JP2014081919A - 電源の最大電力点を追跡するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の最大電力点を追跡するための装置を提供する。
【解決手段】電源によって提供される第１の電圧において、電源によって提供される電圧の変化に対する、電力の導関数を推定する手段と、電源が前記第１の電圧を提供するときに電源によって提供される電流を推定する手段と、電力の推定導関数から、および、推定電流から、電圧ステップ値を決定する手段と、第１の電圧値に決定された電圧ステップを加えた値に等しい第２の電圧値に電源の電圧を変更するために、電源の電圧を制御する手段とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、電源（光電池または電池アレイまたは燃料電池等）の最大電力点を追跡するための装置に広く関する。

光電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。光電池によって生成された電気エネルギーは、時間をかけて抽出可能であり、電力として使用可能である。光電池によって提供される直接の電力は、エネルギー変換装置（ＤＣ−ＤＣアップ／ダウンコンバータ回路、ＤＣ／ＡＣインバータ回路、その両方、等）に提供される。

しかしながら、光電池の電流−電圧特性のため、その出力電力は、光電池から引き出される電流に対して非線形に変化する。電力−電圧曲線は、光放射レベルおよび動作温度等の気候的変動(climatic variations)に伴って変化する。

電流−電圧特性は、I_pv=I_sc(L)-I_o(T)(exp(V_pv/V_br)-1) としてモデル化される。ただし、I_scは放射照度Lにおける光電池の短絡電流であり、I_oは温度Tにおける電池のボディダイオード電流であり、V_brは光電池（ＰＶ）の降伏電圧であり、これは放射照度に対して独立であり電池温度に対する変動が小さい。

光電池または電池アレイを動作させるための近最適点は、電流−電圧曲線において電力が最大となる領域またはその近傍にある。この点は最大電力点（Maximum Power Point, ＭＰＰ）と呼ばれる。

最大電力点の位置は未知であるが、計算モデルまたは探索アルゴリズムを介して位置を特定することができる。

したがって、光電池または電池アレイを最大電力点において動作するよう維持するために、最大電力点追跡技法が必要となる。

電力−電圧曲線は気候的変動に伴って変化するので、最大電力点も気候的変動に伴って変化する。

このため、任意の時点で最大電力点が特定可能であることが必要となる。

最大電力点追跡アルゴリズムが最大電力点を追跡するために固定された電圧ステップを用いる場合、固定された電圧ステップを用いることはいくつかの問題を生じる。電圧ステップが大きい場合、最大電力点値の周辺における大きな振動により、電源によって提供される電力の喪失が発生する。電圧ステップが小さい場合、最大電力点値への収束は遅くなる。

本発明は、最大電力点の追跡を提供することを可能にする装置において、気候的変動に対して頑強であり、かつ摂動サイクルの持続時間の増加を抑制するものを提供することを目的とする。

この目的のために、本発明は、電源の最大電力点を追跡するための装置であって、
‐前記電源によって提供される第１の電圧において、前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される電力の導関数を推定する手段と、
‐前記電源が前記第１の電圧を提供するときに前記電源によって提供される電流を推定する手段と、
‐前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数から、および、前記推定電流から、電圧ステップ値を決定する手段と、
‐前記第１の電圧値に前記決定された電圧ステップを加えた値に等しい第２の電圧値に前記電源の電圧を変更するために、前記電源の電圧を制御する手段と
を備える、装置に関する。

また、本発明は、電源の最大電力点を追跡するための方法であって、
前記方法は、
‐前記電源によって提供される第１の電圧において、前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される電力の導関数を推定するステップと、
‐前記電源が前記第１の電圧を提供するときに前記電源によって提供される電流を推定するステップと、
‐前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数から、および、前記推定電流から、電圧ステップ値を決定するステップと、
‐前記第１の電圧値に前記決定された電圧ステップを加えた値に等しい第２の電圧値に前記電源の電圧を変更するために、前記電源の電圧を制御するステップと
を備える、方法にも関する。

したがって、電圧ステップは、第１の電圧と最大電力点に対応する電圧との電圧差分にほぼ等しい。結果として、装置はより速く最大電力点に収束する。このため、最大電力点の追跡は気候的変動に対して頑強である。

特定の特徴によれば、前記電圧ステップは、前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数を前記推定電流で除算したものを１から減算したものの対数を前記電源の公称特性に依存するパラメータによって除算したものから決定される。

したがって、パラメータが降伏電圧分の１(one over the breakdown voltage)にセットされた場合、決定されたステップは、第１の電圧と最大電力点に対応する電圧との間の電圧差分に等しい。装置は１ステップで最大電力点に収束可能である。最大電力点の取得スピードは大きく短縮される。気候センサを必要とせず、任意の気候条件（Ｌ，Ｔ）について最大電力点への直接の収束が取得可能であることに留意すべきである。

特定の特徴によれば、前記パラメータは、さらに１と２との間に含まれる係数に依存する。

したがって、電池温度の未知の変動により降伏電圧が微小な変動を経験する場合があるが、降伏電圧を小さく見積もることができる。これは、装置が１より多いステップで最大電力点に収束することにつながる。最大電力点の周辺の振動を最小化することができる。

特定の特徴によれば、前記パラメータは次式によって決定され、

ただし、
Ｉ_ｍｐ０は、前記電源の公称特性における最大電力における電流であり、
Ｉ_ｓｃ０は、前記電源の公称特性における短絡電流であり
Ｖ_ｍｐ０は、前記電源の公称特性における最大電力における電圧であり、
ｖ_ｏｃ０は、前記電源の公称特性における開回路での電圧である。

したがって、電源のセットアップの際に、電源の降伏電圧を容易に決定することができる。降伏電圧は放射照度条件とは独立であるので、本提案の方法は任意の放射照度条件において効果的である。降伏電圧は温度条件に対する変動が小さいので、本提案の方法は任意の電池温度において効果的である。

特定の特徴によれば、前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される前記電力の前記導関数は、
前記第１の電圧における前記電源によって提供される前記電力から、および
別の電圧における前記電源によって提供される前記電力から、
推定される。

したがって、静的な放射照度条件において、電圧に対する電力の正確な導関数を決定することができる。

特定の特徴によれば、前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される前記電力の前記導関数は、
‐前記第１の電圧値、および、前記電源によって提供される電圧が前記第１の電圧値であるときの第１の時刻において前記電源によって提供される第１の電力、
‐第３の電圧値、および、前記電源によって提供される電圧が前記第３の電圧値であるときの第２の時刻において前記電源によって提供される第２の電力、ならびに、
‐前記第１の電圧値、および、前記電源によって提供される電圧が前記第１の電圧であるときの第３の時刻において前記電源によって提供される第３の電力、
から推定される。

したがって、傾斜した放射照度条件において、電圧に対する電力の正確な導関数を決定することができる。電源の最大電力点を追跡するための本方法は、傾斜した条件のもとで効果的である。

特定の特徴によれば、前記最大電力点を追跡するための装置はエネルギー変換装置に含まれる。

したがって、エネルギー変換装置は、動的な気候条件において非常に高速な追跡能力をもって、電源を最大電力点へと動作させることができる。

特定の特徴によれば、前記決定された電圧ステップ値が第１の所定の正の値より大きい場合、前記決定された電圧ステップは前記第１の所定の正の値にセットされるか、または、
前記決定された電圧ステップ値が第２の所定の負の値より小さい場合、前記決定された電圧ステップは前記第２の所定の負の値にセットされる。

したがって、雑音の多い電力測定により最大電力点までの距離を決定する際に誤りが生じる場合に、電圧ステップは制限され、第２の電圧と最大電力点に対応する電圧との間の差分が縮小される。結果として、電力ロスが最小化される。

特定の特徴によれば、前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数を前記推定電流で除算したものが１より大きい場合、前記決定された電圧ステップは、前記第１の電圧値を決定するために用いられる前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数の符号を有する所定の値にセットされる。

したがって、雑音の多い電力測定により最大電力点までの距離を決定する際に誤りが生じる場合に、電圧ステップは制限され、第２の電圧と最大電力点に対応する電圧との間の差分が縮小される。結果として、電力ロスが最小化される。

本発明の特徴は、以下の実施形態の例の記載を読むことによってより明確となる。この記載は、添付の図面を参照して作成されている。

電源の出力電圧に伴う電源の出力電流の変動を表す曲線の例である。 本発明が実施可能であるエネルギー変換システムの例である。 本発明の第１実現モードによる電源の最大電力点を追跡するためのアルゴリズムの例である。 本発明による電圧ステップ値を決定するためのアルゴリズムの例である。 本発明の第２の実現モードによる電源の最大電力点を追跡するためのアルゴリズムの例である。 異なる気候条件および本発明の第１実現モードによって取られた電力測定点における光電池または電池アレイの電力変動対電圧を表す複数の曲線を示す。

図１は、電源の出力電圧に伴う電源の出力電流の変動を表す曲線である。

図１の水平軸上に電圧値が示されている。各電圧値は、ヌル値と開路電圧Ｖ_ＯＣとの間に含まれる。

図１の垂直軸上に電流値が示されている。各電流値は、ヌル値と短絡電流Ｉ_ＳＣとの間に含まれる。

たとえば、電源ＰＶが光起電性アレイである場合、任意の照明レベルおよび光起電性アレイ温度において、光起電性アレイが動作可能な無数の電流−電圧ペア（または動作点）が存在する。しかしながら、所与の照明レベルおよび光起電性アレイ温度において、単一の最大電力点が存在する。

図２は、本発明が実施可能であるエネルギー変換システムの例である。

エネルギー変換システムは、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖ（ＤＣ−ＤＣステップダウン／ステップアップコンバータ、ＤＣ／ＡＣコンバータ（インバータとも呼ばれる）、その両方、等）に接続された電源ＰＶ（光電池または電池アレイまたは燃料電池等）によって構成される。エネルギー変換装置Ｃｏｎｖの出力は負荷Ｌｏに電気エネルギーを提供する。

エネルギー変換装置Ｃｏｎｖは、少なくとも１つのスイッチＳを備える。

電源ＰＶは、負荷Ｌｏに対して意図される電流を提供する。電源ＰＶによって提供される電流Ｉ_ｉｎおよび電圧Ｖ_ｉｎは、負荷Ｌｏによって利用される前に、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖによって、出力電流Ｉ_ｏｕｔおよび出力電圧Ｖ_ｏｕｔへと変換される。

本発明によれば、エネルギー変換システムは、さらに制御装置２０を備える。

制御装置２０は、連続する電力測定から、調整電圧値を決定する。調整電圧値は、電源ＰＶによって提供されるエネルギーを最大化する入力電圧値の推定値である。

制御装置２０によって用いられる連続する電力測定は、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖの入力または出力において実現可能であることに留意すべきである。

制御装置２０は、調整電圧値Ｖ_{ｐｖｒｅｆ}に従ってデューティサイクルを制御することにより、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖの入力電圧を制御する。

デューティサイクルは、エネルギー変換装置ＣｏｎｖのスイッチＳの少なくとも１つについて、ＯＮ／ＯＦＦ状態を駆動する。

制御装置２０は、たとえば、バス２０１によって互いに接続されるコンポーネントに基づくアーキテクチャと、図３ａ、３ｂまたは４に開示されるアルゴリズムに関連するプログラムによって制御されるプロセッサ２００とを有する。

一変形例では、プロセッサ２００は、以下に開示されるプロセッサ２００によって実行される動作と同じ動作を実行する１つまたはいくつかの専用集積回路の形式のもとで実施されることに留意すべきである。

バス２０１は、プロセッサ２００は、読み出し専用メモリＲＯＭ２０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ２０３、アナログ・デジタル変換器ＡＤＣ２０６、およびインタフェース２０５へとリンクする。

読み出し専用メモリＲＯＭ２０２は、図３ａ、３ｂまたは４に開示されるアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含む。このプログラムは、制御装置２０に電源が投入されるときに、ランダムアクセスメモリＲＡＭ２０３に転送される。

ＲＡＭメモリ２０３は、変数を収容することを意図するレジスタと、図３ａ、３ｂまたは４に開示されるアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含む。

アナログ・デジタル変換器２０６は、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖの入力および出力に接続され、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖの入力および出力における電圧および電流を２進情報に変換する。

プロセッサ２００は、インタフェースモジュール２０５を介し、エネルギー変換装置Ｃｏｎｖによって適用されるべきデューティサイクルＤを転送する。

本発明によれば、制御装置２０は、
‐電源によって提供される第１の電圧において、電源によって提供される電圧の変化に対する、電源によって提供される電力の導関数を推定する手段と、
‐電源が第１の電圧を提供するときに電源によって提供される電流を推定する手段と、
‐電源によって提供される電力の推定導関数から、および、推定電流から、電圧ステップ値を決定する手段と、
‐第１の電圧値に決定された電圧ステップを加えた値に等しい第２の電圧値に電源の電圧を変更するために、電源の電圧を制御する手段と
を備える。

図３ａおよび図３ｂは、本発明の第１実現モードによる電源の最大電力点を追跡するためのアルゴリズムの例である。

より正確には、本アルゴリズムは制御装置２０のプロセッサ２００によって実行される。

図３ａのステップＳ３００において、プロセッサ２００は、電源ＰＶの公称特性（nominal characteristics）における最大電力における電流Ｉ_ｍｐ０、電源ＰＶの公称特性における短絡電流Ｉ_ｓｃ０、電源ＰＶの公称特性における最大電力における電圧Ｖ_ｍｐ０、電源の公称特性における開回路での電圧ｖ_ｏｃ０、および、１と２との間に含まれる所定値である係数ｃｏｅｆｆを取得する。

これらの電流値および電圧値は、電源の製造者によって提供される。これらの電流値および電圧値は、ＲＯＭメモリ２０２に格納されるか、または電源ＰＶおよびエネルギー変換装置Ｃｏｎｖをインストールする技術員によって格納される。

係数ｃｏｅｆｆは、ＲＯＭメモリ２０２に格納される。

次のステップＳ３０１において、プロセッサ２００は、本発明に従い、パラメータＰａｒａｍを取得する。

パラメータＰａｒａｍは、次式によってプロセッサ２００により決定される。

一変形例では、パラメータＰａｒａｍは、プロセッサ２００によって計算される代わりに、電源ＰＶおよびエネルギー変換装置Ｃｏｎｖをインストールする技術員によってＲＡＭメモリ２０３に格納されることに留意すべきである。

次のステップＳ３０２において、プロセッサ２００は、Ｉｄｘと表される変数が１に等しいか否かをチェックする。

エネルギー変換装置Ｃｏｎｖの初期化において、変数Ｉｄｘは１にセットされるということに留意すべきである。

変数Ｉｄｘが１に等しい場合、プロセッサ２００はステップＳ３０３に移動する。そうでない場合、プロセッサ２００はステップＳ３０５に移動する。

ステップＳ３０３において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電圧を電圧値Ｖ_Ａに等しい電圧値Ｖ_ｖｒｅｆに制御しており、電圧Ｖ_Ａにおける電流Ｉ_ｉｎの測定に進むためにアナログ・デジタル変換器ＡＤＣ２０６に指令する。

本アルゴリズムの最初の実行では、プロセッサ２００はメモリ２０３において電圧Ｖ_Ａの初期値を読み出す。

たとえば、Ｖ_Ａの初期電圧はヌル値またはＶ_ＯＣ０に等しい。

電圧Ｖ_Ａおよび電圧Ｉ_ｉｎの値から、プロセッサ２００は、電圧値Ｖ_Ａにおいて電源ＰＶによって提供される電力値Ｐ１を決定する。

次のステップＳ３０４において、プロセッサ２００は電圧値Ｖ_ｖｅｒｆを電圧値Ｖ_Ｂにセットし、電源ＰＶによって提供される電圧を、インタフェース２０６およびスイッチＳを介して電圧値Ｖ_ｖｒｅｆに制御する。

本アルゴリズムの最初の実行では、プロセッサ２００はメモリ２０３において電圧Ｖ_Ｂの初期値を読み出す。

たとえば、Ｖ_Ｂの初期電圧は、初期電圧Ｖ_Ａに、メモリ２０３において読み出される所定の電圧ステップΔＶ_ＡＢを加えたものに等しい。たとえば、所定の電圧ステップΔＶ_ＡＢは１ボルトにセットされる。

次のステップＳ３０４において、プロセッサ２００は変数Ｉｄｘを２にステップする。

その後、プロセッサ２００はステップＳ３１４に移動し、所定時間Δｔだけ待機する。この所定時間は、たとえば１秒に等しい。この所定時間は、最大電力点追跡アルゴリズムの実行の周期性を表す。

その後、プロセッサ２００はステップＳ３０２に戻る。

ステップＳ３０５において、プロセッサ２００は、Ｉｄｘと表される変数が２に等しいか否かをチェックする。

変数Ｉｄｘが２に等しい場合、プロセッサ２００はステップＳ３０６に移動する。そうでない場合、プロセッサ２００はステップＳ３０９に移動する。

ステップＳ３０６において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電圧を、インタフェース２０６およびスイッチＳを介して、電圧値Ｖ_Ｂに等しい電圧値Ｖ_ｖｒｅｆに制御しており、電圧Ｖ_Ｂにおける電流Ｉ_ｉｎの測定に進むためにアナログ・デジタル変換器ＡＤＣ２０６に指令する。

電圧Ｖ_Ｂおよび電圧Ｉ_ｉｎの値から、プロセッサ２００は、電圧値Ｖ_Ｂにおいて電源ＰＶによって提供される電力値Ｐ２を決定する。

次のステップＳ３０７において、プロセッサ２００は、電圧値Ｖ_ｖｒｅｆを電圧値Ｖ_Ａにセットし、電源ＰＶによって提供される電圧を、インタフェース２０６およびスイッチＳを介し、電圧値Ｖ_ｖｒｅｆに制御する。

次のステップＳ３０８において、プロセッサ２００は変数Ｉｄｘを３にステップする。

その後、プロセッサ２００は、上述のステップＳ３１４に移動する。

ステップＳ３０９において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電圧を、インタフェース２０６およびスイッチＳを介して、電圧値Ｖ_Ａに等しい電圧値Ｖ_ｖｒｅｆに制御しており、電圧Ｖ_Ａにおける電流Ｉ_ｉｎの測定に進むためにアナログ・デジタル変換器ＡＤＣ２０６に指令する。

電圧Ｖ_Ａおよび電圧Ｉ_ｉｎの値から、プロセッサ２００は、電圧値Ｖ_Ａにおいて電源ＰＶによって提供される電力値Ｐ３を決定する。

次のステップＳ３１０において、プロセッサ２００は、最大電力点の追跡に用いるべき電圧ステップ値ΔＶを計算する。

この電圧ステップ値は、電源によって提供される電力の推定導関数から、および、推定電流から計算される。

電圧ステップ値の計算は、図３ｂを参照して開示される。

次のステップＳ３１１において、プロセッサ２００は変数Ｖ_ＡをＶ_Ａ＋ΔＶにセットし、変数Ｖ_ＢをＶ_Ｂ＋ΔＶにセットする。

次のステップＳ３１２において、プロセッサ２００は、電圧値Ｖ_ｖｒｅｆを電圧値Ｖ_Ａにセットする。

次のステップＳ３１３において、プロセッサ２００は、変数Ｉｄｘを１にセットする。

その後、プロセッサ２００は上述のステップＳ３１４に移動する。

図３ｂは、本発明による電圧ステップ値を決定するためのアルゴリズムの例である。

ステップＳ３１５において、プロセッサ２００は変数Ｐ_ＢをＰ_２の値にセットし、Ｐ_３とＰ_１との平均値Ｐ_Ａを決定する。

Ｐ_Ａ＝（Ｐ_１＋Ｐ_３）／２

次のステップＳ３１６において、プロセッサ２００は、次式に従い、ステップＳ３１５において決定された電力値Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂから、電源ＰＶによって提供される電流の推定電流値Ｉを決定する。

Ｉ＝（ＰＡ／ＶＡ＋ＰＢ／ＶＢ）／２

次のステップＳ３１７において、プロセッサ２００は、次式に従い、電力の導関数の推定値を決定する。

ｄＰ／ｄＶ＝（ＰＡ−ＰＢ）／（ＶＡ−ＶＢ）

次のステップＳ３１８において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を推定電流値で除算したものが１より小さいか否かをチェックする。

電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を推定電流値で除算したものが１より小さい場合、プロセッサ２００はステップＳ３２０に移動する。そうでない場合、プロセッサ２００はステップＳ３１９に移動する。

ステップＳ３２０において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を推定電流で除算したものを１から減算したものの対数を電源ＰＶの公称特性に依存するステップＳ３０１で決定されるパラメータＰａｒａｍによって除算したものから、最大電力点を追跡するために適用すべき電圧ステップΔＶを決定する。

より正確には、電圧ステップΔＶは次式によって決定される。

ΔＶ＝ｌｎ（１−ｄＰ／ｄＶ／Ｉ）／Ｐａｒａｍ

測定に影響をおよぼすなんらかのノイズが存在する場合、電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を推定電流値で除算したものが１より小さくなる可能性がある。そのようなケースを考慮に入れるために、ステップＳ３１８のチェックは、ステップＳ３２０における電圧ステップΔＶの計算に誤差が発生するかもしれないということを回避する。

次のステップＳ３２１において、プロセッサ２００は、ステップＳ３２０において決定された電圧ステップΔＶが第１の所定値よりも大きいか否かをチェックする。

ステップＳ３２０において決定された電圧ステップΔＶが第１の所定値よりも大きい場合、プロセッサ２００はステップＳ３２２に移動する。そうでない場合、プロセッサ２００はステップＳ３２４に移動する。

たとえば、第１の所定値は、５ボルトと１５ボルトとの間に含まれる。

たとえば、第１の所定値は１０ボルトに等しい。

ステップＳ３２４において、プロセッサ２００は、ステップＳ３２０において決定された電圧ステップΔＶが第２の所定値よりも小さいか否かをチェックする。

ステップＳ３２０において決定された電圧ステップΔＶが第２の所定値よりも小さい場合、プロセッサ２００はステップＳ３２５に移動する。そうでない場合、プロセッサ２００は図３ａのステップＳ３１１に移動する。

たとえば、第２の所定値は、マイナス５ボルトとマイナス１５ボルトとの間に含まれる。

たとえば、第２の所定値はマイナス１０ボルトに等しい。

ステップＳ３１９において、プロセッサ２００は電圧ステップΔＶを第３の所定値にセットする。第３の所定値はたとえば５ボルトであり、その符号は電源によって提供される電力の推定導関数ｄＰ／ｄＶの符号と同一である。

ステップＳ３２２において、プロセッサ２００は電圧ステップΔＶを第１の所定値にセットし、図３ａのステップＳ３１１に移動する。

ステップＳ３２５において、プロセッサ２００は電圧ステップΔＶを第２の所定値にセットし、図３ａのステップＳ３１１に移動する。

図４は、本発明の第２の実現モードによる電源の最大電力点を追跡するためのアルゴリズムの例である。

より正確には、本アルゴリズムは制御装置２０のプロセッサ２００によって実行される。

ステップＳ４００において、プロセッサ２００は、電源ＰＶの公称特性における最大電力における電流Ｉ_ｍｐ０、電源ＰＶの公称特性における短絡電流Ｉ_ｓｃ０、電源ＰＶの公称特性における最大電力における電圧Ｖ_ｍｐ０、電源ＰＶの公称特性における開回路での電圧ｖ_ｏｃ０、および、１と２との間に含まれる所定値である係数ｃｏｅｆｆを取得する。

これらの電流値および電圧値は、電源の製造者によって提供される。これらの電流値および電圧値は、電源ＰＶおよびエネルギー変換装置Ｃｏｎｖをインストールする技術員によって、ＲＯＭメモリ２０２に格納されるかまたはＲＡＭメモリ２０３に格納される。

係数ｃｏｅｆｆは、ＲＯＭメモリ２０２に格納される。

次のステップＳ４０１において、プロセッサ２００は、本発明に従い、パラメータＰａｒａｍを取得する。

パラメータＰａｒａｍは、次式によってプロセッサ２００により決定される。

一変形例では、パラメータＰａｒａｍは、プロセッサ２００によって計算される代わりに、電源ＰＶおよびエネルギー変換装置Ｃｏｎｖをインストールする技術員によってＲＡＭメモリ２０３に格納されることに留意すべきである。

次のステップＳ４０２において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電圧を、インタフェース２０６およびスイッチＳを介して、電圧値Ｖ_ｖｒｅｆに制御しており、電圧Ｖ_ｖｒｅｆにおける電流Ｉ_ｉｎの測定に進むためにアナログ・デジタル変換器ＡＤＣ２０６に指令する。

本アルゴリズムの最初の実行では、プロセッサ２００はメモリ２０３において電圧Ｖ_ｖｒｅｆの初期値を読み出す。

たとえば、Ｖ_ｖｒｅｆの初期電圧はヌル値またはＶ_ＯＣ０に等しい。

電圧Ｖ_ｖｒｅｆおよび電圧Ｉ_ｉｎの値から、プロセッサ２００は、電圧値Ｖ_ｖｒｅｆにおいて電源ＰＶによって提供される電力値Ｐを決定する。

次のステップＳ４０３において、プロセッサ２００は変数ＩをＩ_ｉｎの値にセットし、変数Ｉを記憶する。

次のステップＳ４０４において、プロセッサ２００は、次式によって電力の推定導関数を決定する。

ｄＰ／ｄＶ＝（Ｐ−Ｐｐｒｅｖｉｏｕｓ）／（ΔＶｐｒｅｖｉｏｕｓ）

ただし、ΔＶｐｒｅｖｉｏｕｓは、本アルゴリズムによって決定された直前の電圧ステップであり、Ｐｐｒｅｖｉｏｕｓは、本アルゴリズムによって決定された直前の電力Ｐである。

本アルゴリズムの最初の実行では、ΔＶｐｒｅｖｉｏｕｓは所定値に等しい。たとえばこの所定値は１ボルトに等しい。

次のステップＳ４０５において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を電流Ｉで除算したものが１より小さいか否かをチェックする。

電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を電流値Ｉで除算したものが１より小さい場合、プロセッサ２００はステップＳ４０７に移動する。そうでない場合、プロセッサ２００はステップＳ４０６に移動する。

ステップＳ４０７において、プロセッサ２００は、電源ＰＶによって提供される電力の推定導関数を推定電流で除算したものを１から減算したものの対数を電源ＰＶの公称特性に依存するパラメータＰａｒａｍによって除算したものから、最大電力点を追跡するために適用すべき電圧ステップΔＶを決定する。

より正確には、電圧ステップΔＶは次式によって決定される。

ΔＶ＝ｌｎ（１−ｄＰ／ｄＶ／Ｉ）／Ｐａｒａｍ

測定に影響をおよぼすなんらかのノイズが存在する場合、電源によって提供される電力の推定導関数を推定電流値で除算したものが１より小さくなる可能性がある。そのようなケースを考慮に入れるために、ステップＳ４０５のチェックは、ステップＳ４０７における電圧ステップΔＶの計算に誤差が発生するかもしれないということを回避する。

次のステップＳ４０８において、プロセッサ２００は、変数Ｖ_ｒｅｆをＶ_ｒｅｆ＋ΔＶにセットする。

次のステップＳ４０９において、プロセッサ２００は、変数ΔＶｐｒｅｖｉｏｕｓを、ステップＳ４０７またはステップＳ４０６で決定されたΔＶの値にセットし、Ｐｐｒｅｖｉｏｕｓを、ステップＳ４０２で測定されたＰの値にセットする。

その後、プロセッサ２００はステップＳ４１０に移動し、所定時間Δｔだけ待機する。この所定時間は、たとえば１秒に等しい。この所定時間は、最大電力点追跡アルゴリズムの実行の周期性を表す。

所定時間Δｔが終了すると、プロセッサ２００は上述のステップＳ４０２に戻る。

ステップＳ４０６において、プロセッサ２００は電圧ステップΔＶを所定値にセットする。この所定値はたとえば５ボルトであり、その符号は電源によって提供される電力の推定導関数ｄＰ／ｄＶの符号と同一である。

その後、プロセッサは上述のステップＳ４０８に移動する。

図５は、異なる気候条件および本発明の第１の実現モードによって取られた電力測定点における光電池または電池アレイの電力変動対電圧を表す複数の曲線を示す。

水平軸上に、電源ＰＶによって提供される電圧が示されている。

電源ＰＶによって提供される電力を表す垂直軸が示されている。

３本の異なる曲線が、電源ＰＶの最大電力点の変動を示す。

ラベルＩｄｘ１によってマークされた第１の曲線は、図３ａのアルゴリズムのステップＳ３０３における電力測定に対応する。

ラベルＩｄｘ２によってマークされた第２の曲線は、図３ａのアルゴリズムのステップＳ３０６における電力測定に対応する。

ラベルＩｄｘ３によってマークされた第３の曲線は、図３ａのアルゴリズムのステップＳ３０９における電力測定に対応する。

図３ｂのアルゴリズムのステップＳ３１５において決定される電力値ＰＡおよびＰＢが示されている。

電力Ｐ１およびＰ３が測定される電圧ＶＡと、電力Ｐ２が測定される電圧ＶＢとが示されている。

当然に、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の発明の実施形態に対して多数の変更を加えることができる。

Claims (10)

1. 電源の最大電力点を追跡するための装置であって、
   ‐前記電源によって提供される第１の電圧において、前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される電力の導関数を推定する手段と、
   ‐前記電源が前記第１の電圧を提供するときに前記電源によって提供される電流を推定する手段と、
   ‐前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数から、および、前記推定電流から、電圧ステップ値を決定する手段と、
   ‐前記第１の電圧値に前記決定された電圧ステップを加えた値に等しい第２の電圧値に前記電源の電圧を変更するために、前記電源の電圧を制御する手段と
   を備える、装置。
2. 前記電圧ステップは、前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数を前記推定電流で除算したものを１から減算したものの対数を前記電源の公称特性に依存するパラメータによって除算したものから決定されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記パラメータは、さらに１と２との間に含まれる係数に依存することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記パラメータは次式によって決定され、
   

   

   ただし、
   Ｉ_ｍｐ０は、前記電源の公称特性における最大電力における電流であり、
   Ｉ_ｓｃ０は、前記電源の公称特性における短絡電流であり
   Ｖ_ｍｐ０は、前記電源の公称特性における最大電力における電圧であり、
   ｖ_ｏｃ０は、前記電源の公称特性における開回路での電圧である、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される前記電力の前記導関数は、
   前記第１の電圧における前記電源によって提供される前記電力から、および
   別の電圧における前記電源によって提供される前記電力から、
   推定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される前記電力の前記導関数は、
   ‐前記第１の電圧値、および、前記電源によって提供される電圧が前記第１の電圧値であるときの第１の時刻において前記電源によって提供される第１の電力、
   ‐第３の電圧値、および、前記電源によって提供される電圧が前記第３の電圧値であるときの第２の時刻において前記電源によって提供される第２の電力、ならびに、
   ‐前記第１の電圧値、および、前記電源によって提供される電圧が前記第１の電圧であるときの第３の時刻において前記電源によって提供される第３の電力、
   から推定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記最大電力点を追跡するための装置はエネルギー変換装置に含まれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記決定された電圧ステップ値が第１の所定の正の値より大きい場合、前記決定された電圧ステップは前記第１の所定の正の値にセットされるか、または、
   前記決定された電圧ステップ値が第２の所定の負の値より小さい場合、前記決定された電圧ステップは前記第２の所定の負の値にセットされる、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数を前記推定電流で除算したものが１より大きい場合、前記決定された電圧ステップは、前記第１の電圧値を決定するために用いられる前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数の符号を有する所定の値にセットされることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 電源の最大電力点を追跡するための方法であって、
    前記方法は、
    ‐前記電源によって提供される第１の電圧において、前記電源によって提供される電圧の変化に対する、前記電源によって提供される電力の導関数を推定するステップと、
    ‐前記電源が前記第１の電圧を提供するときに前記電源によって提供される電流を推定するステップと、
    ‐前記電源によって提供される前記電力の前記推定導関数から、および、前記推定電流から、電圧ステップ値を決定するステップと、
    ‐前記第１の電圧値に前記決定された電圧ステップを加えた値に等しい第２の電圧値に前記電源の電圧を変更するために、前記電源の電圧を制御するステップと
    を備える、方法。

Images