JP2014067258A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池の出力電力特性に極大点が複数発生した場合でも、発電効率の低下を抑制することができるパワーコンディショナを提供する。
【解決手段】 制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電圧を、開放電圧〜０の間で複数段階に減少または複数段階に増加させて、出力電圧のそれぞれにおける太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力を算出するスキャン制御を、昇圧回路２１〜２４毎に行い、スキャン制御を行った後、昇圧回路２１〜２４毎に、スキャン制御において算出された出力電力が最も高い出力電圧近傍で最大電力追従制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーコンディショナに関するものである。

従来、太陽電池の発電電力を用いた電力供給システムがある（例えば、特許文献１参照）。この太陽電池から電力を有効に取り出すために、太陽電池の出力電力が最大となる動作点（最大電力点）で太陽電池を動作させる最大電力追従制御（以降、ＭＰＰＴ制御と称す：Maximum Power Point Tracking）が用いられる（例えば、特許文献２参照）。

太陽電池の電圧電流特性（以降、ＶＩ特性と称す）は、一般に図３（ａ）のように示される。太陽電池の出力開放時は、出力電流＝０、出力電圧＝Ｖｃとなり、太陽電池の出力短絡時は、出力電流＝Ｉｃ、出力電圧＝０となる。なお、Ｖｃを開放電圧、Ｉｃを短絡電流と称す。

また、太陽電池の出力電力特性は、一般に図３（ｂ）のように示される。太陽電池の出力電力特性は、日射量によって変動するが、通常、出力電力が極大となる極大点は１点であり、この極大点が最大電力点Ｘｍ１１となる。そして、ＭＰＰＴ制御では、太陽電池の動作点を最大電力点Ｘｍ１１に追従させることによって、太陽電池から最大電力を取り出すことができる。

特開２０００−１１６０１０号公報 特開２００７−１３３７６５号公報

しかしながら、太陽電池に局所的な影や汚れが生じた場合、太陽電池のＶＩ特性は図４（ａ）のように、開放電圧Ｖｃ近傍では出力電流Ｉｏが段階的に低下する。そして、太陽電池に局所的な影や汚れが生じた場合、太陽電池の出力電力特性は、図４（ｂ）のように示され、出力電力が極大となる極大点が複数発生する（図４（ｂ）では、２つの極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２）。このような状態でＭＰＰＴ制御を行った場合、太陽電池の動作点が最大電力点Ｘｍ２１に追従するとは限らず、出力電力が低い他の極大点Ｘｍ２２に追従することがある。太陽電池の動作点が極大点Ｘｍ２２に追従した場合、太陽電池から取り出せる電力は低くなり、発電効率が低下するという問題が発生する。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池の出力電力特性に極大点が複数発生した場合でも、発電効率の低下を抑制することができるパワーコンディショナを提供することにある。

本発明のパワーコンディショナは、複数系統の太陽電池のそれぞれを接続する複数の直流電力入力部と、前記直流電力入力部のそれぞれに接続された前記太陽電池の各出力を所定の直流電圧に変換する複数の直流電圧変換部と、複数の前記直流電圧変換部から出力される直流電力を交流電力に変換する直流／交流変換部と、前記太陽電池の出力に対する最大電力追従制御を前記直流電圧変換部毎に行う制御部とを備え、前記制御部は、前記太陽電池の出力電圧を、予め決められた第１の電圧と第２の電圧との間で複数段階に減少または複数段階に増加させて、前記出力電圧のそれぞれにおける前記太陽電池の出力電力を算出するスキャン制御を、前記直流電圧変換部毎に行い、前記スキャン制御を行った後、前記直流電圧変換部毎に、前記スキャン制御において算出された前記出力電力が最も高い前記出力電圧近傍で前記最大電力追従制御を行うことを特徴とする。

この発明において、前記制御部は、前記最大電力追従制御を行っているときに、少なくとも１つの前記太陽電池の出力電力が閾値以下である状態が所定時間以上継続した場合、前記スキャン制御を開始することが好ましい。

この発明において、前記太陽電池から供給される電力を動作電源として用い、前記制御部は、前記スキャン制御を行うことによって前記太陽電池から供給される電力が所定値を下回る場合、前記スキャン制御の実行を禁止することが好ましい。

この発明において、前記制御部は、所定周期を分割した各時間単位を、前記直流電圧変換部のそれぞれに割り当てて、前記直流電圧変換部毎の前記最大電力追従制御を時分割で行い、前記所定周期内に、いずれか１つの前記直流電圧変換部に対してのみ、この直流電圧変換部に割り当てられた前記時間単位において前記スキャン制御を行うことが好ましい。

この発明において、前記制御部は、前記スキャン制御を行うことによって、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを、前記太陽電池毎に生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、所定のタイミング以降は、前記データベースに格納されている前記出力電力特性データに基づいて決定した前記太陽電池毎の最大電力点近傍で、前記最大電力追従制御を行うことが好ましい。

この発明において、前記制御部は、前記スキャン制御のそれぞれの前後における前記太陽電池の出力変動が所定範囲内に収まっている場合、このスキャン制御の前記算出結果を用いて、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、前記データベースに格納した前記出力電力特性データの履歴に基づいて、前記太陽電池毎の最大電力点を推定し、前記最大電力追従制御を行っているときに、前記太陽電池の動作点が前記推定した前記最大電力点近傍から外れた場合、前記スキャン制御を開始することが好ましい。

この発明において、前記制御部は、前記スキャン制御のそれぞれの前記算出結果に基づく前記太陽電池の出力電力が所定値以上である場合、このスキャン制御の前記算出結果を用いて、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、前記データベースに格納した前記出力電力特性データの履歴に基づいて、前記太陽電池毎の最大電力点を推定し、前記最大電力追従制御を行っているときに、前記太陽電池の動作点が前記推定した前記最大電力点近傍から外れた場合、前記スキャン制御を開始することが好ましい。

この発明において、前記制御部は、前記スキャン制御のそれぞれの前記算出結果に基づく前記太陽電池の出力電力の極大点が所定範囲内に収まっている場合、このスキャン制御の前記算出結果を用いて、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、前記データベースに格納した前記出力電力特性データの履歴に基づいて、前記太陽電池毎の最大電力点を推定し、前記最大電力追従制御を行っているときに、前記太陽電池の動作点が前記推定した前記最大電力点近傍から外れた場合、前記スキャン制御を開始することが好ましい。

以上説明したように、本発明では、太陽電池に局所的な影や汚れが生じて、太陽電池の動作点が最大電力点から外れたとしても、最大電力点近傍での最大電力追従制御を再開することができるので、太陽電池の出力電力特性に極大点が複数発生した場合でも、発電効率の低下を抑制することができるという効果がある。

実施形態１のパワーコンディショナの構成を示すブロック図である。 同上のＭＰＰＴ制御の概要を示す特性図である。 （ａ）（ｂ）一般的な太陽電池のＶＩ特性、出力電力特性を示す特性図である。 （ａ）（ｂ）局所的な影や汚れが生じた場合における太陽電池のＶＩ特性、出力電力特性を示す特性図である。 同上のスキャン制御の概要を示す特性図である。 同上のスキャン制御の概要を示す表図である。 同上のスキャン制御の開始タイミングの概要を示す波形図である。 （ａ）〜（ｄ）同上のＭＰＰＴ制御およびスキャン制御の個別制御の概要を示すタイムチャート図である。 実施形態２のパワーコンディショナの構成を示すブロック図である。 同上のＭＰＰＴ制御の概要を示す特性図である。 実施形態４の動作の概要を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態のパワーコンディショナＡ１の回路構成を示しており、複数系統（図１では４系統）の太陽電池Ｓ１〜Ｓ４が接続されるマルチストリング型のパワーコンディショナである。太陽電池Ｓ１〜Ｓ４は、複数の太陽電池パネルをグループ化した太陽電池ストリングである。

パワーコンディショナＡ１は、直流電力入力部１１〜１４、昇圧回路２１〜２４、コンデンサＣ１、インバータ回路３、センサ部４１〜４４、センサ部５、解列リレー６、制御部７を備える。なお、昇圧回路２１〜２４が、本発明の直流電圧変換部に相当し、インバータ回路３が、本発明の直流／交流変換部に相当する。

直流電力入力部１１〜１４は、端子台等で構成されており、パワーコンディショナＡ１内において、昇圧回路２１〜２４の入力部にそれぞれ接続しており、さらにパワーコンディショナＡ１外の太陽電池Ｓ１〜Ｓ４がそれぞれ接続される。すなわち、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力は、直流電力入力部１１〜１４を介して、昇圧回路２１〜２４に供給される。

昇圧回路２１〜２４は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４のそれぞれが出力する直流を昇圧して出力する。昇圧回路２１〜２４の各出力は、コンデンサＣ１の両端間に並列接続されており、コンデンサＣ１によって平滑される。

インバータ回路３は、昇圧回路２１〜２４が出力する直流の昇圧電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）を交流電圧に変換し、この交流電圧を図示しない商用電力系統へ出力する系統連系機能を有する。インバータ回路３の交流出力は、解列リレー６がオン・オフされることによって、商用電力系統への供給・遮断が切り替えられる。

センサ部４１〜４４は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の出力電圧、出力電流（昇圧回路２１〜２４毎の入力電圧、入力電流）を検出する。センサ部５は、インバータ回路３の出力電流を検出する。センサ部４１〜４４、センサ部５の各検出データは、制御部７に入力される。

制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の出力電圧、出力電流に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の出力電力を算出する。そして、制御部７は、昇圧回路２１〜２４に対して、最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）を個別に行う。ＭＰＰＴ制御とは、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４から電力を有効に取り出すために、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力が最大となる動作点（最大電力点）で太陽電池Ｓ１〜Ｓ４を動作させるように、昇圧回路２１〜２４を制御するものである。

昇圧回路２１〜２４は、スイッチング素子（図示なし）をオン・オフ駆動することによって昇圧動作を行う周知の昇圧チョッパ回路で構成されている。この場合、制御部７は、昇圧回路２１〜２４のスイッチング素子を駆動する各ＰＷＭ信号のオンデューティを変化させることによって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電圧を変化させて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎に動作点を制御する。すなわち、制御部７は、昇圧回路２１〜２４に対して個別にＭＰＰＴ制御を行っている。

図２に、ＭＰＰＴ制御の概略を示す。現在、太陽電池Ｓ（太陽電池Ｓ１〜Ｓ４を区別しない場合、太陽電池Ｓと称す）が、出力電圧Ｖａの動作点Ｘａに制御されている。そして、制御部７が太陽電池Ｓの出力電圧をＶａからＶｂに増加させると、動作点はＸａからＸｂに変化し、太陽電池Ｓの出力電圧を増加させることによって、出力電力が増加する。次に、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電圧をＶｂからＶｃに増加させると、動作点はＸｂからＸｃに変化し、太陽電池Ｓの出力電圧を増加させることによって、出力電力がさらに増加する。次に、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電圧をＶｃからＶｄに増加させると、動作点はＸｃからＸｄに変化し、太陽電池Ｓの出力電圧を増加させることによって、出力電力が減少する。

そこで、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電圧をＶｄからＶｃに減少させると、動作点はＸｄからＸｃに変化し、太陽電池Ｓの出力電圧を減少させることによって、出力電力が増加する。次に、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電圧をＶｃからＶｂに減少させると、動作点はＸｃからＸｂに変化し、太陽電池Ｓの出力電圧を減少させることによって、出力電力が減少する。

次に、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電圧をＶｂからＶｃに増加させると、動作点はＸｂからＸｃに変化し、太陽電池Ｓの出力電圧を増加させることによって、出力電力が増加する。

上述のように、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電圧の増減方向と、太陽電池Ｓの出力電力の増減方向とに基づいて、太陽電池Ｓの動作点を最大電力点近傍に制御している。すなわち、太陽電池Ｓの動作点は、出力電力のピーク値を挟んで往復する動作を繰り返し、太陽電池Ｓの動作点を最大電力点に追従させることができる。

さらに、制御部７は、インバータ回路３の出力電流を制御することによって、コンデンサＣ１の両端電圧（昇圧回路２１〜２４が出力する昇圧電圧）を一定値に調整する。

太陽電池ＳのＶＩ特性は、一般に図３（ａ）のように示される。太陽電池Ｓの各出力開放時は、出力電流＝０、出力電圧＝開放電圧Ｖｃとなり、太陽電池Ｓの出力短絡時は、出力電流＝短絡電流Ｉｃ、出力電圧＝０となる。

また、太陽電池Ｓの出力電力特性は、一般に図３（ｂ）のように示される。太陽電池Ｓの出力電力特性は、日射量によって変動するが、通常、出力電力が極大となる極大点は１点であり、この極大点が最大電力点Ｘｍ１１となる。そして、ＭＰＰＴ制御では、太陽電池Ｓの動作点を最大電力点Ｘｍ１１に追従させることによって、太陽電池Ｓから最大電力を取り出すことができる。

しかしながら、太陽電池Ｓに局所的な影や汚れが生じた場合、太陽電池ＳのＶＩ特性は図４（ａ）のように、開放電圧Ｖｃ近傍では出力電流が段階的に低下する。そして、太陽電池Ｓに局所的な影や汚れが生じた場合、太陽電池Ｓの出力電力特性は、図４（ｂ）のように示され、出力電力が極大となる極大点が複数発生する（図４（ｂ）では、２つの極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２）。このような状態でＭＰＰＴ制御を行った場合、太陽電池Ｓの各動作点が最大電力点Ｘｍ２１（出力電力が最も高い極大点）に追従するとは限らず、出力電力が低い他の極大点Ｘｍ２２に追従することがある。太陽電池Ｓの動作点が極大点Ｘｍ２２に追従した場合、この太陽電池Ｓから取り出せる電力は低くなり、発電効率が低下する。

そこで、本実施形態では、定期的に、制御部７が昇圧回路２１〜２４に対して個別にスキャン制御を行って、ＭＰＰＴ制御における太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各動作点を最大電力点（例えば、Ｘｍ１１、Ｘｍ２１）近傍に再設定している。

次に、このスキャン制御について説明する。なお、以下の説明では、制御部７が昇圧回路２１に対してスキャン制御を行う場合を例示するが、他の昇圧回路２２〜２４に対してスキャン制御を行う場合も同様である。

まず、制御部７は、昇圧回路２１の動作を制御して、太陽電池Ｓ１の出力電圧を、開放電圧Ｖｃ側から段階的に低下させる。そして、制御部７は、段階的に低下させた各出力電圧における太陽電池Ｓ１の出力電力を算出する。

具体的に、制御部７は、図５に示すように、太陽電池Ｓ１の出力電圧を、Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→．．．．．．→Ｖ１３→Ｖ１４の順に段階的に減少させる。而して、太陽電池Ｓ１の動作点は、Ｘ１→Ｘ２→Ｘ３→．．．．．．→Ｘ１３→Ｘ１４の順に推移する。そして、制御部７は、各動作点Ｘ１〜Ｘ１４（出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４に対応）における太陽電池Ｓ１の出力電力を算出し、記憶しておく（図６参照）。なお、出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４の設定範囲は、開放電圧Ｖｃ（第１の電圧）〜０（第２の電圧）の間に予め設定されている。また、出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４の設定範囲は、当該範囲に限定されるものではない。さらに、太陽電池Ｓ１の出力電圧を、Ｖ１４→Ｖ１３→Ｖ１２→．．．．．．→Ｖ２→Ｖ１の順に段階的に増加させる構成であってもよい。

そして、制御部７は、各動作点Ｘ１〜Ｘ１４のうち、出力電力が最大となる動作点（図５では、動作点Ｘ６）近傍でのＭＰＰＴ制御を開始する。すなわち、太陽電池Ｓ１の出力電力特性が、図４（ｂ）のように２つの極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２を有する場合、制御部７は、太陽電池Ｓ１の動作点を最大電力点Ｘｍ２１近傍に制御する。また、太陽電池Ｓ１の出力電力特性が、図３（ｂ）のように１つの極大点Ｘｍ１１のみを有する場合、制御部７は、太陽電池Ｓ１の動作点を最大電力点Ｘｍ１１近傍に制御する。

また、パワーコンディショナＡ１は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力を動作電源としており、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の発電開始に伴って起動する。この場合、日の出によって太陽電池Ｓ１〜Ｓ４が発電を開始し、パワーコンディショナＡ１が起動する時間帯では、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４に局所的な影が生じやすい。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力特性は、図４（ｂ）のように、出力電力の極大点が複数発生する可能性が高い。而して、通常のＭＰＰＴ制御（太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電圧を開放電圧Ｖｃ側から徐々に低下させて、出力電力の最初の極大点を動作点とする制御）では、出力電力が低い極大点Ｘｍ２２に追従し、発電効率が低下する虞がある。そこで、制御部７は、起動時にスキャン制御を行うことによって、出力電力が最大となる最大電力点Ｘｍ２１近傍でのＭＰＰＴ制御を行うことができる。

さらに、ＭＰＰＴ制御を実行している制御部７は、図７に示すように、太陽電池Ｓ（太陽電池Ｓ１〜Ｓ４のいずれか）の出力電力の低下幅Ｗ１が所定値を超えた場合も、スキャン制御を開始する。太陽電池Ｓの出力電力が大幅に低下した場合、太陽電池Ｓに局所的な影が生じて、太陽電池Ｓの出力電力特性に影響を与えている可能性がある。したがって、太陽電池Ｓの出力電力特性は、図４（ｂ）のように、出力電力の極大点が複数発生し、ＭＰＰＴ制御では、出力電力が低い極大点Ｘｍ２２に追従して、発電効率が低下する虞がある。そこで、制御部７は、太陽電池Ｓの出力電力の低下幅Ｗ１が所定値を超えた場合、スキャン制御を行うことによって、出力電力が最大となる最大電力点Ｘｍ２１近傍でのＭＰＰＴ制御を行うことができる。すなわち、天候等の周囲環境が変動したことによって、太陽電池Ｓの動作点が最大電力点Ｘｍ２１から外れた場合でも、当該状態を検出して、発電効率の低下を抑制することができる。なお、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４のうち、複数の太陽電池の出力電力の低下幅Ｗ１が所定値を超えた場合に、スキャン制御を開始してもよい。

さらに、太陽電池Ｓ（太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の少なくとも１つ）の出力電力が閾値以下である状態が、所定時間以上継続した場合も、制御部７がスキャン制御を開始するタイミングとなる。

このように、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４に局所的な影や汚れが生じて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の動作点が最大電力点から外れたとしても、スキャン制御によって、最大電力点近傍でのＭＰＰＴ制御を再開することができる。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力特性に極大点が複数発生した場合でも、発電効率の低下を抑制することができる。

次に、制御部７は、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、昇圧回路２１〜２４に対してＭＰＰＴ制御およびスキャン制御を個別に行う。

まず、制御部７は、昇圧回路２１〜２４を同時に制御すると、互いの制御が干渉してしまう。そこで、制御部７は、ＭＰＰＴフラグＦｍをＭＰＰＴ周期Ｔｍ１毎に発生しており（図８（ａ））、このＭＰＰＴ周期Ｔｍ１を４分割した時間単位Ｔｍ１１〜Ｔｍ１４を、昇圧回路２１〜２４のそれぞれに割り当て、昇圧回路２１〜２４毎のＭＰＰＴ制御を時分割で行う（（図８（ｂ））。すなわち、制御部７は、時間単位Ｔｍ１１に昇圧回路２１のＭＰＰＴ制御を行い、時間単位Ｔｍ１２に昇圧回路２２のＭＰＰＴ制御を行い、時間単位Ｔｍ１３に昇圧回路２３のＭＰＰＴ制御を行い、時間単位Ｔｍ１４に昇圧回路２４のＭＰＰＴ制御を行う。

さらに、制御部７は、スキャン制御を開始すると、昇圧回路２１〜２４に対して順次、スキャン制御を実行する。このとき、制御部７は、１つのＭＰＰＴ周期Ｔｍ１内では、昇圧回路２１〜２４のうちいずれか１つに対してのみ、この昇圧回路に割り当てられた時間単位（Ｔｍ１１〜Ｔｍ１４のいずれか）において、スキャン制御を行う。制御部７は、１乃至複数のＭＰＰＴ期間Ｔｍ１に亘って、昇圧回路２２に対してスキャン制御を実行させるスキャン期間Ｔｓ２を設定しており（図８（ｃ））、スキャン期間Ｔｓ２内の単位時間Ｔｍ１２に、昇圧回路２２のスキャン制御を行っている。スキャン期間Ｔｓ２内の他の単位時間Ｔｍ１１，Ｔｍ１３，Ｔｍ１４では、昇圧回路２１，２３，２４の各ＭＰＰＴ制御が行われている。

そして、制御部７は、昇圧回路２２のスキャン制御が完了すると、スキャン完了フラグＦｓを発生する（図８（ｄ））。そして、制御部７は、以降の１乃至複数のＭＰＰＴ期間Ｔｍ１において、昇圧回路２３に対してスキャン制御を実行させるスキャン期間Ｔｓ３を設定し、スキャン期間Ｔｓ３内の単位時間Ｔｍ１３に、昇圧回路２３のスキャン制御を行う。スキャン期間Ｔｓ３内の他の単位時間Ｔｍ１１，Ｔｍ１２，Ｔｍ１４では、昇圧回路２１，２２，２４の各ＭＰＰＴ制御が行われている。

以降、制御部７は、昇圧回路２４のスキャン制御を同様に行う。なお、図８において、昇圧回路２１のスキャン制御は既に完了しているものとする。

したがって、制御部７は、昇圧回路２１〜２４に対してスキャン制御を個別に行うことによって、互いのスキャン制御が干渉することがなく、スキャン制御の安定性を確保することができる。

また、パワーコンディショナＡ１は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力を動作電源としている。しかしながら、制御部７によるスキャン制御時において、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の動作点を切り替えることによって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力は増減する。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力の和が、パワーコンディショナＡ１の動作に必要な最小電力を下回る場合が発生し得る。そこで、制御部７は、スキャン制御の開始前（またはスキャン制御の実行中）に、スキャン制御時における太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力電力の変動を推定する。そして、制御部７は、スキャン制御中の出力電力の和が、パワーコンディショナＡ１の動作に必要な最小電力を下回る可能性があるときは、スキャン制御の実行を禁止する。したがって、スキャン制御の実行によるパワーコンディショナＡ１の動作停止を防止でき、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の発電電力の安定供給が可能になる。

（実施形態２）
図９は、本実施形態のパワーコンディショナＡ２の回路構成を示しており、データベース８を備えるものである。なお、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

まず、制御部７は、スキャン制御の実行時に、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各動作点Ｘ１〜Ｘ１４（出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４）における出力電力を、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎に算出する（図５、図６参照）。そして、制御部７は、この算出結果に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データを生成する。次に、制御部７は、生成した太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データを、データベース８に格納する。

そして、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データがデータベース８に所定数以上蓄積されると、制御部７は、蓄積された太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データの履歴に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点（Ｘｍ１１，Ｘｍ２１）を推定する。制御部７は、この推定結果に基づいて、太陽電池Ｓ１の最大電力点（Ｘｍ１１，Ｘｍ２１）がとり得る出力電圧範囲Ｗ２を決定する。この出力電圧範囲Ｗ２の決定処理には、周知の統計的手法が用いられる。

以降、制御部７は、スキャン制御を行うことなく、この決定した出力電圧範囲Ｗ２内でＭＰＰＴ制御が行われているか否かを判定し、出力電圧範囲Ｗ２外に動作点が推移すれば、出力電圧範囲Ｗ２内に動作点を戻す。

具体的に、制御部７は、太陽電池Ｓ１のＭＰＰＴ制御時において、図１０に示すように、センサ部４１によって検出された太陽電池Ｓ１の出力電圧が、出力電圧範囲Ｗ２内に収まっているか否かを判定する。例えば、現在のＭＰＰＴ制御における太陽電池Ｓ１が、出力電力が低い他の極大点Ｘｍ２２で動作しているとする。この場合、太陽電池Ｓ１の出力電圧はＶｍ２であり、出力電圧範囲Ｗ２内に収まっていない。そこで、制御部７は、太陽電池Ｓ１の出力電圧をＶｍ２から、出力電圧範囲Ｗ２内に推移させて、動作点を最大電力点Ｘｍ２１近傍に制御する。また、現在のＭＰＰＴ制御における太陽電池Ｓ１の出力電圧が、出力電圧範囲Ｗ２内に収まっていれば、現状の動作点でのＭＰＰＴ制御を継続する。

他の太陽電池Ｓ２〜Ｓ４についても同様に、スキャン制御によって生成された出力電力特性データの履歴に基づいて、太陽電池Ｓ２〜Ｓ４の最大電力点がとり得る出力電圧範囲Ｗ２が決定され、太陽電池Ｓ２〜Ｓ４の各動作点が出力電圧範囲Ｗ２内に制御される。

すなわち、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４が新規設置された当初、制御部７は、スキャン制御によって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の動作点が最大電力点（Ｘｍ１１，Ｘｍ２１）近傍に制御されているか否かを判断する。そして、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４が新規設置されて時間が経過すると、スキャン制御によって生成された出力電力特性データが、データベース８に所定数以上蓄積される。以降、制御部７は、スキャン制御を行うことなく、この出力電力特性データの履歴に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の動作点が、最大電力点が存在する出力電圧範囲Ｗ２内に制御されているか否かを判断し、動作点を出力電圧範囲Ｗ２内に制御する。

このように、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の新規設置された当初は、スキャン制御とＭＰＰＴ制御とを併用し、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４が新規設置されて時間が経過すると、スキャン制御を行わず、ＭＰＰＴ制御のみを行う。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４が新規設置されて時間が経過すると、スキャン制御を行わず、ＭＰＰＴ制御のみを行うので、制御部７の制御シーケンスを簡易にすることができる。

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態２と同様に図９に示すパワーコンディショナＡ２を用いており、データベース８を備えるものである。なお、以下の説明では、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４を区別しない場合、太陽電池Ｓの符号を用いる。

まず、制御部７は、スキャン制御の実行時に、太陽電池Ｓの動作点Ｘ１〜Ｘ１４（出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４）における出力電力を算出する（図５、図６参照）。そして、制御部７は、このスキャン制御の前後における太陽電池Ｓの出力変動が所定範囲内に収まっている場合、このスキャン制御の算出結果を用いて、太陽電池Ｓの出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成する。そして、制御部７は、この生成した出力電力特性データをデータベース８に格納する。すなわち、制御部７は、スキャン制御の前後における出力変動が所定範囲内に収まっている太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データのみをデータベース８に格納する。

そして、制御部７は、データベース８に格納した太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の出力電力特性データの履歴に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の最大電力点Ｘｍ１１（図３（ｂ）参照）を推定する。

具体的に、制御部７は、スキャン制御の前後におけるＭＰＰＴ制御時の太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力を保持しており、スキャン制御の前後における出力の低下幅が所定値未満であれば、当該スキャン制御によって生成した出力電力特性をデータベース８に格納する。なお、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力とは、出力電圧、出力電流、出力電力等のことである。

太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性は、日射量によって変動し、天候により大きく左右される。そこで、制御部７は、日射量の急変が無く、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の出力が安定している場合に生成した各出力電力特性を用いて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点推定処理を行う。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点推定処理には、図３（ｂ）に示す１つの極大点Ｘｍ１１（最大電力点）のみを有する出力電力特性データが用いられる確率が高くなる。而して、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力が安定している場合に生成したそれぞれの出力電力特性を用いて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の最大電力点Ｘｍ１１を推定できる。

そして、太陽電池Ｓに局所的な影や汚れが生じて、図４（ｂ）のように、太陽電池Ｓの出力電力特性に２つの極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２が発生し、動作点が極大点Ｘｍ２１またはＸｍ２２近傍に推移したとする。この場合、ＭＰＰＴ制御を行っている制御部７は、センサ部４１〜４４の各検出データに基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の現状の各動作点が最大電力点Ｘｍ１１から外れたことを検出できる。

制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の現状の各動作点が最大電力点Ｘｍ１１から外れたことを検出すると、図４（ｂ）のように、出力電力特性に複数の極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２が発生したと判断する。そして、制御部７は、スキャン制御を開始して、動作点が極大点Ｘｍ２２近傍に推移している場合は、動作点を極大点Ｘｍ２１近傍に戻す。但し、図４（ｂ）のように、出力電力特性に複数の極大点が発生した場合であっても、動作点が最大電力点Ｘｍ２１近傍に推移している可能性もあり、この場合、スキャン制御後に動作点の変更はない。

このように、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の実際の各出力電力特性に基づいて、最大電力点Ｘｍ１１を推定し、ＭＰＰＴ制御時における太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の動作点が、最大電力点Ｘｍ１１近傍に制御されているか否かを判定する。したがって、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性が、図３（ｂ）に示すように極大点が１点のみとなる出力電力特性、または図４（ｂ）に示す複数の極大点を有する出力電力特性であるかを、精度よく判定できる。すなわち、制御部７は、スキャン制御の開始タイミング（図３（ｂ）の出力電力特性から図４（ｂ）の出力電力特性に切り替わったタイミング）を精度よく設定できる。

（実施形態４）
本実施形態は、実施形態２と同様に図９に示すパワーコンディショナＡ２を用いており、データベース８を備えるものである。なお、以下の説明では、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４を区別しない場合、太陽電池Ｓの符号を用いる。

まず、制御部７は、スキャン制御の実行時に、太陽電池Ｓの動作点Ｘ１〜Ｘ１４（出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４）における出力電力を算出する（図５、図６参照）。そして、制御部７は、このスキャン制御の算出結果に基づく太陽電池Ｓの出力電力が所定値以上である場合、このスキャン制御の算出結果を用いて、太陽電池Ｓの出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成する。そして、制御部７は、この生成した出力電力特性データをデータベース８に格納する。すなわち、制御部７は、スキャン制御の実行時における出力電力が所定値以上である太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データのみをデータベース８に格納する。なお、出力電力が所定値以上であるとは、出力電力の平均値が所定値以上、または出力電力のピークが所定値以上であることを意味する。

そして、制御部７は、データベース８に格納した太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の出力電力特性データの履歴に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の最大電力点Ｘｍ１１（図３（ｂ）参照）を推定する。

太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性は、日射量によって変動し、天候により大きく左右される。そこで、制御部７は、例えば日射量が多い晴天時のように、出力電力が所定値以上であるときに生成した各出力電力特性を用いて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点推定処理を行う。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点推定処理には、図３（ｂ）に示す１つの極大点Ｘｍ１１（最大電力点）のみを有する出力電力特性データが用いられる確率が高くなる。而して、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の最大電力点Ｘｍ１１を推定できる。

そして、太陽電池Ｓに局所的な影や汚れが生じて、図４（ｂ）のように、太陽電池Ｓの出力電力特性に２つの極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２が発生し、動作点が極大点Ｘｍ２１またはＸｍ２２近傍に推移したとする。この場合、ＭＰＰＴ制御を行っている制御部７は、センサ部４１〜４４の各検出データに基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の現状の各動作点が最大電力点Ｘｍ１１から外れたことを検出できる。

制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の現状の各動作点が最大電力点Ｘｍ１１から外れたことを検出すると、図４（ｂ）のように、出力電力特性に複数の極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２が発生したと判断する。そして、制御部７は、スキャン制御を開始して、動作点が極大点Ｘｍ２２近傍に推移している場合は、動作点を極大点Ｘｍ２１近傍に戻す。但し、図４（ｂ）のように、出力電力特性に複数の極大点が発生した場合であっても、動作点が最大電力点Ｘｍ２１近傍に推移している可能性もあり、この場合、スキャン制御後に動作点の変更はない。

このように、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の実際の各出力電力特性に基づいて、最大電力点Ｘｍ１１を推定し、ＭＰＰＴ制御時における太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の動作点が、最大電力点Ｘｍ１１近傍に制御されているか否かを判定する。したがって、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性が、図３（ｂ）に示すように極大点が１点のみとなる出力電力特性、または図４（ｂ）に示す複数の極大点を有する出力電力特性であるかを、精度よく判定できる。すなわち、制御部７は、スキャン制御の開始タイミング（図３（ｂ）の出力電力特性から図４（ｂ）の出力電力特性に切り替わったタイミング）を精度よく設定できる。

（実施形態５）
本実施形態は、実施形態２と同様に図９に示すパワーコンディショナＡ２を用いており、データベース８を備えるものである。なお、以下の説明では、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４を区別しない場合、太陽電池Ｓの符号を用いる。

まず、制御部７は、スキャン制御の実行時に、太陽電池Ｓの動作点Ｘ１〜Ｘ１４（出力電圧Ｖ１〜Ｖ１４）における出力電力を算出する（図５、図６参照）。そして、制御部７は、このスキャン制御の算出結果に基づく太陽電池Ｓの出力電力の極大点が、標準的な太陽電池Ｓの特性に近い範囲内に収まっている場合、このスキャン制御の算出結果を用いて、太陽電池Ｓの出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成する。そして、制御部７は、この生成した出力電力特性データをデータベース８に格納する。すなわち、制御部７は、出力電力の極大点が標準特性に近い太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性データのみを、データベース８に格納する。

そして、制御部７は、データベース８に格納した太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の出力電力特性データの履歴に基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の最大電力点Ｘｍ１１（図３（ｂ）参照）を推定する。

太陽電池Ｓ１〜Ｓ４に局所的な影や汚れの影響が無い場合、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性は１つの極大点Ｘｍ１１のみを有する。この最大電力点Ｘｍ１１は、日射量変化によって、図１１の最大電力点Ｘｍ１１ａ〜Ｘｍ１１ｄのように、曲線Ｚに沿って推移する。図１１では、局所的な影や汚れ等の影響が無い場合、日射量が多い順に、最大電力点Ｘｍ１１ａ、Ｘｍ１１ｂ、Ｘｍ１１ｃ、Ｘｍ１１ｄとなる。なお、図１１では、最大電力点Ｘｍ１１を区別するため、Ｘｍ１１ａ，Ｘｍ１１ｂ，．．．の符号を付している。

また、太陽電池Ｓに局所的な影や汚れが生じた場合、図１１のように、太陽電池Ｓの出力電力特性は複数の極大点Ｘｍ２１（最大電力点），Ｘｍ２２を有し、極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２はともに曲線Ｚから大きく外れている。

そこで、制御部７は、出力電力特性の極大点が曲線Ｚ（図１１参照）に沿った所定範囲Ｈ内に存在する出力電力特性のみを用いて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点推定処理を行う。したがって、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各最大電力点推定処理には、図３（ｂ）に示す１つの極大点Ｘｍ１１（最大電力点）のみを有する出力電力特性データが用いられる確率が高くなる。而して、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の最大電力点Ｘｍ１１を推定できる。

そして、太陽電池Ｓに局所的な影や汚れが生じて、図４（ｂ）のように、太陽電池Ｓの出力電力特性に２つの極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２が発生し、動作点が極大点Ｘｍ２１またはＸｍ２２近傍に推移したとする。この場合、ＭＰＰＴ制御を行っている制御部７は、センサ部４１〜４４の各検出データに基づいて、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の現状の各動作点が最大電力点Ｘｍ１１から外れたことを検出できる。

制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の現状の各動作点が最大電力点Ｘｍ１１から外れたことを検出すると、図４（ｂ）のように、出力電力特性に複数の極大点Ｘｍ２１，Ｘｍ２２が発生したと判断する。そして、制御部７は、スキャン制御を開始して、動作点が極大点Ｘｍ２２近傍に推移している場合は、動作点を極大点Ｘｍ２１近傍に戻す。但し、図４（ｂ）のように、出力電力特性に複数の極大点が発生した場合であっても、動作点が最大電力点Ｘｍ２１近傍に推移している可能性もあり、この場合、スキャン制御後に動作点の変更はない。

このように、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の実際の各出力電力特性に基づいて、最大電力点Ｘｍ１１を推定し、ＭＰＰＴ制御時における太陽電池Ｓ１〜Ｓ４毎の動作点が、最大電力点Ｘｍ１１近傍に制御されているか否かを判定する。したがって、制御部７は、太陽電池Ｓ１〜Ｓ４の各出力電力特性が、図３（ｂ）に示すように極大点が１点のみとなる出力電力特性、または図４（ｂ）に示す複数の極大点を有する出力電力特性であるかを、精度よく判定できる。すなわち、制御部７は、スキャン制御の開始タイミング（図３（ｂ）の出力電力特性から図４（ｂ）の出力電力特性に切り替わったタイミング）を精度よく設定できる。

また、実施形態３乃至５の各構成を適宜組み合わせてもよい。

Ａ１ パワーコンディショナ
Ｓ１〜Ｓ４ 太陽電池
１１〜１４ 直流電力入力部
２１〜２４ 昇圧回路（直流電圧変換部）
３ インバータ回路（直流／交流変換部）
７ 制御部

Claims (8)

1. 複数系統の太陽電池のそれぞれを接続する複数の直流電力入力部と、
   前記直流電力入力部のそれぞれに接続された前記太陽電池の各出力を所定の直流電圧に変換する複数の直流電圧変換部と、
   複数の前記直流電圧変換部から出力される直流電力を交流電力に変換する直流／交流変換部と、
   前記太陽電池の出力に対する最大電力追従制御を前記直流電圧変換部毎に行う制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記太陽電池の出力電圧を、予め決められた第１の電圧と第２の電圧との間で複数段階に減少または複数段階に増加させて、前記出力電圧のそれぞれにおける前記太陽電池の出力電力を算出するスキャン制御を、前記直流電圧変換部毎に行い、
   前記スキャン制御を行った後、前記直流電圧変換部毎に、前記スキャン制御において算出された前記出力電力が最も高い前記出力電圧近傍で前記最大電力追従制御を行う
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記制御部は、前記最大電力追従制御を行っているときに、少なくとも１つの前記太陽電池の出力電力が閾値以下である状態が所定時間以上継続した場合、前記スキャン制御を開始することを特徴とする請求項１記載のパワーコンディショナ。
3. 前記太陽電池から供給される電力を動作電源として用い、
   前記制御部は、前記スキャン制御を行うことによって前記太陽電池から供給される電力が所定値を下回る場合、前記スキャン制御の実行を禁止することを特徴とする請求項１または２記載のパワーコンディショナ。
4. 前記制御部は、
   所定周期を分割した各時間単位を、前記直流電圧変換部のそれぞれに割り当てて、前記直流電圧変換部毎の前記最大電力追従制御を時分割で行い、
   前記所定周期内に、いずれか１つの前記直流電圧変換部に対してのみ、この直流電圧変換部に割り当てられた前記時間単位において前記スキャン制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のパワーコンディショナ。
5. 前記制御部は、
   前記スキャン制御を行うことによって、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを、前記太陽電池毎に生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、
   所定のタイミング以降は、前記データベースに格納されている前記出力電力特性データに基づいて決定した前記太陽電池毎の最大電力点近傍で、前記最大電力追従制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載のパワーコンディショナ。
6. 前記制御部は、
   前記スキャン制御のそれぞれの前後における前記太陽電池の出力変動が所定範囲内に収まっている場合、このスキャン制御の前記算出結果を用いて、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、
   前記データベースに格納した前記出力電力特性データの履歴に基づいて、前記太陽電池毎の最大電力点を推定し、
   前記最大電力追従制御を行っているときに、前記太陽電池の動作点が前記推定した前記最大電力点近傍から外れた場合、前記スキャン制御を開始する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のパワーコンディショナ。
7. 前記制御部は、
   前記スキャン制御のそれぞれの前記算出結果に基づく前記太陽電池の出力電力が所定値以上である場合、このスキャン制御の前記算出結果を用いて、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、
   前記データベースに格納した前記出力電力特性データの履歴に基づいて、前記太陽電池毎の最大電力点を推定し、
   前記最大電力追従制御を行っているときに、前記太陽電池の動作点が前記推定した前記最大電力点近傍から外れた場合、前記スキャン制御を開始する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のパワーコンディショナ。
8. 前記制御部は、
   前記スキャン制御のそれぞれの前記算出結果に基づく前記太陽電池の出力電力の極大点が所定範囲内に収まっている場合、このスキャン制御の前記算出結果を用いて、前記太陽電池の出力電圧に対する出力電力の関係を示す出力電力特性データを生成して、この生成した前記出力電力特性データをデータベースに格納し、
   前記データベースに格納した前記出力電力特性データの履歴に基づいて、前記太陽電池毎の最大電力点を推定し、
   前記最大電力追従制御を行っているときに、前記太陽電池の動作点が前記推定した前記最大電力点近傍から外れた場合、前記スキャン制御を開始する
   ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載のパワーコンディショナ。

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