助電位差にて段階的に増加させ、太陽電池２の出力電圧を徐々に大きくしながら変化させる。これにより、太陽電池２の損傷を招くおそれを低減しつつ、公称最大出力動作電圧まで変化させるのに要する期間を短縮することができる。

太陽電池２の電圧を変化させた際にその出力電流が保護電流値を超えて変化した場合には、基準電位差を第一補助電位差よりも小さい第二補助電位差にて増加させる。これにより、例えば図２、図３に示すように同じ電位差で出力電圧を変化させた際に急激に電流値が変化する範囲（公称開放電圧から公称最大出力動作電圧までの範囲）において、太陽電池２の損傷を招くおそれを低減させつつ、出力電圧を公称最大出力動作電圧まで変化させるのに要する期間が過度に長くなることを抑制することができる。特に、本実施形態のように公称開放電圧から出力電圧を下げていく場合、このような手法が有効となる。

このような最大点検出方法を採用している最大点検出装置としてのパワーコンディショナ１は、上記したように太陽電池２が最大電力点でない状態で作動している期間を短縮することができ、太陽電池２を継続的に作動させた際に発電効率が低下することを抑制することができる。
また、上記したように演算処理を少なくすることにより、制御回路５における演算負荷を低減すること、すなわち、制御回路５を低消費電力化することができる。上記したように制御回路５は太陽電池２の出力の一部を利用して作動することから、制御回路５を低消費電力化すれば、負荷４に供給可能な電力を増加させることができる。したがって、太陽電池２の出力を負荷４に対して有効に利用することができる。
作動の開始時にはＰＶ電圧の初期値を公称開放電圧に設定して太陽電池２に過電流が流れることを抑制しているので、太陽電池２が損傷するおそれを低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、一実施形態にて例示したものに限定されることなく、例えば以下のように変形あるいは拡張することができる。
最大電力点を検出する検出範囲を、公称最大出力動作電圧を含む予め定められている電圧範囲（例えば、公称最大出力動作電圧±５Ｖの範囲。図２、図３参照）として設定し、その範囲内でピーク（Ｐ_ＭＯＤＥが「増加」から「減少」に変化する点）の検出を行うようにしてもよい。例えば、太陽電池２の出力特性には複数のピークが存在する可能性があり、誤ったピークが最大電力点として検出されるおそれがある。その場合、例えば演算処理に時間が掛かる複雑なアルゴリズムを用いて最大のピークを判定したり、あるいは最大電力点を検出する検出範囲を大きくして他のピークが存在するか否かを確認したりすることで正しいピークを判定できるものの、最大電力点を検出するまでの期間が長くなる。しかし、上記したように最大電力点は公称最大出力動作電圧の付近に存在することから、それ以外の範囲に存在するピークは、最大電力点ではないと考えられる。

そこで、最大電力点の検出対象となる検出範囲を、公称最大出力動作電圧を含む検出範囲に絞り込むことにより、複雑なアルゴリズムを用いて最大のピークを判定したり、あるいは最大電力点を検出する検出範囲を大きくしたりすることなどが不要となり、最大電力点をより短期間に検出することができる。また、複数のピークが存在する場合であっても、検出範囲外のピークは除外される上、検出範囲内で出力が最大になる点を最大電力点として検出するので、誤ったピークが最大電力点として検出されることを防止することができる。
実施形態で示した数値は例示であり、これに限定されるものではない。

図面中、１はパワーコンディショナ（最大電力点検出装置）、２は太陽電池、８は電流・電圧検出器（電流電圧検出手段）、１０は主制御部（制御手段、電圧変更手段、設定手段）、１１はＡＤコンバータ（電流電圧検出手段）を示す。

Claims (8)

1. 太陽電池の出力を最大出力点に追従させる最大電力点追従制御において前記最大電力点を検出する最大電力点検出方法であって、
   前記太陽電池の出力電流および出力電圧を検出し、
   前記最大電力点追従制御を開始する前に、定電圧制御により前記太陽電池の出力電圧を予め定められている基準電位差にて段階的に前記太陽電池の公称最大出力動作電圧まで定電圧制御にて変化させ、
   前記太陽電池の出力電圧を前記公称最大出力動作電圧まで変化させた後、定電流制御により出力電圧を変化させ、出力電圧を変化させる前の前記太陽電池の出力と変化させた後の出力とを比較し、前記太陽電池の出力が増加する方向から減少する方向に変化する点を最大電力点として検出することを特徴とする最大電力点検出方法。
2. 前記最大電力点を検出する対象となる検出範囲を、前記公称最大出力動作電圧を含む予め定められている電圧範囲として電圧値にて設定し、
   前記検出範囲において前記太陽電池の出力が最大になる点を、前記最大電力点として検出することを特徴とする請求項１記載の最大電力点検出方法。
3. 前記太陽電池の出力電圧を変化させる際、前記基準電位差を予め定められている第一補助電位差にて制御周期ごとに増加させることを特徴とする請求項１または２記載の最大電力点検出方法。
4. 前記太陽電池の出力電圧を変化させた際、変化後の出力電流が予め設定されている保護電流値を超えて変化した場合には、前記基準電位差の現在値から前記前記第一補助電位差を減算した後、当該基準電位差を前記第一補助電位差よりも小さい第二補助電位差にて増加させることを特徴とする請求項３記載の最大電力点検出方法。
5. 太陽電池の出力を最大出力点に追従させる最大電力点追従制御において前記最大電力点を検出する最大電力点検出装置であって、
   前記太陽電池の出力電流および出力電圧を検出する電流電圧検出手段と、
   前記最大電力点追従制御を開始する前に、定電圧制御により前記太陽電池の出力電圧を予め定められている基準電位差にて段階的に前記太陽電池の公称最大出力動作電圧まで定電圧制御にて変化させる電圧変更手段と、
   前記太陽電池の出力電圧を前記公称最大出力動作電圧まで変化させた後、定電流制御により出力電圧を変化させ、出力電圧を変化させる前の前記太陽電池の出力と変化させた後の出力とを比較し、出力が増加する方向から減少する方向に変化する点を最大電力点として検出する制御手段と、
   を備えることを特徴とする最大電力点検出装置。
6. 前記最大電力点を検出する対象となる検出範囲を、前記公称最大出力動作電圧を含む予め定められている電圧範囲として電圧値にて設定する設定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記検出範囲において前記太陽電池の出力が最大になる点を、前記最大電力点として検出することを特徴とする請求項５記載の最大電力点検出装置。
7. 前記電圧変更手段は、前記太陽電池の出力電圧を変化させる際、前記基準電位差を予め定められている第一補助電位差にて制御周期ごとに増加させることを特徴とする請求項５または６記載の最大電力点検出装置。
8. 前記電圧変更手段は、前記太陽電池の出力電圧を変化させた際、変化後の出力電流が予め設定されている保護電流値を超えて変化した場合には、前記基準電位差の現在値から前記前記第一補助電位差を減算した後、当該基準電位差を前記第一補助電位差よりも小さい第二補助電位差にて増加させることを特徴とする請求項７記載の最大電力点検出装置。

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