JP2014146279A - 最大電力点追従制御装置及び最大電力点追従制御方法並びに太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を受けにくく、日射量が変化しても迅速に最大電力点を捉えるＭＰＰＴ制御を実現する。
【解決手段】本発明の最大電力点追従制御装置は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す装置として、太陽光発電パネル１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２を制御する制御部５と、を備える。制御部５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で最大電力点を捉えるＭＰＰＴ制御を行う。また、制御部５によるＭＰＰＴ制御は、微調整で閾値を超えると粗調整に戻る。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御の装置及び方法に関する。

太陽光発電パネルは、日射量の変化によって出力特性が変化する。このような太陽光発電パネルの発電能力を、常にその時点で最大限に発揮させるべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電力変換器による最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）が行われている（例えば、特許文献１，２参照。）。

かかるＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御においては、出力特性上の動作点を、電圧側で少しずつ動かして、電力が増加するか減少するかを見る。そして、電力が増加する方向へ電圧を変化させることで、最大電力点を探す。最大電力点近傍では、電圧の変化量を小さくして精度良く最大電力点を探す。最大電力点を通過すると、電力の変化が増加から減少に転じるので、これを検知して変化方向を反転させることにより最大電力点から離れないようにする。

特開平６−８３４６５号公報（請求項１） 特許第２８０４７１８号公報（請求項１）

しかしながら、上記のような従来のＭＰＰＴ制御では、日射量の変動を検知する電力の演算に電圧、電流の２要素が必要であり、それぞれに例えばスイッチングノイズが乗ると、電力の演算結果の誤差が大きくなる場合がある。そのような場合には、最大電力点近傍で日射量が変化しても電力変化を検知できず、新しい最大電力点を見つけるのが遅くなる。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、ノイズの影響を受けにくく、日射量が変化しても迅速に最大電力点を捉えるＭＰＰＴ制御を実現することを目的とする。

（１）本発明は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御装置であって、前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻るように構成されているものである。

上記のように構成された最大電力点追従制御装置では、粗調整／微調整の切替タイミングを、電圧の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が１つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電圧の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。

（２）また、上記（１）の最大電力点追従制御装置において、日射量が急激に減少することによって、現時点の前記電流に特性上で対応する電圧が所定値以下となった場合は、前回の最大電力点における電圧を目標値として電圧制御を行い、その電圧に対応する電流から最大電力点に接近するよう電流制御を行うようにしてもよい。
日射量が急激に減少した場合、仮に、一から最大電力点追従制御のやり直しをすると、最大電力点への到達に時間がかかってしまう。しかし、このように前回の最大電力点の電圧になるよう電圧制御し、それに対応する電流から最大電力点に接近すれば、日射量が急激に減少した場合でも、より迅速に、最大電力点を捉えることができる。

（３）また、本発明の太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、上記（１）の最大電力点追従装置とを備えたものである。
このような太陽光発電システムは、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。

（４）一方、本発明は、太陽光発電パネルに接続された電力変換器を制御部によって制御することにより、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御方法であって、前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、というものである。

上記のような最大電力点追従制御方法では、粗調整／微調整の切替タイミングを、電圧の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が１つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電圧の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。

（５）一方、本発明は、太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御装置であって、前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻るように構成されているものである。

上記のように構成された最大電力点追従制御装置では、粗調整／微調整の切替タイミングを、電流の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が１つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電流の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。

（６）また、本発明の太陽光発電システムは、太陽光発電パネルと、上記（５）の最大電力点追従装置とを備えたものである。
このような太陽光発電システムは、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。

（７）また、本発明は、太陽光発電パネルに接続された電力変換器を制御部によって制御することにより、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御方法であって、前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、というものである。

上記（７）のような最大電力点追従制御方法では、粗調整／微調整の切替タイミングを、電流の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が１つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。また、日射量が一定であれば微調整に入ると電流の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。

本発明の最大電力点追従制御装置及び最大電力点追従制御方法によれば、ノイズの影響を受けにくく、日射量が変化しても迅速に最大電力点を捉えるＭＰＰＴ制御を実現することができる。また、このような最大電力点追従制御装置を太陽光発電システムに備えれば、発電効率の向上に寄与する。

本発明の一実施形態に係る最大電力点追従制御装置を含む、太陽光発電システムの接続図である。 制御部により実行されるＭＰＰＴ制御（電流制御）の動作を示すフローチャートである。 ある一定の日射量において、太陽光発電パネルから引き出すことができる出力を、電圧と電流との関係で示すグラフである。 二点鎖線で示すグラフから日射量が少し変化した場合のグラフであり、（ａ）は日射量が増加した場合を、（ｂ）は日射量が減少した場合を、それぞれ示している。 日射量が急激に減少した場合のグラフである。 制御部により実行されるＭＰＰＴ制御（電圧制御）の動作を示すフローチャートである。 二点鎖線で示すグラフから日射量が少し変化した場合のグラフであり、（ａ）は日射量が増加した場合を、（ｂ）は日射量が減少した場合を、それぞれ示している。

図１は、本発明の一実施形態に係る最大電力点追従制御装置１０を含む、太陽光発電システム１００の接続図である。図において、太陽光発電システム１００は、太陽光発電パネル１から、電力変換器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２及び直流から交流への変換を行うインバータ３を介して、負荷４に電力を供給することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２及びインバータ３のスイッチング制御は、制御部５により行われる。太陽光発電パネル１の出力する電圧、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２への入力電圧は、電圧の情報として制御部５に入力される。また、太陽光発電パネル１の出力する電流、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２への入力電流は、電流センサ６によって検知され、電流の情報として制御部５に入力される。

《電流制御によるＭＰＰＴ制御》
図２は、制御部５により実行されるＭＰＰＴ制御の動作（最大電力点追従制御方法でもある。）を示すフローチャートである。まず、制御部５は、入力されている電圧と電流とに基づいて現時点の電力Ｐを算出し（ステップＳ１）、カウンタ加算を行う（ステップＳ２）。このカウンタは、後で平均をとるために求めた電力Ｐの個数をカウントしている。次に、制御部５は、カウンタのカウント値が所定値であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、例えば所定値であるとすると、制御部５は、所定値の個数の電力Ｐについて、それらの平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）を求める（ステップＳ４）。

次に、制御部５は、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、これまでに記憶している最大値Ｐ_ｍａｘより大きいか否かの判定を行う（ステップＳ５）。ここで、例えば平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、最大値Ｐ_ｍａｘより大きいとすると、最大値Ｐ_ｍａｘを、最新の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）に更新する（ステップＳ６）。続いて制御部５は、フラグ（Ｆｌａｇ＿ｏｎ）が０であるか否かをチェックする（ステップＳ７）。このフラグとは、方向の履歴を見るためのもので、０であれば直前の電流は増加方向であり、０でなければ直前の電流は減少方向である。そこで、０であれば、制御部５は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで加算処理する（ステップＳ１５）。また、０でなければ、制御部５は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで減算処理する（ステップＳ８）。ステップ幅ｄＩの値は大小２種類あり、大きな値のときは粗調整、小さな値のときは微調整となる。

一方、ステップＳ５において、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、最大値Ｐ_ｍａｘ以下であるとすると、最大値Ｐ_ｍａｘを、直前の値（Ｐ_ｍａｘ）のままとする（ステップＳ１０）。続いて制御部５は、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）が、Ｐ_ｍａｘに対して明らかに小さいのか、僅かな変動程度なのかを見るために、最大値Ｐ_ｍａｘに係数Ｋ_Ｒ（例えば０．９８）を乗じた値よりも平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｉ_ｉ）の方が小さいかどうかを判定する（ステップＳ１１）。この判定結果がイエスであれば、最大電力点を通り過ぎたと解されるので、電流変化の方向反転となり（ステップＳ１３）、ノーであれば方向維持（ステップＳ１２）となる。続いて制御部５は、フラグ（Ｆｌａｇ＿ｏｎ）が０であるか否かをチェックする（ステップＳ１４）。０であれば、制御部５は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで加算処理する（ステップＳ１５）。また、０でなければ、制御部５は、次の電流Ｉ_ｉ＋１をステップ幅ｄＩで減算処理する（ステップＳ８）。

次に、制御部５は、太陽光発電パネル１の出力する電圧（ＰＶ電圧と表記）の変化量が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、閾値未満であれば、処理はステップＳ１に戻る。閾値以上であれば、制御部５は、変化量が閾値を大きく上回る急減のレベルであるか否かにより日射量が急減したか否かを判定する（ステップＳ１６）。急減でなければ、制御部５は、粗調整中であるか微調整中であるかを判定する（ステップＳ１７）。ステップ幅ｄＩが大きな方の値であるときは粗調整中であり、このとき制御部５は、ステップ幅ｄＩを小さい方の値とする（ステップＳ１８）。ステップ幅ｄＩが小さな方の値であるとき、すなわち、微調整中であるときは、制御部５は、ステップ幅ｄＩを大きな方の値とする（ステップＳ１９）。

一方、ステップＳ９において、変化量が閾値未満であれば、処理はステップＳ１に戻る。また、ステップＳ３においてカウンタが所定値に達しないときは、ステップＳ９に進み、制御部５は、太陽光発電パネル１の出力する電圧の変化量が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値未満であれば、処理はステップＳ１に戻る。ステップＳ９において電圧の変化量が閾値以上であれば、上述の、ステップＳ１６〜Ｓ１９の処理が行われる。なお、ステップＳ１６からステップＳ２０へ行く処理については後述する。
次に、フローチャートとグラフとを対照しながら具体的に説明する。

図３は、ある一定の日射量において、太陽光発電パネル１から引き出すことができる出力を、電圧と電流との関係で示すグラフである。なお、電圧及び電流は、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に対する入力電圧及び入力電流（ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流）でもある。例えば、電流Ｉ_１のとき電圧はＶ_１となり、電流Ｉ_２のとき電圧はＶ_２となる。仮に最大電力点をＰとすると、最大電力はＶ_Ｐ・Ｉ_Ｐである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチングを制御（ＰＷＭ制御）することにより電流を０から徐々に一定のステップ幅ｄＩで上げていくと、ｄＩに対する電圧の変化量ｄＶは、徐々に増していく。最初は粗調整で、ｄＩの値は大きい方に設定する。そして、最大電力点Ｐにある程度近づいたと推定される位置における変化量ｄＶ_ｔｈを閾値として設定する。この閾値は、主として経験値に基づくものである。そして、電圧の変化量が閾値以上になると（ステップＳ９）、電流のステップ幅ｄＩを小さい方に設定し、微調整の状態とする（ステップＳ１８）。

日射量が一定であれば、微調整に入ると、ｄＩに対する電圧の変化量ｄＶが閾値を超えなくなり、微調整の状態が維持される。そして、最大電力点を通過すると方向反転して戻り、戻りすぎるとまた方向反転するという処理を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ１５）。これにより、最大電力点から離れることなく、最大電力点を行き来するように制御される。こうして、実質的に、最大電力点を捉えた状態が維持される。

一方、図４は、二点鎖線で示すグラフから日射量が少し変化した場合のグラフであり、（ａ）は日射量が増加した場合を、（ｂ）は日射量が減少した場合を、それぞれ示している。（ａ）において、二点鎖線上の電流Ｉ_２、電圧Ｖ_２の位置から実線で示す特性に変わると、電流Ｉ_２、電圧Ｖ_ｘの位置となり、電圧の変化量（Ｖ_ｘ−Ｖ_２）が閾値以上になる。従って、ＭＰＰＴ制御は、微調整から粗調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１９）。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電圧の変化量が閾値以上になると、ＭＰＰＴ制御は、微調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１８）。

図４の（ｂ）の場合には、二点鎖線上の電流Ｉ_２、電圧Ｖ_２の位置から実線で示す特性に変わると、電流Ｉ_２、電圧Ｖ_ｙの位置となり、電圧の変化量（Ｖ_２−Ｖ_ｙ）が閾値以上になる。従って、ＭＰＰＴ制御は、微調整から粗調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１９）。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電圧の変化量が閾値以上になると、ＭＰＰＴ制御は、微調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１８）。

以上のように、上記の最大電力点追従制御装置（又は制御方法）では、粗調整／微調整の切替タイミングを、電圧の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が１つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。

また、日射量が一定であれば、ＭＰＰＴ制御が微調整に入ると電圧の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、ＭＰＰＴ制御は粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。
また、このような最大電力点追従装置１０を搭載した太陽光発電システム１００は、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。

図５は、日射量が急激に減少した場合のグラフである。図において、直前の位置が例えば電流Ｉ_２，電圧Ｖ_２で、ほぼ最大電力点であったとすると、日射量の急減により、新たなグラフ上では電流Ｉ_２に対応する電圧の値が存在せず、電圧は０になる。そこで、このように、日射量が急激に減少することによって、現時点の電流に、特性上で対応する電圧が所定値以下（例えば０）となった場合は、前回の最大電力点における電圧を目標値として電圧制御を行い（ステップＳ２０）、その電圧に対応する電流Ｉ_ｚから最大電力点に接近するよう電流制御を行う。

日射量が急激に減少した場合、仮に、一からＭＰＰＴ制御のやり直しをするとなると、最大電力点への到達に時間がかかってしまう。しかし、このように前回の最大電力点の電圧になるよう電圧制御し、それに対応する電流から最大電力点に接近すれば、日射量が急激に減少した場合でも、より迅速に、最大電力点を捉えることができる。

《電圧制御によるＭＰＰＴ制御》
次に、上記とは別の、電圧制御によるＭＰＰＴ制御について、図６及び図７を参照して説明する。
図６は、制御部５により実行されるＭＰＰＴ制御の動作（最大電力点追従制御方法でもある。）を示すフローチャートである。まず、制御部５は、入力されている電圧と電流とに基づいて現時点の電力Ｐを算出し（ステップＳ１）、カウンタ加算を行う（ステップＳ２）。このカウンタは、後で平均をとるために求めた電力Ｐの個数をカウントしている。次に、制御部５は、カウンタのカウント値が所定値であるか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、例えば所定値であるとすると、制御部５は、所定値の個数の電力Ｐについて、それらの平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）を求める（ステップＳ４）。

次に、制御部５は、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）が、これまでに記憶している最大値Ｐ_ｍａｘより大きいか否かの判定を行う（ステップＳ５）。ここで、例えば平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）が、最大値Ｐ_ｍａｘより大きいとすると、最大値Ｐ_ｍａｘを、最新の平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）に更新する（ステップＳ６）。続いて制御部５は、フラグ（Ｆｌａｇ＿ｏｎ）が０であるか否かをチェックする（ステップＳ７）。このフラグとは、方向の履歴を見るためのもので、０であれば直前の電圧は増加方向であり、０でなければ直前の電圧は減少方向である。そこで、０であれば、制御部５は、次の電圧Ｖ_ｉ＋１をステップ幅ｄＶで加算処理する（ステップＳ１５）。また、０でなければ、制御部５は、次の電圧Ｖ_ｉ＋１をステップ幅ｄＶで減算処理する（ステップＳ８）。ステップ幅ｄＶの値は大小２種類あり、大きな値のときは粗調整、小さな値のときは微調整となる。

一方、ステップＳ５において、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）が、最大値Ｐ_ｍａｘ以下であるとすると、最大値Ｐ_ｍａｘを、直前の値（Ｐ_ｍａｘ）のままとする（ステップＳ１０）。続いて制御部５は、平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）が、Ｐ_ｍａｘに対して明らかに小さいのか、僅かな変動程度なのかを見るために、最大値Ｐ_ｍａｘに係数Ｋ_Ｒ（例えば０．９８）を乗じた値よりも平均値Ｐ_ａｖｅ（Ｖ_ｉ）の方が小さいかどうかを判定する（ステップＳ１１）。この判定結果がイエスであれば、最大電力点を通り過ぎたと解されるので、電圧変化の方向反転となり（ステップＳ１３）、ノーであれば方向維持（ステップＳ１２）となる。続いて制御部５は、フラグ（Ｆｌａｇ＿ｏｎ）が０であるか否かをチェックする（ステップＳ１４）。０であれば、制御部５は、次の電圧Ｖ_ｉ＋１をステップ幅ｄＶで加算処理する（ステップＳ１５）。また、０でなければ、制御部５は、次の電圧Ｖ_ｉ＋１をステップ幅ｄＶで減算処理する（ステップＳ８）。

次に、制御部５は、太陽光発電パネル１の出力する電流の変化量が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。ここで、閾値未満であれば、処理はステップＳ１に戻る。閾値以上であれば、制御部５は、粗調整中であるか微調整中であるかを判定する（ステップＳ１７）。ステップ幅ｄＶが大きな方の値であるときは粗調整中であり、このとき制御部５は、ステップ幅ｄＶを小さい方の値とする（ステップＳ１８）。ステップ幅ｄＶが小さな方の値であるとき、すなわち、微調整中であるときは、制御部５は、ステップ幅ｄＶを大きな方の値とする（ステップＳ１９）。

一方、ステップＳ９において、変化量が閾値未満であれば、処理はステップＳ１に戻る。また、ステップＳ３においてカウンタが所定値に達しないときは、ステップＳ９に進み、制御部５は、太陽光発電パネル１の出力する電流の変化量が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値未満であれば、処理はステップＳ１に戻る。ステップＳ９において電流の変化量が閾値以上であれば、上述の、ステップＳ１７〜Ｓ１９の処理が行われる。
次に、フローチャートとグラフとを対照しながら具体的に説明する。

図３（電流制御の場合と同じ図）は、ある一定の日射量において、太陽光発電パネル１から引き出すことができる出力を、電圧と電流との関係で示すグラフである。なお、電圧及び電流は、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２に対する入力電圧及び入力電流（ＤＣ／ＤＣコンバータ２に流れる電流）でもある。例えば、電圧Ｖ_１のとき電流はＩ_１となり、電圧Ｖ_２のとき電流はＩ_２となる。仮に最大電力点をＰとすると、最大電力はＶ_Ｐ・Ｉ_Ｐである。ＤＣ／ＤＣコンバータ２のスイッチングを制御（ＰＷＭ制御）することにより電圧を０から徐々に一定のステップ幅ｄＶで上げていくと、ｄＶに対する電流の変化量ｄＩは、徐々に増していく。最初は粗調整で、ｄＶの値は大きい方に設定する。そして、最大電力点Ｐにある程度近づいたと推定される位置における変化量ｄＩ_ｔｈを閾値として設定する。この閾値は、主として経験値に基づくものである。そして、電流の変化量が閾値以上になると（ステップＳ９）、電圧のステップ幅ｄＶを小さい方に設定し、微調整の状態とする（ステップＳ１８）。

日射量が一定であれば、微調整に入ると、ｄＶに対する電流の変化量ｄＩが閾値を超えなくなり、微調整の状態が維持される。そして、最大電力点を通過すると方向反転して戻り、戻りすぎるとまた方向反転するという処理を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ１５）。これにより、最大電力点から離れることなく、最大電力点を行き来するように制御される。こうして、実質的に、最大電力点を捉えた状態が維持される。

一方、図７は、二点鎖線で示すグラフから日射量が少し変化した場合のグラフであり、（ａ）は日射量が増加した場合を、（ｂ）は日射量が減少した場合を、それぞれ示している。（ａ）において、二点鎖線上の電圧Ｖ_２、電流Ｉ_２の位置から実線で示す特性に変わると、電圧Ｖ_２、電流Ｉ_ｘの位置となり、電流の変化量（Ｉ_ｘ−Ｉ_２）が閾値以上になる。従って、ＭＰＰＴ制御は、微調整から粗調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１９）。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電流の変化量が閾値以上になると、ＭＰＰＴ制御は、微調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１８）。

図７の（ｂ）の場合には、二点鎖線上の電圧Ｖ_２、電流Ｉ_２の位置から実線で示す特性に変わると、電圧Ｖ_２、電流Ｉ_ｙの位置となり、電流の変化量（Ｉ_２−Ｉ_ｙ）が閾値以上になる。従って、ＭＰＰＴ制御は、微調整から粗調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１９）。こうして、新たな特性上で、粗調整によって高速に最大電力点に近づく。そして、再び電圧の変化量が閾値以上になると、ＭＰＰＴ制御は、微調整に変わる（ステップＳ９，Ｓ１７，Ｓ１８）。

以上のように、上記の最大電力点追従制御装置（又は制御方法）では、粗調整／微調整の切替タイミングを、電流の変化が閾値を超えるか否かのみによって判定することができる。すなわち、判定対象となる量が１つであるため、ノイズに影響されにくく、正確な判定が可能となる。従って、適時に、切替を行うことができる。

また、日射量が一定であれば、ＭＰＰＴ制御が微調整に入ると電流の変化は閾値を超えない状態となるが、日射量の変化により再び閾値を超えれば、ＭＰＰＴ制御は粗調整に戻って日射量変化後の特性における最大電力点に素早く接近することができる。こうして、常に高速に、最大電力点を捉えることができる。
また、このような最大電力点追従装置１０を搭載した太陽光発電システム１００は、最大電力点追従性能に優れるので、発電効率が向上する。

なお、上記のような電圧制御によれば、日射量が急激に減少したとき（図５参照。）、電流の変化量より電圧の変化量は小さいため、電圧軸で見て最大電力点から離れる量が、電流軸で見て最大電力点から離れる量よりも少ない。従って、最大電力点への再接近の速度を、電流制御の場合よりも速くすることができる。

なお、上記実施形態において、図１における制御部５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２とは別の独立した存在であるが、見かけ上の形態としては、ＤＣ／ＤＣコンバータ２と一体化することも可能である。また、図１では、制御部５がインバータ３の制御も行う例を示したが、インバータ制御には別途、専用の制御部を設けてもよい。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 太陽光発電パネル
２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ 制御部
１０ 最大電力点追従装置
１００ 太陽光発電システム

Claims (7)

1. 太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御装置であって、
   前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、
   前記電力変換器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、最大電力点追従制御装置。
2. 日射量が急激に減少することによって、現時点の前記電流に特性上で対応する電圧が所定値以下となった場合は、前回の最大電力点における電圧を目標値として電圧制御を行い、その電圧に対応する電流から最大電力点に接近するよう電流制御を行う請求項１に記載の最大電力点追従制御装置。
3. 前記太陽光発電パネルと、請求項１の最大電力点追従装置とを備えた太陽光発電システム。
4. 太陽光発電パネルに接続された電力変換器を制御部によって制御することにより、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御方法であって、
   前記制御部は、前記電力変換器に流れる電流を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、
   前記電流の変化に対する電圧の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、
   最大電力点追従制御方法。
5. 太陽光発電パネルの出力に基づいて、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御装置であって、
   前記太陽光発電パネルに接続された電力変換器と、
   前記電力変換器を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、最大電力点追従制御装置。
6. 前記太陽光発電パネルと、請求項５の最大電力点追従装置とを備えた太陽光発電システム。
7. 太陽光発電パネルに接続された電力変換器を制御部によって制御することにより、現時点での最大電力を引き出す最大電力点追従制御方法であって、
   前記制御部は、前記電力変換器への入力電圧を変化させるステップ幅の大小により粗調整及び微調整が可能であって、粗調整で最大電力点に接近し、
   前記入力電圧の変化に対する電流の変化が閾値を超えると微調整で前記最大電力点を捉え、その一方、微調整で前記閾値を超えると粗調整に戻る、
   最大電力点追従制御方法。

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