JP2018151857A - Power supply device and power supply control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置および電源制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply device and a power supply control method.
近年、環境中から得られたエネルギーを蓄電し機器を動作させる環境発電に注目が集まっている。このような環境発電において得られる電力は環境に大きく依存するものの、発電される電力は、μW〜mAオーダーの微弱である。このため、動作させたい機器への給電は限りなく効率よく行うことが必要になる。そこで、一般的には、自己消費の小さいIC(集積回路)を選択するなど、ロスの少ない電源回路設計が必要とされている。 In recent years, attention has been focused on energy harvesting that stores energy obtained from the environment and operates equipment. Although the electric power obtained in such environmental power generation greatly depends on the environment, the electric power generated is weak on the order of μW to mA. For this reason, it is necessary to supply power to the device to be operated as efficiently as possible. Therefore, in general, a power supply circuit design with little loss is required, such as selecting an IC (integrated circuit) with low self-consumption.
太陽電池で発電した電力を蓄電池や負荷へ電力供給する機器において、発電された電力を直接蓄電池や負荷に供給したり、電力変換機能を有する回路構成によって充電制御回路を介して蓄電池や負荷に給電する方法が用いられている。
例えば特許文献1には、低照度のときにDC/DCコンバータ(直流電圧−直流電圧変換器)を停止し、発電された電力を無変換で負荷に供給し、高照度のときにDC/DCコンバータをオン状態にして太陽電池の出力電力が最大となるように制御することが開示されている。
In equipment that supplies power generated by solar cells to storage batteries and loads, the generated power is supplied directly to the storage batteries and loads, or power is supplied to the storage batteries and loads via the charge control circuit with a circuit configuration that has a power conversion function. Method is used.
For example, in
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、低照度のとき太陽電池の出力電圧も低下をするため蓄電池の電圧を太陽電池の出力が下回ってしまうような場合、蓄電不可能な状態に陥ることがあった。また、特許文献1に記載の技術では、底照度のときDC/DCコンバータを介していないため電圧値が変動するので、蓄電池に効率良く蓄電できなかった。
However, in the technique described in
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、低照度域から高照度域までの広い範囲にわたって、太陽光エネルギーをより効率良く利用することができる電源装置および電源制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a power supply device and a power supply control method capable of more efficiently using solar energy over a wide range from a low illuminance region to a high illuminance region. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電源装置(1)は、太陽電池(10)と、前記太陽電池の電圧を検出する電圧検出部(20)と、前記電圧検出部が検出した前記電圧と、電圧閾値(Ref1)とを比較し、比較した結果に基づいて、前記太陽電池の開放電圧の所定の割合となる設定電圧(設定端子SETの電圧)を切り換える切換部(切換部30、比較部31、スイッチ40、抵抗R1、抵抗R2、抵抗R3)と、前記設定電圧を最大電力点電圧に設定して、最大電力点追従制御を行うことで蓄電池(60)に蓄電する制御部(DC/DCコンバータ50)と、前記太陽電池の発電電力が前記制御部の制御によって蓄電される蓄電池(60)と、を備える。
In order to achieve the above object, a power supply device (1) according to an aspect of the present invention includes a solar cell (10), a voltage detection unit (20) that detects the voltage of the solar cell, and the voltage detection unit The switching unit (switching unit) that compares the set voltage with the voltage threshold (Ref1) and switches a set voltage (voltage of the setting terminal SET) that is a predetermined ratio of the open-circuit voltage of the solar cell based on the comparison result 30, the
また、本発明の一態様に係る電源装置において、前記切換部は、前記制御部が前記太陽電池と当該制御部との接続を開放していないとき、前記太陽電池の電圧を取得し、
前記制御部は、計測タイミングのとき、前記太陽電池と自部との接続を開放して開放電圧を計測し、計測した前記開放電圧と前記設定電圧とに基づいて前記最大電力点追従制御を行うようにしてもよい。
Moreover, in the power supply device according to an aspect of the present invention, the switching unit acquires the voltage of the solar cell when the control unit does not open the connection between the solar cell and the control unit,
At the measurement timing, the control unit opens the connection between the solar cell and itself and measures the open voltage, and performs the maximum power point tracking control based on the measured open voltage and the set voltage. You may do it.
また、本発明の一態様に係る電源装置において、前記切換部は、前記太陽電池の電圧値を、複数の抵抗器の接続を切り換えて分圧することで、第1の前記設定電圧と第2の前記設定電圧を切り換えるようにしてもよい。 Further, in the power supply device according to one aspect of the present invention, the switching unit divides the voltage value of the solar cell by switching connection of a plurality of resistors, whereby the first set voltage and the second voltage are changed. The set voltage may be switched.
また、本発明の一態様に係る電源装置において、前記第1の設定電圧は、第1の照度のときの開放電圧に基づく電圧値であり、前記第2の設定電圧は、第1の照度より照度の高い第1の照度のときの開放電圧に基づく電圧値であるようにしてもよい。 In the power supply device according to one embodiment of the present invention, the first set voltage is a voltage value based on an open voltage at a first illuminance, and the second set voltage is greater than the first illuminance. The voltage value may be based on the open circuit voltage at the first illuminance with high illuminance.
また、本発明の一態様に係る電源装置において、前記太陽電池は、色素増感太陽電池であるようにしてもよい。 In the power supply device according to one embodiment of the present invention, the solar cell may be a dye-sensitized solar cell.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電源制御方法は、太陽電池によって発電された発電電力を蓄電池に蓄電して運用する電源装置における電源制御方法であって、電圧検出部が、前記太陽電池の電圧を検出する電圧検出手順と、切換部が、前記電圧検出手順によって検出された前記電圧と、電圧閾値とを比較し、比較した結果に基づいて、前記太陽電池の開放電圧の所定の割合となる設定電圧を切り換える切換手順と、制御部が、前記設定電圧を最大電力点電圧に設定して、最大電力点追従制御を行うことで蓄電池に蓄電する制御手順と、を含む。 In order to achieve the above object, a power supply control method according to an aspect of the present invention is a power supply control method in a power supply device that stores and operates generated power generated by a solar battery in a storage battery, and the voltage detection unit includes: The voltage detection procedure for detecting the voltage of the solar cell, and the switching unit compares the voltage detected by the voltage detection procedure with a voltage threshold, and based on the comparison result, the open circuit voltage of the solar cell A switching procedure for switching the set voltage at a predetermined ratio, and a control procedure in which the control unit sets the set voltage to the maximum power point voltage and stores the power in the storage battery by performing the maximum power point tracking control.
本発明によれば、低照度域から高照度域までの広い範囲にわたって、太陽光エネルギーをより効率良く利用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, sunlight energy can be utilized more efficiently over the wide range from a low illumination intensity area to a high illumination intensity area.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る電源装置1の構成例を示すブロック図である。電源装置1は、負荷に電力を供給して、この負荷を動作させる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a
図1に示すように、電源装置1は、太陽電池10、電圧検出部20、切換部30(切換部)、スイッチ40(切換部)、DC/DCコンバータ50(制御部)、蓄電池60、抵抗R1(切換部)、抵抗R2(切換部)、および抵抗R3(切換部)を備えている。切換部30は、比較部31(切換部)を備える。
As shown in FIG. 1, the
太陽電池10の出力側は、電圧検出部20を介して、DC/DCコンバータ50の入力端子INと抵抗R1の一端に接続される。
電圧検出部20は、検出電圧値の出力端子が切換部30の入力側に接続される。
切換部30は、切換出力端子がスイッチ40の制御端子CNTに接続される。
スイッチ40は、端子aが抵抗R3の一端に接続され、端子bが抵抗R1の他端と抵抗R2の一端とDC/DCコンバータ50の設定端子SETに接続される。
抵抗R2は、他端が接地される。抵抗R3は、他端が接地される。
蓄電池60の出力側は、DC/DCコンバータ50の蓄電池接続端子に接続される。
The output side of the
The
The
The
The other end of the resistor R2 is grounded. The other end of the resistor R3 is grounded.
The output side of the
太陽電池10は、一般の太陽電池では十分な発電効率の得られない蛍光灯下などの光照度強度が低い(例えば10[lux])環境から、野外の太陽光下の光照度強度が高い(例えば10万[lux])環境まで、効率良く発電可能な例えば色素増感太陽電池である。
The
電圧検出部20は、太陽電池10が出力する電圧値V1を検出し、検出した電圧値V1を切換部30へ出力する。
The
切換部30は、電圧検出部20が検出した電圧値V1と閾値電圧Ref1とを比較部31が比較した結果に応じて、スイッチ40を制御する。切換部30は、電圧値V1が、閾値電圧Ref1未満の場合、スイッチ40が開状態(オフ状態)になるように制御する。この場合は、照度が所定の照度未満の状態である。切換部30は、電圧検出部20が検出した電圧値V1が、閾値電圧Ref1以上の場合、スイッチ40が閉状態(オン状態)になるように制御する。この場合は、照度が所定の照度以上の状態である。なお、切換部30は、DC/DCコンバータ50が出力した計測信号が太陽電池10を開放していないことを示す期間に、電圧検出部20が検出した電圧値V1と閾値電圧Ref1とを比較部31が比較した結果に応じて、スイッチ40を制御するようにしてもよい。
The
比較部31は、照度に応じて予め設定された所定の閾値電圧Ref1を記憶する。比較部31は、電圧検出部20が検出した電圧値V1と閾値電圧Ref1とを比較する。閾値電圧Ref1は、例えば10,000[lux]の照度のときの電圧値である。一例として、10万[lux]のときの電圧値が約2.7[V]であれば、閾値電圧Ref1は、約2.16[V](=2.7×80%)である。
スイッチ40は、切換部30の制御に応じて、閉状態と開状態が切り替わる。
The
The
DC/DCコンバータ50は、太陽電池10から入力された直流の電圧を、直流の異なる電圧に変換し、変換した直流の電力を負荷に供給する。DC/DCコンバータ50は、太陽電池10から入力された直流の電圧を直流の電圧に変換し、変換した直流の電力を蓄電池60に蓄電する。DC/DCコンバータ50は、所定の計測タイミング(例えば数十秒に一回)のとき、短時間(例えば256[ms])、太陽電池10とDC/DCコンバータ50との接続を開放し、太陽電池10の開放電圧を計測し、計測した開放電圧と設定端子SETの電圧値(設定電圧)に基づいて、後述する最大電力点追従制御(MPPT;Maximum Power Point Tracking)方式で制御する。DC/DCコンバータ50は、太陽電池10の開放電圧を計測しているタイミングを示す開放信号を切換部30へ出力するようにしてもよい。開放信号は、例えば電池を開放している期間がH(ハイ)レベルであり、それ以外の期間がL(ロー)レベルである。
The DC /
蓄電池60は、例えば容量が40F(ファラド)のリチウムイオンキャパシタである。蓄電池60には、DC/DCコンバータ50の制御によって、太陽電池10によって発電された電力が蓄電される。
The
次に、照度が低い(低照度)の場合を、図1を参照しつつ説明する。
低照度とは、例えば10,000[lux]未満の照度である。この場合、太陽電池10の開放電圧の電圧値V2は、電圧閾値Ref1未満である。このため、切換部30は、スイッチ40を開状態になるように制御する。
これにより、DC/DCコンバータ50の設定端子SETには、太陽電池10の電圧が抵抗R1と抵抗R2によって分圧された次式(1)の電圧値が入力される。
Next, the case where the illuminance is low (low illuminance) will be described with reference to FIG.
The low illuminance is, for example, illuminance less than 10,000 [lux]. In this case, the voltage value V2 of the open circuit voltage of the
Thereby, the voltage value of following Formula (1) into which the voltage of the
次に、照度が高い(高照度)の場合を、図2を参照しつつ説明する。
図2は、本実施形態に係る高照度の場合の電源装置1の状態を示す図である。
高照度とは、例えば10,000[lux]以上の照度である。この場合、太陽電池10の開放電圧の電圧値V2は、電圧閾値Ref1以上である。このため、切換部30は、スイッチ40を閉状態になるように制御する。
これにより、DC/DCコンバータ50の設定端子SETには、太陽電池10の電圧が抵抗R1と抵抗R2と抵抗R3によって分圧された次式(2)の電圧値が入力される。
Next, the case of high illuminance (high illuminance) will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of the
The high illuminance is, for example, illuminance of 10,000 [lux] or more. In this case, the voltage value V2 of the open circuit voltage of the
Thereby, the voltage value of following Formula (2) into which the voltage of the
ここで、太陽電池で発電された電力を有効に使用するための最大電力点について説明する。
図3は、太陽電池の最大電力点を説明するための図である。図3において、横軸は太陽電池の電圧、左の縦軸が電流、右の縦軸が電力である。波形g1は、電圧対電流の変化である。波形g2は、電圧対電力の変化である。
波形g1に示すように、電圧が0のとき電流値がI1であり、電圧値がVMのとき電流値がI1より小さいI2であり、電圧値がVOのとき電流値が0である。
また、波形g2に示すように、電圧が0のとき電力値が0であり、電圧値がVMのとき電力値がP1であり、電圧値がVOのとき電力値が0である。
電圧値VOは、開放電圧であり、電圧値VMは、最も大きな電力を発生することができる電圧、すなわち最大電力点電圧である。
なお、後述するように、図3に示した特性は、太陽電池に照射される照度によって変化する。同じ電圧であれば、照度が高くなるに従って電流値も大きくなる。また、照度の大きさに従って開放電圧も所定値まで大きくなる。
Here, the maximum power point for effectively using the power generated by the solar cell will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining the maximum power point of the solar cell. In FIG. 3, the horizontal axis represents the voltage of the solar cell, the left vertical axis represents current, and the right vertical axis represents power. Waveform g1 is a change in voltage versus current. Waveform g2 is a change in voltage versus power.
As shown in waveform g1, a current value when the
Further, as shown in waveform g2, 0 is the power value when the
Voltage value V O is the open voltage, the voltage value V M, a voltage capable of generating the greatest power, i.e. the maximum power point voltage.
As will be described later, the characteristics shown in FIG. 3 change depending on the illuminance irradiated on the solar cell. For the same voltage, the current value increases as the illuminance increases. Further, the open circuit voltage increases to a predetermined value according to the magnitude of the illuminance.
このように、太陽電池が発電した電力を最大限、有効に利用するためには、最大電力点電圧に制御する必要がある。
最大電力点電圧に制御する手法として、例えば山登り法などを用いた最大電力点追従制御方式が知られている。このような、MPPT方式の制御方法は、例えば太陽光発電システムのパワーコンディショナー等で用いられている。しかしながら、頻繁にMPPT方式の制御を行う構成は、コストが高く、さらにMPPT方式の制御で消費される電力も大きい。このため、本実施形態では、所定の時間毎(例えば数十秒に一回)に、開放電圧を計測し、計測した開放電圧と設定端子SETの電圧に応じて、簡易的なMPPT方式の制御を行う。
Thus, in order to use the electric power generated by the solar cell to the maximum and effective, it is necessary to control the maximum power point voltage.
As a method for controlling the maximum power point voltage, for example, a maximum power point tracking control method using a hill climbing method or the like is known. Such an MPPT control method is used, for example, in a power conditioner of a solar power generation system. However, the configuration in which the MPPT method is frequently controlled is expensive, and the power consumed by the MPPT method is large. For this reason, in this embodiment, the open-circuit voltage is measured every predetermined time (for example, once every several tens of seconds), and simple MPPT control is performed according to the measured open-circuit voltage and the voltage of the setting terminal SET. I do.
ここで、従来の電源装置における電源装置の動作例を説明する。
図4は、従来技術に係る電源装置900の構成例のブロック図である。
図4に示すように、電源装置900は、太陽電池910、DC/DCコンバータ950、蓄電池960、抵抗R901、および抵抗R902を備えている。
Here, an operation example of the power supply device in the conventional power supply device will be described.
FIG. 4 is a block diagram of a configuration example of a
As shown in FIG. 4, the
太陽電池910は、例えば一般的なアモルファス太陽電池である。
DC/DCコンバータ950は、太陽電池910が発電した電圧値を抵抗R901と抵抗902によって分圧された電圧値に応じて、太陽電池910が発電した電力を蓄電池960に蓄電する。なお、抵抗901と抵抗902によって、開放電圧の約80%の電圧に分圧されている。DC/DCコンバータ950は、開放電圧を測定する。続けて、DC/DCコンバータ950は、測定した開放電圧に対して、抵抗901と抵抗902の分圧で設定された電圧になるように、すなわち開放電圧の80%になるように制御する。80%に設定する理由は、最大電力点電圧が開放電圧の約80%程度であるためである。
The
The DC /
すなわち、従来の電源装置900では、DC/DCコンバータ950の外付け抵抗R901とR902の抵抗比によって、開放電圧の何%に制御するかを決定していた。アモルファス太陽電池は、一般に電灯下での使用に適しているが、例えば1000[lux]を越える環境で使用されると、光劣化する。このため、従来の電源装置900では、太陽電池910に照射される照度の範囲が限られていた。
このように、電源装置900に使用される太陽電池910に照射される照度がほぼ一定である場合、従来のように開放電圧の80%程度を最大電力点電圧に設定して運用すれば、太陽電池910によって発電された電力を、ある程度効率良く利用することができた。
That is, in the conventional
As described above, when the illuminance applied to the
しかしながら、エナジーハーベスト(環境発電)に電源装置1を用いる場合、低照度から高照度までの広い照度範囲での運用が望まれている。
このため、本実施形態の電源装置1では、広い照度にも対応できる色素増感太陽電池を太陽電池10に用いている。色素増感太陽電池によって発電される電力を有効に使用するためには、最大電力点電圧の設定が重要である。しかしながら、最大電力点電圧は、図4、図5に示すように照度によって変化する。
However, when the
For this reason, in the
図5は、照度が200[lux]の場合の太陽電池10における電圧対電流の特性例を示す図である。図6は、照度が10,000[lux]の場合の太陽電池10における電圧対電流の特性例を示す図である。図5、図6において、横軸は電圧、縦軸は電流である。
図5に示すように、照度が200[lux]の場合、開放電圧が約2200[mV]であり、電圧が0Vのとき電流が約135[μA]である。そして、照度が200[lux]の場合の最大電力点電圧は、約1760[mV](=2200×80%)である。
図6に示すように、照度が10,000[lux]の場合、開放電圧が約2700[mV]であり、電圧が0Vのとき電流が約9400[μA]である。そして、照度が10,000[lux]の場合の最大電力点電圧は、約2160[mV](=2700×80%)である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of voltage versus current characteristics in the
As shown in FIG. 5, when the illuminance is 200 [lux], the open circuit voltage is about 2200 [mV], and when the voltage is 0 V, the current is about 135 [μA]. The maximum power point voltage when the illuminance is 200 [lux] is about 1760 [mV] (= 2200 × 80%).
As shown in FIG. 6, when the illuminance is 10,000 [lux], the open circuit voltage is about 2700 [mV], and when the voltage is 0 V, the current is about 9400 [μA]. The maximum power point voltage when the illuminance is 10,000 [lux] is about 2160 [mV] (= 2700 × 80%).
図5、図6に示したように、照度によって、最大電力点電圧が異なっている。
このため、図4に示した従来の電源装置の場合は、高照度に合わせて抵抗R901と抵抗R902それぞれの値を設定した場合、低照度において最適な最大電力点電圧で運用できなくなる。逆に、低照度に合わせて抵抗R901と抵抗R902それぞれの値を設定した場合、高照度において最適な最大電力点電圧で運用できなくなる。従来の電源装置の場合、使用される環境によっては、照度の変化が少なく、かつ太陽電池が発電できる照度の範囲が狭かったため、図4に示したように所定の照度に合わせて抵抗R901と抵抗R902それぞれの値を設定しても、運用できる場合もあった。
As shown in FIGS. 5 and 6, the maximum power point voltage differs depending on the illuminance.
For this reason, in the case of the conventional power supply device shown in FIG. 4, when the values of the resistors R901 and R902 are set in accordance with the high illuminance, the operation cannot be performed at the optimum maximum power point voltage at the low illuminance. Conversely, when the values of the resistors R901 and R902 are set in accordance with the low illuminance, the operation cannot be performed with the optimum maximum power point voltage at the high illuminance. In the case of a conventional power supply device, depending on the environment in which it is used, the change in illuminance is small and the range of illuminance that can be generated by the solar cell is narrow. Therefore, as shown in FIG. Even if each value of R902 is set, there is a case where it can be operated.
しかしながら、エナジーハーベストでは、照明光から太陽光まで広い範囲の照度で有効に発電でき運用できるシステムが求められている。
このような要求に対して、本実施形態の電源装置1は、照明光から太陽光まで広い範囲の照度で有効に発電できる色素増感太陽電池を太陽電池10に用いた。
そして、本実施形態では、検出した太陽電池10の電圧に応じて、低照度のときに最大電力点電圧となるように設定した第1の設定電圧と、高照度のときに最大電力点電圧となるように設定した第2の設定電圧とをスイッチ40で切り換えるようにした。すなわち、図1で示したように、抵抗R1と抵抗R2で太陽電池10の電圧V1が分圧される式(1)の電圧が、低照度用の第1の設定電圧(例えば1760[mV])である。また、図2で示したように、抵抗R1と抵抗R2と抵抗R3で太陽電池10の電圧V1が分圧される式(2)の電圧が、高照度用の第2の設定電圧(例えば2160[mV])である。
However, energy harvesting requires a system that can generate and operate effectively over a wide range of illuminance from illumination to sunlight.
In response to such a request, the
And in this embodiment, according to the detected voltage of the
次に、白色LED(発光ダイオード)光と疑似太陽光における照度対MPPTの割合の特性例を説明する。
図7は、白色LED(発光ダイオード)光と疑似太陽光における照度対MPPTの割合の特性例を示す図である。MPPTの割合とは、開放電圧に対して最大電力点電圧の割合であり、1が100%、0.8が90%である。図7において、横軸は照度、縦軸はMPPTの割合(1が100%)を示している。また、菱形が白色LED光、四角が疑似太陽光である。なお、各プロット点の開放電圧は、照度によって異なる。そして、最大電力点電圧は、照度によって異なる。このため、縦軸のMPPTの割合それぞれの値は、横軸の照度毎に最大電力点電圧と最大電圧を計測し、最大電力点電圧を最大電圧で除算して算出した値である。
Next, a characteristic example of the ratio of illuminance to MPPT in white LED (light emitting diode) light and pseudo-sunlight will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a characteristic example of the ratio of illuminance versus MPPT in white LED (light emitting diode) light and pseudo-sunlight. The ratio of MPPT is the ratio of the maximum power point voltage to the open circuit voltage, where 1 is 100% and 0.8 is 90%. In FIG. 7, the horizontal axis indicates illuminance, and the vertical axis indicates the MPPT ratio (1 is 100%). Moreover, a rhombus is white LED light and a square is pseudo sunlight. In addition, the open circuit voltage of each plot point changes with illumination intensity. The maximum power point voltage varies depending on the illuminance. Therefore, the values of the MPPT ratio on the vertical axis are values calculated by measuring the maximum power point voltage and the maximum voltage for each illuminance on the horizontal axis and dividing the maximum power point voltage by the maximum voltage.
図7に示すように、MPPTの割合は、約4000[lux]以下が約0.8(80%)であり、約10,000[lux]以上で0.65(65%)である。
図7に示したように、一定照度の環境以外で電源装置1を用いる場合は、照度に応じて照度対MPPTの割合が変換する。特に、低照度(数百[lux])から高照度(数万[lux])まで広い照度範囲で1つの太陽電池10を用いる場合は、MPPTの割合の設定を照度に応じて変化させた方が効率良く利用できる。このため、本実施形態では、照度に応じて設定端子SETの電圧を切り換えるようにした。
As shown in FIG. 7, the ratio of MPPT is about 0.8 (80%) below about 4000 [lux] and 0.65 (65%) above about 10,000 [lux].
As shown in FIG. 7, when the
例えば、電源装置1の設計者は、約200[lux]と約10,000[lux]それぞれの開放電圧を設計時に計測する。電源装置1の設計者は、低照度、例えば約200[lux]の最大電力点電圧を測定して、測定した最大電力点電圧を第1の設定電圧に設定する。電源装置1の設計者は、抵抗R1と抵抗R2による太陽電池の開放電圧の分圧が第1の設定電圧となる抵抗値に設定する。例えば、太陽電池の計測された電圧値V1の80%になる抵抗値に設定する。
電源装置1の設計者は、高照度、例えば約10,000[lux]の最大電力点電圧を測定して、測定した最大電力点電圧を第2の設定電圧に設定する。電源装置1の設計者は、抵抗R1と抵抗R2と抵抗R3による太陽電池の開放電圧の分圧が第2の設定電圧となる抵抗値に設定する。例えば、太陽電池の計測された電圧値V1の65%になる抵抗値に設定する。
For example, the designer of the
The designer of the
次に、電源装置1が行う処理手順例を説明する。
図8は、本実施形態に係る電源装置1が行う処理のフローチャートである。
(ステップS1)切換部30は、DC/DCコンバータ50が出力する計測信号が太陽電池を開放していないことを示すとき、電圧検出部20が検出した太陽電池10の電圧値V1を取得する。
(ステップS2)比較部31は、取得した電圧値V1を、電圧閾値Ref1と比較する。
Next, an example of a processing procedure performed by the
FIG. 8 is a flowchart of processing performed by the
(Step S1) The
(Step S2) The
(ステップS3)切換部30は、比較部31が比較した結果に応じて、電圧値V1が電圧閾値Ref1以上であるか否かを判別する。切換部30は、電圧値V1が電圧閾値Ref1以上であると判別した場合(ステップS3;YES)、ステップS4の処理に進め、電圧値V1が電圧閾値Ref1未満であると判別した場合(ステップS3;NO)、ステップS5の処理に進める。
(Step S <b> 3) The
(ステップS4)切換部30は、スイッチ40をオン状態になるように制御する。すなわち、切換部30は、スイッチ40を高照度用の第2の設定電圧に切り換える。処理後、切換部30は、ステップS6の処理に進める。
(ステップS5)切換部30は、スイッチ40をオフ状態になるように制御する。すなわち、切換部30は、スイッチ40を低照度用の第1の設定電圧に切り換える。処理後、切換部30は、ステップS6の処理に進める。
(Step S4) The
(Step S5) The
(ステップS6)DC/DCコンバータ50は、計測タイミングのとき、短時間(例えば256[ms])、太陽電池10とDC/DCコンバータ50との接続を開放し、太陽電池10の開放電圧を計測する。続けて、DC/DCコンバータ50は、計測した開放電圧と設定端子SETの電圧に基づいて、MPPT方式の制御を行う。処理後、DC/DCコンバータ50は、ステップS1の処理に戻す。
(Step S6) At the measurement timing, the DC /
電源装置1は、ステップS1〜ステップS6の処理を所定の時間毎に繰り返す。所定の時間は、電源装置1が電力を供給する負荷の消費電力に応じて設定するようにしてもよい。また、所定の時間は、電源装置1が設置される環境(照度、照度の変化の周期)に応じて設定するようにしてもよい。例えば、事務所等、利用される環境における照度の変化が予想される時間が予め分かっている環境では、照度が変化すると予測される時間帯に、例えば1分毎に電圧値を取得し、照度の変化が予測されない時間体に、例えば1時間毎に電圧値を取得するようにしてもよい。なお、処理を行う所定の時間は、予め定められた時刻であってもよい。
The
また、本実施形態では、太陽電池10の電圧を抵抗で分圧する例を説明したが、これに限られない。例えば、ツェナーダイオード等を用いて、低照度用の第1の設定電圧と、高照度用の第2の設定電圧を生成するようにしてもよい。
Moreover, although this embodiment demonstrated the example which divides the voltage of the
また、本実施形態では、低照度用の第1の設定電圧と、高照度用の第2の設定電圧の2つを切り換える例を説明したが、例えば3つ以上の設定電圧(例えば、低照度、中照度、高照度)に切り換えるようにしてもよい。この場合は、電圧閾値を2つ設定し、切換部30が、第1の電圧閾値未満の場合に第1の設定電圧に切り換え、第1の電圧閾値以上かつ第2の電圧閾値未満の場合に第2の設定電圧に切り換え、第2の電圧閾値以上の場合に第3の設定電圧に切り換えるようにしてもよい。例えば、図7において、0〜20,000[lux]の区間、プロットした点(菱形または四角)毎に電圧閾値を設定して切り換えるようにしてもよい。
In this embodiment, an example in which the first setting voltage for low illuminance and the second setting voltage for high illuminance are switched has been described. However, for example, three or more setting voltages (for example, low illuminance) , Medium illuminance, high illuminance). In this case, two voltage thresholds are set, and the switching
なお、本実施形態では、環境発電の一例として光を用い、発電素子の一例として太陽電池を用いる例を説明したが、これに限られない。太陽電池は、最大電力点電圧が環境によって変化する他の発電素子(例えば、振動、地熱等)であってもよい。 In addition, although this embodiment demonstrated the example which uses light as an example of energy harvesting and uses a solar cell as an example of a power generation element, it is not restricted to this. The solar cell may be another power generation element (for example, vibration, geothermal heat, etc.) whose maximum power point voltage varies depending on the environment.
以上のように、本実施形態によれば、照度に応じた太陽電池の電圧値に基づいて、最大電力点電圧を設定する設定電圧を切り換えることで、低照度域から高照度域までの広い範囲にわたって、太陽光エネルギーをより効率良く利用することができる。
このように、照度に応じて設定電圧を切り換えることで、設定値を切り換えない場合と比較して、ベストケースで2倍程度、効率が良くなる。
As described above, according to the present embodiment, a wide range from the low illuminance region to the high illuminance region can be obtained by switching the setting voltage for setting the maximum power point voltage based on the voltage value of the solar cell according to the illuminance. The solar energy can be used more efficiently.
Thus, by switching the set voltage in accordance with the illuminance, the efficiency is improved by about twice in the best case as compared with the case where the set value is not switched.
なお、本発明における切換部30、DC/DCコンバータ50の機能全て又は一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより切換部30、DC/DCコンバータ50が行う処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
A program for realizing all or part of the functions of the switching
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
1…電源装置、10…太陽電池、20…電圧検出部、30…切換部、31…比較部、40…スイッチ、50…DC/DCコンバータ、60…蓄電池、R1,R2,R3…抵抗、V1…検出された太陽電池の電圧値、V2…太陽電池の開放電圧
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記太陽電池の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部が検出した前記電圧と、電圧閾値とを比較し、比較した結果に基づいて、前記太陽電池の開放電圧の所定の割合となる設定電圧を切り換える切換部と、
前記設定電圧を最大電力点電圧に設定して、最大電力点追従制御を行うことで蓄電池に蓄電する制御部と、
前記太陽電池の発電電力が前記制御部の制御によって蓄電される蓄電池と、
を備える電源装置。 Solar cells,
A voltage detector for detecting the voltage of the solar cell;
A switching unit that compares the voltage detected by the voltage detection unit with a voltage threshold and switches a set voltage that is a predetermined ratio of the open-circuit voltage of the solar cell based on the comparison result;
A control unit configured to store in the storage battery by setting the set voltage to a maximum power point voltage and performing maximum power point tracking control;
A storage battery in which the generated power of the solar battery is stored by the control of the control unit;
A power supply device comprising:
前記制御部は、計測タイミングのとき、前記太陽電池と自部との接続を開放して開放電圧を計測し、計測した前記開放電圧と前記設定電圧とに基づいて前記最大電力点追従制御を行う、請求項1に記載の電源装置。 The switching unit acquires the voltage of the solar cell when the control unit does not open the connection between the solar cell and the control unit,
At the measurement timing, the control unit opens the connection between the solar cell and itself and measures the open voltage, and performs the maximum power point tracking control based on the measured open voltage and the set voltage. The power supply device according to claim 1.
前記太陽電池の電圧値を、複数の抵抗器の接続を切り換えて分圧することで、第1の前記設定電圧と第2の前記設定電圧を切り換える、請求項1または請求項2に記載の電源装置。 The switching unit is
3. The power supply device according to claim 1, wherein the voltage value of the solar cell is switched by dividing a connection of a plurality of resistors to switch between the first set voltage and the second set voltage. 4. .
前記第2の設定電圧は、第1の照度より照度の高い第1の照度のときの開放電圧に基づく電圧値である、請求項3に記載の電源装置。 The first set voltage is a voltage value based on an open voltage at the first illuminance,
The power supply device according to claim 3, wherein the second set voltage is a voltage value based on an open-circuit voltage when the first illuminance is higher than the first illuminance.
電圧検出部が、前記太陽電池の電圧を検出する電圧検出手順と、
切換部が、前記電圧検出手順によって検出された前記電圧と、電圧閾値とを比較し、比較した結果に基づいて、前記太陽電池の開放電圧の所定の割合となる設定電圧を切り換える切換手順と、
制御部が、前記設定電圧を最大電力点電圧に設定して、最大電力点追従制御を行うことで蓄電池に蓄電する制御手順と、
を含む電源制御方法。 A power supply control method in a power supply device that stores and operates generated power generated by a solar battery in a storage battery,
A voltage detection unit for detecting a voltage of the solar cell;
The switching unit compares the voltage detected by the voltage detection procedure with a voltage threshold value, and based on the comparison result, a switching procedure for switching a set voltage that is a predetermined ratio of the open-circuit voltage of the solar cell;
A control unit sets the set voltage to the maximum power point voltage and stores the power in the storage battery by performing maximum power point tracking control; and
Power supply control method including.
Priority Applications (1)
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