JP2015099447A - Photovoltaic power generation system, operation point correction device using the same, and operation point correction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽光発電システムに関する。
特に、本発明は、太陽光発電システムにおける最大電力点追従制御(MPPT制御)方式の動作点を補正する技術に関するものである。
The present invention relates to a photovoltaic power generation system.
In particular, the present invention relates to a technique for correcting an operating point of a maximum power point tracking control (MPPT control) method in a photovoltaic power generation system.
太陽光発電システムにおいて、効率のよい発電を行うためには、太陽光発電システムの最大電力点を調整することが必要である。
太陽光発電システムにおいて太陽光を受け発電を行う太陽光発電パネルは、出力電圧と出力電流との間に相関関係を有する。出力電力Pと出力電圧Vとの特性(P−V特性)曲線上には、最大電力が発揮される点である最大電力点が存在する。太陽光発電パネルの最大電力点は、日照条件によって変動し、設置場所の違い等によっても異なる。そこで、変動する最大電力点に追従し、最大の発電量を確保できるように、太陽光発電システムの最大電力点を調整する制御が行われている。この制御は、一般に最大電力点追従(MPPT:Maximum Power Point Tracking)制御と呼ばれる。
In a solar power generation system, in order to perform efficient power generation, it is necessary to adjust the maximum power point of the solar power generation system.
A photovoltaic power generation panel that generates power by receiving sunlight in a photovoltaic power generation system has a correlation between an output voltage and an output current. On the characteristic curve (P-V characteristic) between the output power P and the output voltage V, there is a maximum power point that is a point where the maximum power is exhibited. The maximum power point of the photovoltaic power generation panel varies depending on sunshine conditions, and also varies depending on the installation location. Therefore, control is performed to adjust the maximum power point of the photovoltaic power generation system so as to follow the fluctuating maximum power point and secure the maximum power generation amount. This control is generally called maximum power point tracking (MPPT) control.
MPPT制御方法として、例えば「山登り法」が知られている。
山登り法は、例えば下記特許文献1に概要が記載されているように、一定の時間間隔で電圧を変化させたときに電力が大きくなるか小さくなるかに応じて、次の電圧変化の符号を決定することにより、山を登るように電力が大きくなる点を探索する方法である。
As an MPPT control method, for example, “mountain climbing method” is known.
For example, as outlined in
ところで、太陽光発電パネルの部分影や異方位設置、混成時には、太陽電池の出力電圧に対する出力電力の特性曲線上に複数のピークが発生することが知られている。かかる状況においては、複数のピークが存在することにより、MPPT制御を行う場合の山登り法を用いた電力調整方法では、必ずしも、正確に最大電力点を検出することができない。 By the way, it is known that a plurality of peaks occur on the characteristic curve of the output power with respect to the output voltage of the solar cell when the solar power generation panel is partially shaded, installed in different directions, or hybridized. In such a situation, due to the presence of a plurality of peaks, the power adjustment method using the hill-climbing method when performing MPPT control cannot always accurately detect the maximum power point.
例えば、図1(A)に示すように、太陽光発電パネルに影がない場合は、その出力特性は図1(B)に示すように、1箇所のピーク、すなわち、最大電力点を有する。
しかしながら、図2(A)に示すように、太陽光発電パネルに部分的な影があると、その出力特性は図2(A)に示すように、2つのピークA、Bを有する場合が生じる。なお、ピークは、2か所とは限らず、3以上となる可能性もある。
このように、ピークが複数存在すると、従来のMPPT制御方法では、例えば図2(B)に示すように、ピークAが最大電力点であるにもかかわらず、電圧が高い方のピークであるピークBを最大電力点として検出してしまう場合があった。
For example, as shown in FIG. 1 (A), when the solar power generation panel is not shaded, its output characteristic has one peak, that is, the maximum power point, as shown in FIG. 1 (B).
However, as shown in FIG. 2 (A), if there is a partial shadow on the photovoltaic power generation panel, the output characteristics may have two peaks A and B as shown in FIG. 2 (A). . The peak is not limited to two places, and may be three or more.
Thus, when there are a plurality of peaks, in the conventional MPPT control method, for example, as shown in FIG. 2 (B), the peak with the higher voltage is used even though the peak A is the maximum power point. In some cases, B is detected as the maximum power point.
このため、太陽光発電パネルの部分影や異方位設置、混成時であっても、適確にMPPT制御を行うことができることが望まれている。
本願発明者は、このような要望に応えるため、特願2012−114726において、太陽電池と、当該太陽電池の出力が最大電力点のときの最適太陽電池電流に太陽電池電流または最適太陽電池電圧に太陽電池電圧を追従させ、得られた最大電力動作点で動作するように追従制御を行う電力調整装置と、前記太陽電池と、前記電力調整装置との間に設けられ、前記太陽電池の最大出力をスキャンし、複数のピークがある場合、最大のピークを検出し、検出した最大ピークに応じた電力に補正して前記電力調整装置に入力する動作点補正装置と、を有する太陽光発電システムを提案している。
For this reason, it is desired that MPPT control can be performed accurately even when the solar panel is partially shaded, installed in different orientations, or mixed.
In order to respond to such a request, the inventor of the present application, in Japanese Patent Application No. 2012-114726, sets the solar cell current or the optimal solar cell voltage to the optimal solar cell current when the output of the solar cell is the maximum power point. The solar cell voltage is followed, and the power adjustment device that performs the follow-up control so as to operate at the obtained maximum power operating point, the solar cell, and the power adjustment device are provided between the solar cell voltage and the maximum output of the solar cell If there is a plurality of peaks, the maximum peak is detected, corrected to power corresponding to the detected maximum peak, and input to the power adjustment device, a solar power generation system having an operating point correction device is suggesting.
特願2012−114726号に開示した太陽光発電システムは、太陽電池の最大電力点をスキャンして、MPPT方式の電力調整装置における動作点が最大電力点で動作しているか否かを確認し、誤った点で動作している場合には、誤った電圧点から最大電力点に対応した電圧に向かって、MPPT方式の電力調整装置における入力電力が増加する方向に出力電力を制御して、MPPT方式の電力調整装置の入力電圧が最大電力点となるように補正して動作し、その後、MPPT方式の電力調整装置による電力の調整を行う。 The solar power generation system disclosed in Japanese Patent Application No. 2012-114726 scans the maximum power point of the solar cell to check whether the operating point in the MPPT type power adjustment device is operating at the maximum power point, When operating at the wrong point, the output power is controlled in the direction in which the input power in the MPPT type power adjustment device increases from the wrong voltage point to the voltage corresponding to the maximum power point, and MPPT The input power of the power adjustment apparatus of the system is corrected and operated so that it becomes the maximum power point, and then the power is adjusted by the power adjustment apparatus of the MPPT system.
しかし、入力電圧が所定の動作電圧範囲内にある場合しか動作しないMPPT方式の電力調整装置が存在する。
このような電力調整装置を使用した場合、特願2012−114726号に開示した太陽光発電システムでは、太陽電池の最適動作電圧が低い場合、電力調整装置への入力電圧が電力調整装置の動作範囲外となってしまう場合があり、このような場合には最大電力点への追従動作が不可能となってしまう。
However, there is an MPPT type power adjustment device that operates only when the input voltage is within a predetermined operating voltage range.
When such a power conditioner is used, in the photovoltaic power generation system disclosed in Japanese Patent Application No. 2012-114726, when the optimum operating voltage of the solar cell is low, the input voltage to the power conditioner is within the operating range of the power conditioner. In such a case, it is impossible to follow the maximum power point.
したがって、所定の動作電圧範囲内でしか動作しないMPPT方式の電力調整装置が使用される場合に、太陽光発電パネルの部分的な影等により出力電力のピークが複数存在しても、正確にMPPT方式による電力調整を行うことができることが要望されている。 Therefore, when an MPPT type power adjustment device that operates only within a predetermined operating voltage range is used, even if there are multiple output power peaks due to partial shadows of the photovoltaic power generation panel, etc. It is desired that power adjustment can be performed by a method.
本発明の太陽光発電システムは、太陽電池と、当該太陽電池の出力が最大となる最大電力点に対応する太陽電池の最適動作電流値に太陽電池電流値を追従させる、または前記最大電力点に対応する太陽電池の最適動作電圧値に太陽電池電圧値を追従させ、当該最大電力点で動作するように追従制御を行う電力調整装置と、前記太陽電池と、前記電力調整装置との間に設けられ、前記太陽電池の出力をスキャンし、複数のピークがある場合、最大のピークである前記最大電力点を検出し、前記電力調整装置の動作点が前記最大電力点で動作しているか否かを確認し、動作していない場合には、前記電力調整装置の動作可能な電圧範囲内で前記太陽電池が最適動作電圧となるように制御する動作点補正装置と、を有する。 The solar power generation system of the present invention causes the solar cell current value to follow the optimum operating current value of the solar cell and the solar cell corresponding to the maximum power point at which the output of the solar cell is maximum, or the maximum power point. Provided between the solar battery and the power regulator, the power regulator that performs the tracking control so that the solar battery voltage value follows the optimum operating voltage value of the corresponding solar battery and operates at the maximum power point. The output of the solar cell is scanned, and if there are a plurality of peaks, the maximum power point that is the maximum peak is detected, and whether the operating point of the power adjustment device is operating at the maximum power point or not And the operating point correcting device that controls the solar cell to have an optimum operating voltage within a voltage range in which the power adjusting device can operate.
好適には、前記動作点補正装置は、前記スキャンにより検出した前記太陽電池の最適動作電圧値と、前記電力調整装置の動作可能範囲内の任意の電圧値と、前記動作点補正装置の出力電圧値と、に基づいて算出した目標電圧値に、前記太陽電池の出力電圧値を追従させる。 Preferably, the operating point correction device includes an optimum operating voltage value of the solar cell detected by the scan, an arbitrary voltage value within an operable range of the power adjustment device, and an output voltage of the operating point correction device. The output voltage value of the solar cell is caused to follow the target voltage value calculated based on the value.
また、好適には、前記動作点補正装置は、前記太陽電池の出力電流を検出する電流計と、前記太陽電池の出力端子電圧を検出する電圧計と、演算処理手段と、前記太陽電池から前記電力調整装置に出力される電力を、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第1のスイッチと、当該第1のスイッチの後段に設けられたインダクタと、当該インダクタの後段の端子間に設けられ、当該端子間を開閉するため、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第2のスイッチとを有し、前記演算処理手段は、前記電流計が検出した前記太陽電池の電流値と、前記電圧計が検出した前記太陽電池の電圧値とを乗算して前記太陽電池の出力電力値を演算し、当該太陽電池の電流値と、電圧値と、出力電力値と、に基いて、記第1のスイッチおよび第2のスイッチのオン/オフを制御する。 Preferably, the operating point correction device includes an ammeter that detects an output current of the solar cell, a voltmeter that detects an output terminal voltage of the solar cell, an arithmetic processing unit, and the solar cell. A first switch that is turned on or off under the control of the arithmetic processing means, an inductor provided at a subsequent stage of the first switch, and a terminal at a subsequent stage of the inductor, the power output to the power adjustment device And a second switch that is controlled by the arithmetic processing means to be turned on or off to open and close between the terminals, and the arithmetic processing means includes the solar cell detected by the ammeter. The output value of the solar cell is calculated by multiplying the current value and the voltage value of the solar cell detected by the voltmeter, and the current value, voltage value, and output power value of the solar cell are calculated. Based on Controlling the serial first and second switches ON / OFF.
本発明の動作点補正装置は、太陽電池と、当該太陽電池の出力が最大電力点のときの最適太陽電池電流に太陽電池電流または最適太陽電池電圧に太陽電池電圧を追従させ、得られた最大電力動作点で動作するように追従制御を行う電力調整装置との間に設けられ、前記太陽電池の出力をスキャンし、複数のピークがある場合、最大のピークである前記最大電力点を検出し、前記電力調整装置の動作点が前記最大電力点で動作しているか否かを確認し、動作していない場合には、前記電力調整装置の動作可能な電圧範囲内で前記太陽電池が最適動作電圧となるように制御する。 The operating point correction apparatus of the present invention causes the solar cell and the optimum solar cell current when the output of the solar cell is the maximum power point to follow the solar cell current or the optimum solar cell voltage, and the maximum obtained It is provided between the power adjustment device that performs tracking control so as to operate at the power operating point, scans the output of the solar cell, and if there are a plurality of peaks, detects the maximum power point that is the maximum peak Confirming whether or not the operating point of the power adjustment device is operating at the maximum power point, and if not, the solar cell is optimally operated within the voltage range in which the power adjustment device is operable. Control to be voltage.
好適には、前記動作点補正装置は、前記太陽電池の出力電流を検出する電流計と、前記太陽電池の出力端子電圧を検出する電圧計と、演算処理手段と、前記太陽電池から前記電力調整装置に出力される電力を、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第1のスイッチと、当該第1のスイッチの後段に設けられたインダクタと、当該インダクタの後段の端子間に設けられ、当該端子間を開閉するため、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第2のスイッチとを有し、前記演算処理手段は、前記電流計が検出した前記太陽電池の電流値と、前記電圧計が検出した前記太陽電池の電圧値とを乗算して前記太陽電池の出力電力値を演算し、当該太陽電池の電流値と、電圧値と、出力電力値と、に基いて、記第1のスイッチおよび第2のスイッチのオン/オフを制御する。 Preferably, the operating point correction device includes an ammeter that detects an output current of the solar cell, a voltmeter that detects an output terminal voltage of the solar cell, arithmetic processing means, and the power adjustment from the solar cell. The power output to the apparatus is controlled between the first switch to be turned on or off by the arithmetic processing means, the inductor provided in the subsequent stage of the first switch, and the terminal in the subsequent stage of the inductor. And a second switch that is controlled by the arithmetic processing means to be turned on or off in order to open and close the terminals, and the arithmetic processing means has a current value of the solar cell detected by the ammeter. And the solar cell voltage value detected by the voltmeter to calculate the solar cell output power value, and based on the solar cell current value, voltage value, and output power value , Controlling the switch and the second switch ON / OFF.
本発明の動作点補正方法は、太陽電池と、当該太陽電池の出力が最大電力点のときの最適太陽電池電流に太陽電池電流または最適太陽電池電圧に太陽電池電圧を追従させ、得られた最大電力動作点で動作するように追従制御を行う電力調整装置とを有する太陽光発電システムに適用され、前記太陽電池の出力をスキャンし、複数のピークがある場合、最大のピークである前記最大電力点を検出し、前記電力調整装置の動作点が前記最大電力点で動作しているか否かを確認し、動作していない場合には、前記電力調整装置の動作可能な電圧範囲内で前記太陽電池が最適動作電圧となるように制御する。 The operating point correction method of the present invention allows a solar cell and the optimum solar cell current when the output of the solar cell is the maximum power point to follow the solar cell current or the optimum solar cell voltage, and the maximum obtained Applied to a solar power generation system having a power adjustment device that performs follow-up control so as to operate at a power operating point, scans the output of the solar cell, and when there are a plurality of peaks, the maximum power that is the maximum peak A point is detected, whether or not the operating point of the power adjustment device is operating at the maximum power point, and if it is not operating, the solar power is within the operable voltage range of the power adjustment device. The battery is controlled to have an optimum operating voltage.
本発明によれば、所定の動作電圧範囲内でしか動作しないMPPT方式の電力調整装置が使用される場合に、太陽光発電パネルの部分的な影等による、出力電圧のピークが複数存在しても、正確にMPPT方式による電力調整を行うことができる。 According to the present invention, when an MPPT-type power adjustment device that operates only within a predetermined operating voltage range is used, there are a plurality of output voltage peaks due to partial shadows of the photovoltaic power generation panel. However, the power adjustment by the MPPT method can be accurately performed.
構成例
図3に本発明の太陽光発電システムの全体構成の一例を示す。
図3に示す太陽光発電システムは、独立型太陽光発電システムであり、太陽光発電パネル1と、動作点補正装置2と、MPPT装置3と、バッテリ4と、負荷5とで構成されている。
Configuration Example FIG. 3 shows an example of the overall configuration of the photovoltaic power generation system of the present invention.
The photovoltaic power generation system shown in FIG. 3 is a stand-alone photovoltaic power generation system, and includes a photovoltaic
太陽光発電パネル1は、所定の起電力を有する太陽電池(PV:Photovoltaics)セルが1つあるいは複数個接続されて構成される。すなわち、太陽光発電パネル1は、太陽電池モジュール、あるいは太陽電池アレイである。太陽光発電パネル1の形態は、太陽光発電システムの目的や希望する電圧等に応じて選択されうる。
The photovoltaic
動作点補正装置2は、例えば昇圧型、あるいは降圧型のDC−DCコンバータであり、太陽光発電パネル1の出力電圧を調節してMPPT装置3に出力することにより、MPPT装置3が正確にMPPT制御を行うことができるようにする。
MPPT装置3は、動作点補正装置2によって補正された太陽光発電パネル1の電流値、電圧値を用いて、例えば山登り法等により太陽光発電パネル1の最大電力点で動作させるMPPT制御を行う。
MPPT装置3は、例えば昇圧型や降圧型のDC−DCコンバータで構成されている。MPPT装置3の構成及びそのMPPT制御動作については、公知のものを採用することができる。
負荷4は、太陽電池パネル1の起電力により動作する負荷である。
The operating
The
The
The load 4 is a load that operates by the electromotive force of the
動作点補正装置2の構成
上述したように、本発明の太陽光発電システムは、動作点補正装置2が太陽光発電パネル1とMPPT装置3との間に配置されており、太陽光発電パネル1の出力値を補正してMPPT装置3に渡すことにより、MPPT装置3が好適にMPPT制御を行うことができるようにするものである。
したがって、以下では動作点補正装置2の構成及び動作について詳細に説明する。
Configuration of Operating
Therefore, the configuration and operation of the operating
図4は、動作点補正装置2を含む太陽光発電システムの回路構成例を示した図である。
図4に示すように、動作点補正装置2は、例えば下記の構成要素a〜lからなる。
a.太陽光発電パネル1の出力電流IPVを測定する(検出する)電流計MIPV
b.太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVを測定する(検出する)電圧計MVPV
c.太陽光発電パネル1の出力が大きく変化したとき、変動を抑制する第1のキャパシタC1
d.太陽光発電パネル1からインダクタLへの回路を断続する、保護ダイオード付のトランジスタで構成された第1のスイッチS1
e.第1のダイオードD1
f.第1のスイッチS1の出力電流であり、インダクタLに流れるインダクタ電流ILを測定する電流計MILと、
g.インダクタL
h.第2のキャパシタC2の両端を断続する保護ダイオード付のトランジスタで形成された第2のスイッチS2
i.第2のスイッチS2がオンのとき、第2のキャパシタC2の短絡を防止するための第2のダイオードD2
j.平滑用の第2のキャパシタC2
k.動作点補正装置2の出力電圧である電圧VLを測定する電圧計MVL
l.これらを制御する制御処理手段としてのDSP
FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration example of a photovoltaic power generation system including the operating
As shown in FIG. 4, the operating
a. Ammeter MI PV that measures (detects) the output current I PV of the
b. Voltmeter MV PV that measures (detects) the output terminal voltage V PV of the photovoltaic
c. The first capacitor C1 that suppresses fluctuations when the output of the photovoltaic
d. 1st switch S1 comprised by the transistor with a protection diode which interrupts the circuit from the photovoltaic
e. First diode D1
f. The output current of the first switch S1, the ammeter MI L to measure the inductor current I L flowing through the inductor L,
g. Inductor L
h. Second switch S2 formed of a transistor with a protective diode that intermittently connects both ends of second capacitor C2
i. When the second switch S2 is on, a second diode D2 for preventing a short circuit of the second capacitor C2
j. Second capacitor C2 for smoothing
k. Voltmeter MV L that measures the voltage V L that is the output voltage of the operating
l. DSP as control processing means for controlling these
図4に示すように、動作点補正装置2は、基本的に、第1のスイッチS1および第2のスイッチS2を含み、これらスイッチの動作によって、入力した電力を昇圧、または、降圧させるDC−DCコンバータ(昇圧型、あるいは降圧型)として構成されている。
As shown in FIG. 4, the operating
動作点補正装置2の動作
次に、動作点補正装置2の動作例について説明する。
図5は、太陽光発電パネル1に部分的な影が生じている場合の動作点補正装置2による補正動作を示すタイミング図である。
図5(A)は、時系列の動作モードを示す。
モードIは、動作点補正装置2の第1のスイッチS1および第2のスイッチS2をともにオフにする動作モードである。
モードIIは、第1のスイッチS1および第2のスイッチS2をともにオンにする動作モードである。
モードIIIは、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行う動作モードである。
モードIVは、最大電力点での動作が確認された後に移行するモードで、第1のスイッチS1をオンにし、第2のスイッチS2をオフにする動作モードである。
Operation of Operating
FIG. 5 is a timing chart showing a correction operation by the operating
FIG. 5A shows a time-series operation mode.
Mode I is an operation mode in which both the first switch S1 and the second switch S2 of the operating
Mode II is an operation mode in which both the first switch S1 and the second switch S2 are turned on.
Mode III is an operation mode for performing PWM (Pulse Width Modulation) control.
Mode IV is a mode that shifts after the operation at the maximum power point is confirmed, and is an operation mode in which the first switch S1 is turned on and the second switch S2 is turned off.
モードI、II、IIIは、動作点補正装置2により動作点の補正が行われる期間であり、モードIVは、モードI〜IIIにおいて補正された最大電力点の電圧で、例えば、山登り法でMPPT装置3による調整が行われる期間である。モードIVにおけるMPPT装置3の動作の詳細については後述する。
また、図5(B)〜(D)は各モードにおける動作点補正装置2の各構成が検出する値の変化を示す。図5(B)は太陽電池パネル1の出力端子電圧である電圧VPV、動作点補正装置2の出力電圧である電圧VLおよび太陽電池パネル1の出力電流IPVの値の変化を、図5(C)はインダクタ電流ILの値の変化を、図5(D)は太陽光発電パネル1の出力電力PPVの値の変化を、それぞれ示している。
Modes I, II, and III are periods during which the operating point is corrected by the operating
5B to 5D show changes in values detected by the components of the operating
各動作モードにおいて、DSPは、第1のスイッチS1、第2のスイッチS2を下記のごとく、制御する。
モードI :開放動作:第1のスイッチS1=オフ、第2のスイッチS2=オフ
モードII :短絡動作(ただし、t=t1〜t2では最大電力点検出動作):第1のスイッチS1=オン、第2のスイッチS2=オン
モードIII:追従動作:PWM制御(第1のスイッチS1、または、第2のスイッチS2)
モードIV :停止動作:第1のスイッチS1=オン、第2のスイッチS2=オフ
In each operation mode, the DSP controls the first switch S1 and the second switch S2 as follows.
Mode I: Opening operation: 1st switch S1 = off, 2nd switch S2 = off Mode II: Short circuit operation (however, maximum power point detection operation at t = t1 to t2): 1st switch S1 = on Second switch S2 = ON Mode III: Follow-up operation: PWM control (first switch S1 or second switch S2)
Mode IV: Stop operation: first switch S1 = on, second switch S2 = off
第2のスイッチS2は、最大電力点検出動作(モードII)時に、DSPによってオン状態とされ、このとき、第2のダイオードD2は第2のキャパシタC2の短絡を防止するために設けられている。なお、第2のキャパシタC2は平滑用のキャパシタである。 The second switch S2 is turned on by the DSP during the maximum power point detection operation (mode II). At this time, the second diode D2 is provided to prevent a short circuit of the second capacitor C2. . The second capacitor C2 is a smoothing capacitor.
動作点補正装置2のDSPは、電流計MIPVで検出した太陽光発電パネル1の出力電流IPVと、電圧計MVPVで検出した太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVを乗算して太陽光発電パネル1の出力電力PPVを算出する。
そして、DSPは、太陽光発電パネル1の最大電力点をスキャンし、MPPT装置3が最大電力点で動作しているか否かをチェックする。
MPPT装置3が最大電力点で動作していない場合は、DSPはMPPT装置3の入力電圧動作範囲内で最適に動作するよう、太陽光発電パネル1の電圧を制御する。
The DSP of the operating
Then, the DSP scans the maximum power point of the photovoltaic
When the
時間経過に伴う動作点補正装置2による動作の詳細
以下、時間経過に伴う動作点補正装置2の動作の詳細について説明する。
<時間t=0〜t1>
DSPは、図5に示す時間0において、電圧計MVLの測定値(動作点補正装置2の出力電圧)VLを入力してメモリに保存するとともに、第1のスイッチS1と第2のスイッチS2とを同時にオフ状態にして、太陽光発電パネル1の出力を開放状態にする。
これにより、太陽光発電パネル1からインダクタLへの回路が遮断され、インダクタL、第2のキャパシタC2、第1のダイオードD1の回路が形成される。太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVは上昇して開放電圧VOCとなり、太陽光発電パネル1の出力電流IPVは第1のキャパシタC1の特性に応じて低下する。したがって、太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVと出力電流IPVとの積として得られる太陽光発電パネル1の出力電力PPVは急激に低下する。他方、インダクタ電流ILは、インダクタLの特性に応じて、直線的に低下し、t=t1において0となる。
Details of the operation of the operating
<Time t = 0 to t1>
The DSP inputs the measured value (output voltage of the operating point correction device 2) V L of the voltmeter MV L at
Thereby, the circuit from the photovoltaic
<時間t=t1〜t2>
DSPは、図5に示す時間t1において、第1のスイッチS1と第2のスイッチS2とを同時にオン状態にする。
第1のスイッチS1と第2のスイッチS2のオンにより、太陽光発電パネル1がインダクタLに接続され、電流ILがインダクタLの特性に応じて直線的に増加する。第2のスイッチS2がオンになっても、第2のダイオードD2によって第2のキャパシタC2の両端は短絡されない。
このため、太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVは、時間t1における開放電圧VOCから、時間t2における0まで変化する。太陽光発電パネル1の出力電流IPVは、太陽光発電パネル1の出力電力PPVのピークに応じて変化する。
<Time t = t1 to t2>
The DSP simultaneously turns on the first switch S1 and the second switch S2 at time t1 shown in FIG.
By turning on the first switch S1 and second switch S2,
For this reason, the output terminal voltage V PV of the photovoltaic
時間t1からt2にかけて、DSPは、順次、太陽光発電パネル1の出力電流IPVと出力端子電圧VPVとを乗じて出力電力PPVを算出し、図示しないDSPのメモリに記憶していき、記憶した電力値を監視して、電力が最大となる最大電力点Pmaxを検出する。これにより、例えば太陽電池パネル1に部分的な影が存在し、PV特性のピークが複数存在する場合でも、最大電力点Pmaxを必ず検出することができる。
DSPは、検出した最大電力点Pmaxに対応する太陽光発電パネル1の最適動作電圧VOPをメモリに保存する。
ここで、DSPは、MPPT装置3が最適動作電圧VOP付近で動作しているか否かを確認する。MPPT装置3が最適動作電圧VOP付近で動作していない場合は、以下説明する時間t4以降の動作(モードIII)により太陽電池パネル1の最適動作電圧をMPPT装置3の動作範囲内となるように調節する。
From time t1 to t2, the DSP sequentially calculates the output power P PV by multiplying the output current I PV of the photovoltaic
The DSP stores the optimum operating voltage V OP of the photovoltaic
Here, DSP checks whether
<時間t=t2〜t4>
時間t2の時点では太陽光発電パネル1の動作電圧、すなわち出力端子電圧VPVは最適動作電圧VOPから離れているので、DSPは時間t2において再度モードI、すなわち第1のスイッチS1と第2のスイッチS2とを同時にオフ状態とし、太陽光発電パネル1を再度開放状態とする。これにより、太陽光発電パネル1の出力電流IPVとインダクタ電流ILとがともに0となり等しくなる。
続いてDSPは時間t3において再度モードII、すなわち第1のスイッチS1と第2のスイッチS2とを同時にオン状態にする。これにより、太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVを開放電圧VOCから変化させ、最適動作電圧VOPとする。
<Time t = t2 to t4>
Since the operating voltage of the photovoltaic
Subsequently, the DSP again turns on Mode II, that is, the first switch S1 and the second switch S2 at the same time at time t3. As a result, the output terminal voltage V PV of the photovoltaic
<時間t=t4〜>
時間t4において、DSPは、太陽光発電パネル1の出力端子電圧VPVが太陽光発電パネル1の目標電圧VPVrefに追従するように制御する(モードIII)。
具体的には、以下のような方法を用いる。
まず、MPPT装置3が好適に動作する任意の動作電圧をVL’とする。すなわち、電圧VL’はMPPT装置3の動作範囲内の電圧である。太陽光発電パネル1の最適動作電圧VOPと電圧VL’との比Kを以下のように定義する。
<Time t = t4 to>
At time t4, the DSP controls the output terminal voltage V PV of the photovoltaic
Specifically, the following method is used.
First, an arbitrary operating voltage at which the
なお、上述した太陽光発電パネル1の目標電圧VPVrefは、上記定義した比Kを用いて、KVLとする。
Note that the target voltage V PVref of the solar
すなわち、動作点補正装置2のDSPは、出力電圧VLをMPPT装置の動作範囲内の電圧VL’付近となるようにして、太陽電池パネル1の出力端子電圧VPVを目標電圧VPVrefに追従するように制御する。
これにより、動作点補正装置2は、MPPT装置3の動作範囲内で太陽電池パネル1が最大電力点における最適動作を行うように制御することができる。
That is, the DSP of the operating
Thereby, the operating
以上説明した動作点補正装置2の動作により、太陽光発電パネル1を最大電力点で動作させることと、MPPT装置3側の入力電圧がMPPT装置3の好適に動作する電圧付近であること、の両条件が満たされる。
By the operation of the operating
なお、上述した例では、動作点補正装置2の出力電圧、すなわち、MPPT装置3の動作電圧VLを、MPPT装置3が好適に動作する任意の動作電圧VL’付近としたが、本発明はこれには限定されない。
動作点補正装置2の出力電圧VLの値は、MPPT装置3の動作可能電圧範囲内で、太陽光発電パネル1の最適動作電圧VOPに応じて変化してもよい。
図6は、動作点補正装置2の出力電圧VLと太陽光発電パネル1の最適動作電圧VOPとの関係を示す図である。
In the above-described example, the output voltage of the operating
The value of the output voltage VL of the operating
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the output voltage VL of the operating
図6において、線A〜Eはそれぞれ動作点補正装置2の出力電圧VLと太陽光発電パネル1の最適動作電圧VOPとの関係を示している。
線Aは、動作点補正装置2の出力電圧VLを一定の値VL’とする場合を示しており、上述した動作例はこれに対応している。
線B〜Eは、出力電圧VLをMPPT装置3の動作可能電圧範囲VLmin〜VLmax内の任意の値とした場合を示している。出力電圧VLの値は、太陽光発電パネル1の最適動作電圧VOPの値に応じて一意に決定されればよい。図6に示した線B〜Eは、出力電圧VLを決定するための関係を示したものであるが、これらは一例であり、出力電圧VLを決定するための関係については本発明では限定しない。図6に示した例である線B〜Eは傾きが正であるが、例えば傾きが負であってもよい。
In FIG. 6, lines A to E indicate the relationship between the output voltage V L of the operating
A line A indicates a case where the output voltage V L of the operating
Lines B to E indicate cases where the output voltage V L is set to an arbitrary value within the operable voltage range V Lmin to V Lmax of the
なお、モードIIIの動作は、DC−DCコンバータである動作点補正装置2の入出力比Kから得られる通流率で一定とすることもできる。
また、時間0〜t4の動作を、PWM制御によって実施することも可能である。この場合スキャン時間t1〜t2を任意にコントロールすることができる。
Note that the operation of mode III can be made constant by the conduction ratio obtained from the input / output ratio K of the operating
Further, the operation from
時間t1〜t2の検出動作において、MPPT装置3の動作電圧が最適動作電圧VOP付近で動作していることが確認された場合は、動作点は最大電力点Pmax付近にあるので、DSPは第1のスイッチS1をオンに、第2のスイッチS2をオフにしてモードIVに推移し、動作点補正装置2の動作を停止する。
これに伴い、MPPT装置3は、動作点補正装置2によって検出された最大電力点Pmaxで動作するように調整を行う。
In the detection operation of the time t1 to t2, if it is confirmed that the operating voltage of the
Accordingly, the
なお、動作点補正装置2による上述した動作を、一定時間周期で定期的に行うことにより、あるいは、利用者の指示により行うことにより、太陽光発電パネル1に対する環境の変化に対して、常に、最大電力点を検出することができ、さらに、それに応じて、MPPT装置3を動作させることができる。
In addition, by performing the operation | movement mentioned above by the operating
図7に、動作点補正装置2による動作点補正の概念図を示す。
図7は、縦軸に電力P、横軸に電圧VをとったPV特性曲線であるが、太陽光発電パネル1に部分的な影が存在することを想定しているため、ピークA、Bの2つのピークが存在する。電圧が低いピークAの方がピークBよりも大きなピークとなっている。そして、MPPT装置3は、ピークBを含む所定の電圧範囲内でしか動作しない場合を想定している。
このような場合、MPPT装置の動作電圧を太陽光発電パネルの最適動作電圧に誘導してMPPT制御を行う動作点補正装置では、ピークAに対応する電圧は動作範囲外であるため、ピークBを最大電力点として認識してしまい、ピークAを検出できない恐れがあった。
In FIG. 7, the conceptual diagram of the operating point correction | amendment by the operating
FIG. 7 is a PV characteristic curve with the electric power P on the vertical axis and the voltage V on the horizontal axis. Since it is assumed that there is a partial shadow in the
In such a case, in the operating point correction device that performs MPPT control by inducing the operating voltage of the MPPT device to the optimum operating voltage of the photovoltaic power generation panel, the voltage corresponding to the peak A is outside the operating range. It may be recognized as the maximum power point, and peak A may not be detected.
本発明の太陽光発電システムにおける動作点補正装置2は、上述したように、動作点補正装置2の出力電圧VL、すなわちMPPT装置3の動作電圧を調節することで、図7におけるピークA、すなわち太陽電池パネル1の最大電力点をMPPT装置3の動作範囲内仮想的に移動させ、ピークA’として動作させることができる。
As described above, the operating
図8は、本発明の太陽光発電システムにおける動作点補正の様子を示す実測値の時間変化を示す図である。
図8に示すように、補正前の太陽光発電パネル1の出力電力PPVは約20Wであった。
約22msから動作点補正装置2による補正が開始され、約26msで補正が終了している。太陽光発電パネル1の出力電力PPVは約42Wに改善されている。そして、動作点補正装置2の出力電圧VLはMPPT装置が好適に動作する電圧VL’付近に調節されるため、補正の前と後において出力電圧VLはほぼ維持されている。
すなわち、本発明の太陽光発電システムの動作点補正装置2の補正動作により、太陽光発電パネル1側は最大動作点で動作していることが分かる。また、補正動作はミリセカンドオーダーの極短時間で完了することが確認できる。
FIG. 8 is a diagram showing a change over time of an actual measurement value showing how the operating point is corrected in the photovoltaic power generation system of the present invention.
As shown in FIG. 8, the output power P PV of the uncorrected
The correction by the operating
That is, it can be seen that the photovoltaic
適用例
本発明の太陽光発電システムは、図3に示すように、太陽電池モジュールあるいは太陽電池アレイである太陽光発電パネル1と、その出力をMPPT制御するMPPT装置3との間に動作点補正装置2が配置される。MPPT装置3の後段には、バッテリ4と負荷5とが接続され、太陽光発電パネル1における起電力を有効に利用できるようになっている。このような形態の太陽光発電システムは、独立型太陽光発電システムと呼ばれる。
ただし、本発明は図3に示す独立型太陽光発電システムだけではなく、種々の形態の構成を取ることもできる。以下、本発明の太陽光発電システムの適用例について説明する。
Application Example As shown in FIG. 3, the photovoltaic power generation system of the present invention corrects an operating point between a photovoltaic
However, the present invention can take various configurations as well as the stand-alone photovoltaic power generation system shown in FIG. Hereinafter, application examples of the photovoltaic power generation system of the present invention will be described.
図9(a)は、バッテリ4の代わりに商用電源などの系統電源を配置することで、系統連系太陽光発電システムとしたものである。
図9(b)及び(c)は、太陽光発電パネル1を太陽電池ストリング、すなわち太陽電池モジュールを直列に複数個接続して出力の大きな発電を可能としたものを、複数個並列に接続した構成としたものである。
複数個の太陽電池ストリングは、それぞれに動作条件が異なるため、それぞれの太陽電池ストリング毎に動作点補正装置2を接続するとともに、それぞれMPPT装置3によりMPPT制御を行う必要がある。
FIG. 9A shows a grid-connected solar power generation system in which a grid power supply such as a commercial power supply is arranged instead of the battery 4.
9 (b) and 9 (c), a plurality of photovoltaic
Since a plurality of solar cell strings have different operating conditions, it is necessary to connect the operating
図9(b)に示す太陽光発電システムは、複数の動作点補正装置2からの出力を、接続箱を利用してMPPT装置3に入力するものであり、図9(c)に示す太陽光発電システムは、多入力型のMPPT装置3を使用することにより、複数の動作点補正装置2からの出力をMPPT装置3に入力するものである。
The photovoltaic power generation system shown in FIG. 9 (b) inputs outputs from a plurality of operating
以上説明したように、本発明の太陽光発電システムによれば、動作点補正装置2のDSPは、出力電圧VLをMPPT装置の動作範囲内の電圧VL’付近となるようにして、太陽電池パネル1の出力端子電圧VPVを目標電圧VPVrefに追従するように制御する。これにより、動作点補正装置2は、MPPT装置3の動作範囲内で太陽電池パネル1が最大電力点における最適動作を行うように制御している。
したがって、例えMPPT装置3が所定の動作電圧範囲内でしか動作しない場合でも、その動作範囲内で太陽電池パネル1が最大電力点での動作を行うように調節することができる。
As described above, according to the photovoltaic power generation system of the present invention, the DSP of the operating
Therefore, even when the
なお、動作点補正装置2に適用するDC−DCコンバータとしては、公知の種々の方式のものを適用することができる。
In addition, as a DC-DC converter applied to the operating
上述した実施の形態においては、動作点補正装置2を付加することにより、太陽光発電パネル1に部分的な影が存在して、太陽光発電パネル1の出力に複数のピークが存在したとしても、MPPT装置3における制御処理が正確に行われることを述べた。
しかしながら、動作点補正装置2と、MPPT装置3とは、たとえば、電力演算など、共通する、または、類似する処理も多いことから、動作点補正装置2とMPPT装置3とを合体した装置とすることもできる。
In the above-described embodiment, even if there is a partial shadow in the photovoltaic
However, since the operating
1・・・太陽光発電パネル
2・・・動作点補正装置
3・・・装置
4・・・バッテリ
5・・・負荷 C1・・・第1のキャパシタ
C2・・・第2のキャパシタ
D1・・・第1のダイオード
D2・・・第2のダイオード
MIL・・・電流計
MIPV・・・電流計
MVL・・・電圧計
MVPV・・・電圧計
S1・・・第1のスイッチ
S2・・・第2のスイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
当該太陽電池の出力が最大となる最大電力点に対応する太陽電池の最適動作電流値に太陽電池電流値を追従させる、または前記最大電力点に対応する太陽電池の最適動作電圧値に太陽電池電圧値を追従させ、当該最大電力点で動作するように追従制御を行う電力調整装置と、
前記太陽電池と、前記電力調整装置との間に設けられ、前記太陽電池の出力をスキャンし、複数のピークがある場合、最大のピークである前記最大電力点を検出し、前記電力調整装置の動作点が前記最大電力点で動作しているか否かを確認し、動作していない場合には、前記電力調整装置の動作可能な電圧範囲内で前記太陽電池が最適動作電圧となるように制御する動作点補正装置と、
を有する太陽光発電システム。 Solar cells,
The solar cell current value is made to follow the optimum operating current value of the solar cell corresponding to the maximum power point at which the output of the solar cell is maximum, or the solar cell voltage is set to the optimum operating voltage value of the solar cell corresponding to the maximum power point. A power adjustment device that tracks the value and performs tracking control so as to operate at the maximum power point;
Provided between the solar cell and the power adjustment device, scans the output of the solar cell, and when there are a plurality of peaks, detects the maximum power point that is the maximum peak, and the power adjustment device Check whether the operating point is operating at the maximum power point, and if not operating, control so that the solar cell becomes the optimum operating voltage within the operable voltage range of the power adjustment device An operating point correction device,
Having a solar power generation system.
請求項1に記載の太陽光発電システム。 The operating point correction device includes an optimum operating voltage value of the solar cell detected by the scan, an arbitrary voltage value within an operable range of the power adjustment device, and an output voltage value of the operating point correction device. The photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the output voltage value of the solar cell is caused to follow the target voltage value calculated based on the target voltage value.
前記太陽電池の出力電流を検出する電流計と、
前記太陽電池の出力端子電圧を検出する電圧計と、
演算処理手段と、
前記太陽電池から前記電力調整装置に出力される電力を、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第1のスイッチと、
当該第1のスイッチの後段に設けられたインダクタと、
当該インダクタの後段の端子間に設けられ、当該端子間を開閉するため、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第2のスイッチと
を有し、
前記演算処理手段は、
前記電流計が検出した前記太陽電池の電流値と、前記電圧計が検出した前記太陽電池の電圧値とを乗算して前記太陽電池の出力電力値を演算し、
当該太陽電池の電流値と、電圧値と、出力電力値と、に基いて、記第1のスイッチおよび第2のスイッチのオン/オフを制御する
請求項1または2に記載の太陽光発電システム。 The operating point correction device includes:
An ammeter for detecting an output current of the solar cell;
A voltmeter for detecting the output terminal voltage of the solar cell;
Arithmetic processing means;
A first switch that is turned on or off by the arithmetic processing means for controlling the power output from the solar cell to the power adjustment device;
An inductor provided at a subsequent stage of the first switch;
A second switch that is provided between the terminals at the subsequent stage of the inductor and is controlled by the arithmetic processing means to open or close between the terminals, and is turned on or off;
The arithmetic processing means includes:
Multiplying the current value of the solar cell detected by the ammeter and the voltage value of the solar cell detected by the voltmeter to calculate the output power value of the solar cell,
The photovoltaic power generation system according to claim 1 or 2, wherein on / off of the first switch and the second switch is controlled based on a current value, a voltage value, and an output power value of the solar cell. .
動作点補正装置。 The solar cell and the optimal solar cell current when the output of the solar cell is at the maximum power point are made to follow the solar cell current or the optimal solar cell voltage, and the solar cell voltage is tracked to operate at the maximum power operating point obtained. Provided between the power adjustment device that performs control, scans the output of the solar cell, and when there are a plurality of peaks, detects the maximum power point that is the maximum peak, and the operating point of the power adjustment device is It is confirmed whether or not it is operating at the maximum power point, and when it is not operating, the solar cell is controlled so as to have an optimum operating voltage within the operable voltage range of the power adjustment device. Correction device.
前記太陽電池の出力電流を検出する電流計と、
前記太陽電池の出力端子電圧を検出する電圧計と、
演算処理手段と、
前記太陽電池から前記電力調整装置に出力される電力を、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第1のスイッチと、
当該第1のスイッチの後段に設けられたインダクタと、
当該インダクタの後段の端子間に設けられ、当該端子間を開閉するため、前記演算処理手段によって制御されて、オンまたはオフする第2のスイッチと
を有し、
前記演算処理手段は、
前記電流計が検出した前記太陽電池の電流値と、前記電圧計が検出した前記太陽電池の電圧値とを乗算して前記太陽電池の出力電力値を演算し、
当該太陽電池の電流値と、電圧値と、出力電力値と、に基いて、記第1のスイッチおよび第2のスイッチのオン/オフを制御する
請求項4に記載の動作点補正装置。 The operating point correction device includes:
An ammeter for detecting an output current of the solar cell;
A voltmeter for detecting the output terminal voltage of the solar cell;
Arithmetic processing means;
A first switch that is turned on or off by the arithmetic processing means for controlling the power output from the solar cell to the power adjustment device;
An inductor provided at a subsequent stage of the first switch;
A second switch that is provided between the terminals at the subsequent stage of the inductor and is controlled by the arithmetic processing means to open or close between the terminals, and is turned on or off;
The arithmetic processing means includes:
Multiplying the current value of the solar cell detected by the ammeter and the voltage value of the solar cell detected by the voltmeter to calculate the output power value of the solar cell,
The operating point correction apparatus according to claim 4, wherein on / off of the first switch and the second switch is controlled based on a current value, a voltage value, and an output power value of the solar cell.
前記太陽電池の出力をスキャンし、複数のピークがある場合、最大のピークである前記最大電力点を検出し、前記電力調整装置の動作点が前記最大電力点で動作しているか否かを確認し、動作していない場合には、前記電力調整装置の動作可能な電圧範囲内で前記太陽電池が最適動作電圧となるように制御する
動作点補正方法。 The solar cell and the optimal solar cell current when the output of the solar cell is at the maximum power point are made to follow the solar cell current or the optimal solar cell voltage, and the solar cell voltage is tracked to operate at the maximum power operating point obtained. Applied to a photovoltaic power generation system having a power regulating device for controlling,
The output of the solar cell is scanned, and when there are a plurality of peaks, the maximum power point that is the maximum peak is detected, and it is confirmed whether or not the operating point of the power adjustment device is operating at the maximum power point And when it is not operating, it controls so that the solar cell becomes the optimal operating voltage within the voltage range in which the power adjustment device can operate.
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