JP2019040434A - 太陽電池のｉ−ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の仕様／状態によらず、太陽電池のＩ−Ｖカーブを良好に計測できるパワーコンディショナを提供する。【解決手段】パワーコンディショナ１０は、太陽電池３０の出力を昇圧する昇圧回路１１と、インバータ回路１２と、昇圧回路１１及びインバータ回路１２を制御する制御部２０と、を備える。昇圧回路１１は、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化する。制御部２０は、昇圧回路１１のデューティ比を変化させつつ、入力電流ＤＣＩ及び入力電圧ＤＣＶを繰り返し測定することで太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを計測し、デューティ比の組合せが異なる複数の計測処理を実行する。さらに制御部２０は、太陽電池の出力に応じてその値が変化する所定のパラメータを取得し、取得したパラメータに基づき、複数の計測処理の中から、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を選択して実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナに関する。

太陽電池（太陽電池アレイ）の性能をチェックするためや太陽電池の故障箇所の特定するために、Ｉ−Ｖカーブトレーサを用いて太陽電池のＩ−Ｖカーブを測定することが行われている。また、Ｉ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナも開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１１４７３９号公報

太陽電池のＩ−Ｖカーブは、様々な手法（手順）で計測できるものである。ただし、既存の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナは、太陽電池の出力を昇圧するための昇圧回路のデューティ比を変更しながら、昇圧回路の入力電圧及び入力電流を予め定められたタイミングで測定するものとなっている。そのため、既存の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナで太陽電池のＩ−Ｖカーブを測定すると、当該太陽電池の仕様（定格容量等）や状態（日照状態、パネル面の汚れの程度等）によっては、良好なＩ−Ｖカーブが得られない場合（詳細は後述）があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池の仕様／状態によらず、太陽電池のＩ−Ｖカーブを良好に計測できる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナは、前記太陽電池の出力を昇圧するための、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化し得る昇圧回路と、前記昇圧回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記昇圧回路及び前記インバータ回路を制御する制御部であって、前記昇圧回路のデューティ比を変化させつつ前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定することで前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを計測する、前記太陽電池の入力電流及び入力電圧が測定されるデューティ比の組合せが異なる複数の計測処理を実行可能な制御部と、を備える。そして、本発明の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナの制御部は、前記太陽電池の仕様に応じてその値が変化する所定のパラメータを取得し、取得した前記パラメータに基づき、前記複数の計測処理の中から、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を選択して実行可能に構成されている。

すなわち、Ｉ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナには、通常、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化し得る昇圧回路が用いられている。そのような昇圧回路のデューティ比の変化量と入力電流及び入力電圧の変化量との関係は、電流不連続モードと電流連続モードで大きく異なり、電流連続モード時においては、昇圧回路のデューティ比の変化に対して、入力電圧及び入力電圧
の変化が急峻となり、電流不連続モード時においては、昇圧回路のデューティ比の変化に対して、入力電圧及び入力電圧の変化が緩慢となる。特に、高照度で、高い短絡電流特性、且つ、低い開放電圧特性を持つ太陽電池は、昇圧回路のデューティ比の殆どの領域が電流不連続モードとなり、デューティ比の変化に対する入力電流及び入力電圧の変化が乏しくなる。そのため、既存の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナで太陽電池のＩ−Ｖカーブを測定すると、開放電圧側にサンプリング点が偏ったＩ−Ｖカーブや、電力変化が激しい領域（開放電圧〜最大電力電圧）でのサンプリング点が粗い（少ない）Ｉ−Ｖカーブが得られてしまうことがある。一方、本発明の、Ｉ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナは、前記昇圧回路のデューティ比を変化させつつ前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定することで前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを計測する、前記太陽電池の入力電流及び入力電圧が測定されるデューティ比の組合せが異なる複数の計測処理を実行可能な制御部であって、前記太陽電池の仕様（短絡電流特性、開放電圧特性等）に応じてその値が変化する所定のパラメータを取得し、取得した前記パラメータに基づき、前記複数の計測処理の中から、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を選択して実行可能な制御部を備えている。従って、本発明の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナによれば、太陽電池の仕様／状態によらず（太陽電池が、既存のパワーコンディショナのＩ−Ｖカーブ計測機能では良好なＩ−Ｖカーブを得られないものであっても）、太陽電池のＩ−Ｖカーブを良好に計測することができる。

本発明の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナ（以下、単に、パワーコンディショナとも表記する）の具体的な構成は、特に限定されない。例えば、本発明のパワーコンディショナを、『前記複数の計測処理に、第１計測処理と、前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧が測定される所定値以下のデューティ比の間隔が前記第１計測処理よりも広い第２計測処理とが含まれ、前記制御部は、前記所定のパラメータとして、前記昇圧回路のデューティ比を前記太陽電池の開放電圧に相当するデューティ比の理論値まで上昇させたときの前記昇圧回路の入力電圧を取得する取得処理と、前記取得処理により取得された入力電圧が閾値以下である場合には、前記第１計測処理を実行し、そうではない場合には、前記第２計測処理を実行する選択実行処理と、を実行可能に構成されている』装置として実現してもよい。また、本発明のパワーコンディショナを、『前記複数の計測処理に、第１計測処理と、前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧が測定される所定値以下のデューティ比の間隔が前記第１計測処理よりも広い第２計測処理とが含まれ、前記制御部は、前記所定のパラメータとして、前記昇圧回路の入力電圧が前記太陽電池の最大動作電圧以上の電圧である場合における前記昇圧回路の動作モードを取得する取得処理と、前記取得処理により取得された動作モードが電流不連続モードである場合には、前記第１計測処理を実行し、そうではない場合には、前記第２計測処理を実行する選択実行処理と、を実行可能に構成されている』装置として実現してもよい。

また、第１計測処理及び第２計測処理を実行し得る本発明のパワーコンディショナにおける“所定値”としては、例えば、『前記太陽電池の開放電圧に相当するデューティ比の理論値』を採用することができる。

本発明のパワーコンディショナに、『所定の第１要求を受信したときに、前記昇圧回路に対するＭＰＰＴ制御を中止し、前記所定のパラメータを取得してから、所定の第２要求の受信を待機する待機状態に移行し、前記待機状態への移行後に前記第２要求を受信したときに、取得した前記パラメータに基づき、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を前記複数の計測処理の中から選択して実行する』制御部を採用してもよい。また、本発明のパワーコンディショナに、『所定の第１要求を受信したときに、前記昇圧回路に対するＭＰＰＴ制御を中止して、所定の第２要求の受信を待機する待機状態に移行し、前記待機状態への移行後に前記第２要求を受信したときに、前記所定のパラメータを取
得し、取得した前記パラメータに基づき、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を前記複数の計測処理の中から選択して実行する』制御部を採用してもよい。

本発明の第２の態様の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナは、前記太陽電池の出力を昇圧するための、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化し得る昇圧回路と、前記昇圧回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、前記昇圧回路及び前記インバータ回路を制御する制御部と、を備える。そして、本発明の他の態様の、太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナの制御部は、前記昇圧回路のデューティ比を変化させつつ前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定することで前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを計測する計測処理であって、デューティ比が“０”から境界デューティ比までの間は、デューティ比が前記境界デューティ比以上である場合よりも入力電流及び入力電圧を粗く測定する計測処理を実行可能に構成されていると共に、前記計測処理の実行前に、“０”から規定値までのデューティ比範囲における前記昇圧回路の入力電圧とデューティ比との対応関係を取得し、取得した対応関係から前記昇圧回路の動作モードが切り替わるデューティ比であるモード遷移デューティ比を特定できた場合には、前記計測処理に使用される前記境界デューティ比の値を特定されたモード遷移デューティ比と一致させ、前記対応関係から前記モード遷移デューティ比を特定できなかった場合には、前記計測処理に使用される前記境界デューティ比の値を“０”とする設定処理を実行するように構成されている、

すなわち、本発明の第２の態様のパワーコンディショナは、モード遷移デューティ比が規定値以上である場合には、Ｉ−Ｖカーブの計測結果が、始めから（デューティ比が０から）入力電流及び入力電圧が細かく測定されたものとなり、モード遷移デューティ比が規定値未満である場合には、Ｉ−Ｖカーブの計測結果が、０から境界デューティ比までの間、入力電流及び入力電圧が粗く測定されたものとなる構成を有している。従って、本発明のこの態様のパワーコンディショナによっても、太陽電池の仕様／状態によらず（太陽電池が、既存のパワーコンディショナのＩ−Ｖカーブ計測機能では良好なＩ−Ｖカーブを得られないものであっても）、太陽電池のＩ−Ｖカーブを良好に計測することができる。

本発明によれば、太陽電池の仕様／状態によらず、太陽電池の良好なＩ−Ｖカーブを得ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナの概略構成及び使用形態の説明図である。 図２は、第１実施形態に係るパワーコンディショナの制御部が実行するトレースモード用制御の流れ図である。 図３は、各種仕様／状態の太陽電池のＩ−Ｖカーブと昇圧回路の動作モードとの間の関係を説明するための図である。 図４Ａは、低出力フラグの値が“１”である場合に実行される第１Ｉ−Ｖカーブ計測処理の説明図である。 図４Ｂは、低出力フラグの値が“０”である場合に実行される第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理の説明図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係るパワーコンディショナの制御部が実行する第２トレースモード用制御処理の流れ図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係るパワーコンディショナの制御部が実行する第３トレースモード用制御処理の流れ図である。 図７は、第３トレースモード用計測処理中で実行される境界デューティ比設処理の説明図である。 図８は、第２トレースモード用制御処理の変形例を説明するための流れ図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０の概略構成及び使用形態を示す。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０は、太陽電池（太陽電池アレイ）３０と系統４０とに接続されて使用される装置である。図示してあるように、パワーコンディショナ１０は、昇圧回路１１とインバータ（ＩＮＶ）１２と制御部２０とを備える。

昇圧回路１１は、太陽電池３０の出力電圧を昇圧するための、スイッチング素子と受動素子（リアクトル、ダイオード等）とを組み合わせた昇圧チョッパ回路である。この昇圧回路１１は、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化し得るものである。

図示してあるように、昇圧回路１１の入力端子間には、コンデンサ１３が配置されている。また、昇圧回路１１の入力側には、昇圧回路１１の入力電流ＤＣＩを測定するための電流センサ２１と、昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶを測定するための電圧センサ２２とが設けられている。

インバータ１２は、昇圧回路１１から出力される直流電圧を、系統４０に供給可能な交流電圧に変換するための、スイッチング素子と受動素子とを組み合わせた回路である。インバータ１２の入力端子間には、コンデンサ１４が配置されており、インバータ１２の各出力端子は、平滑用リアクトル１５を介してパワーコンディショナ１０の各出力端子と接続されている。また、パワーコンディショナ１０の各出力端子間には、コンデンサ１６が配置されている。

図示は省略してあるが、パワーコンディショナ１０の各所には、上記した電流センサ２１、電圧センサ２２以外のセンサ（例えば、昇圧回路１１の出力電圧を測定するための電圧センサや、昇圧回路１１内のリアクトルを流れる電流を測定するための電流センサ）も設けられている。

制御部２０は、プロセッサ（ＣＰＵ、マイクロコントローラ等）、ゲートドライバ、外部装置と通信を行うための通信インターフェース回路等から構成されたユニットである。制御部２０には、電流センサ２１及び電圧センサ２２を含む各種センサの出力が入力されており、制御部２０は、各種センサからの情報に基づき、通常処理やトレースモード用制御処理を行う。

制御部２０が行う通常処理は、太陽電池３０から最大電力が取り出されるように昇圧回路１１を制御すると共に、太陽電池３０から取り出された電力が交流に変換されて系統４０に供給されるようにインバータ１２を制御する処理である。

トレースモード用制御処理は、外部装置から所定のＩ−Ｖカーブトレース移行要求を受信したときに、制御部２０が開始する図２に示した手順の処理である。

以下、トレースモード用制御処理の内容を説明する。なお、トレースモード用制御処理の各ステップの処理の意味については、トレースモード用制御処理の全体的な処理手順の説明後に説明する。

Ｉ−Ｖカーブトレース移行要求を受信したため、このトレースモード用制御処理（図２）を開始した制御部２０は、まず、昇圧回路１１のＭＰＰＴ制御を中止して、動作点電圧（昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ）を、昇圧回路１１のデューティ比を０％にすることにより太陽電池３０の開放電圧Ｖｏｃに移動させる（ステップＳ１０１）。

次いで、制御部２０は、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求のいずれかが外部装置から送信されてくるのを待機する（ステップＳ１０２）。そして、制御部２０は、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求を受信した場合（ステップＳ１０３；終了要求）、このトレースモード用制御処理を終了して、通常処理を再開する。

一方、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求を受信した場合（ステップＳ１０３；実施要求）、制御部２０は、昇圧回路１１のデューティ比（図では、“Ｄｕｔｙ”）が０％であることを確認してから、Ｖｏｃ＿Ｄｕｔｙまで上昇させて、ＤＣＶを測定する（ステップＳ１０４）。ここで、Ｖｏｃ＿Ｄｕｔｙとは、昇圧回路１１が電流連続モードで動作している場合にＤＣＶがＶｏｃとなる昇圧回路１１のデューティ比の理論値のことである。なお、昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ（太陽電池３０の出力電圧）が太陽電池３０の開放電圧Ｖｏｃである場合、太陽電池３０の特性上、昇圧回路１１の入力電流は、０Ａとなる。従って、ＤＣＶがＶｏｃとなっている場合における昇圧回路１１の動作モードは、実際には、電流不連続モードとなるのであるが、ＤＣＶは、太陽電池３０が高出力太陽電池（詳細は後述）であるか否かを判別するために、次のステップＳ１０５で使用される値である。そして、太陽電池３０が高出力太陽電池である場合には、理論上、０％〜電流連続モードで算出したＶｏｃ＿Ｄｕｔｙの間は、動作点が殆ど動かない。そのため、ステップＳ１０４で、電流連続モードで算出したＶｏｃ＿Ｄｕｔｙを用いているのである。

ステップＳ１０４の処理を終えた制御部２０は、ＤＣＶの測定値が、開放電圧Ｖｏｃと予め設定されているα（例えば、０．８）との乗算結果以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。そして、制御部２０は、ＤＣＶの測定値が、Ｖｏｃ・α以下であった場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）には、後述するステップＳ１０９の処理時に参照されるフラグである低出力フラグに“１”をセットする（ステップＳ１０７）。一方、ＤＣＶの測定値が、Ｖｏｃ・α以下ではなかった場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、制御部２０は。低出力フラグに“０”をセットする（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６又はＳ１０７の処理を終えた制御部２０は、昇圧回路１１のデューティ比を０％に変更する（ステップＳ１０８）。そして、制御部２０は、低出力フラグ値が“１”である場合には、第１Ｉ−Ｖカーブ計測処理を実行し、低出力フラグ値が“０”である場合には、第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理を実行する（ステップＳ１０９）。第１、第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理の詳細については後述するが、いずれのＩ−Ｖカーブ計測処理も、基本的には、昇圧回路１１のデューティ比を変化させつつ昇圧回路１１の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定することにより、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを計測する処理である。

ステップＳ１０９の処理を終えた制御部２０は、動作点電圧（昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ）を開放電圧Ｖｏｃに移動させる処理（ステップＳ１１０）を行ってから、ステップＳ１０２に戻って、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求のいずれかが外部装置から送信されてくるのを待機する。

以下、トレースモード用制御処理について、さらに具体的に説明する。
上記したトレースモード用制御処理の処理手順は、以下の知見に基づき想到されたものである。

太陽電池３０の仕様／状態によらず、良好なＩ−Ｖカーブが計測できるようにするために、発明者は、各種仕様／状態の太陽電池３０のＩ−Ｖカーブと昇圧回路１１の動作モードとの間の関係を詳細に調査した。その結果、図３に示したように、（１）低出力時（図３（Ａ）〜図３（Ｃ））と高出力時（図３（Ｄ）〜図３（Ｆ））では、同じ電流不連続モード（“ＤＣＭ”）であっても、Ｄｕｔｙ（デューティ比）変化に対するＤＣＶ変化の割合が異なることを見出した。また、以下のことも見出した。

（２）低出力時（図３（Ａ）〜図３（Ｃ））、低Ｖｏｃと高Ｖｏｃでは、昇圧回路１１が電流不連続モードで動作する領域と電流連続モードで動作する領域に殆ど差は無い。また、ＤｕｔｙとＤＣＶの関係は非線形となり、形状は異なるもののＤｕｔｙ変化に対して、ＤＣＶ（動作点電圧）はある程度追従する。
（３）高出力時（図３（Ｄ）〜図３（Ｆ））、Ｖｏｃ＿Ｄｕｔｙと昇圧回路１１が電流不連続モードで動作する領域がほぼ一致している。また、電流不連続モードの領域では、Ｄｕｔｙ変化に対してＤＣＶ変化は極小となる。
（４）高出力時（図３（Ｄ）〜図３（Ｆ））、低Ｖｏｃと高ＶｏｃではＤＣＭモードの領域が異なる為、一定サンプリング間隔とすると、低Ｖｏｃの場合には、開放電圧側にサンプリング点が偏り、高Ｖｏｃの場合には、電力変化が激しい領域（Ｖｏｃ〜最大電力電圧）でのサンプリング点が粗くなる。

従って、太陽電池３０が、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示してあるような特性（性能）を有する低出力太陽電池であるか、図３（Ｄ）〜図３（Ｆ）に示してあるような特性を有する高出力太陽電池であるかを判断して、その判断結果に応じて、ＤＣＩ及びＤＣＶの測定タイミングを変更してやれば、太陽電池３０の仕様／状態によらず、太陽電池３０の良好なＩ−Ｖカーブを得ることができる。

そして、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）から明らかなように、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理により、太陽電池３０が低出力太陽電池であるか否かを判断して、その判断結果を低出力フラグに記憶することができる。

また、各領域のサンプリング点の数を適正値にすることは、基本的には、ＤＣＩ及びＤＣＶ測定時の総測定回数を一定値として、太陽電池３０が低出力太陽電池ではない場合には、ＤＣＩ及びＤＣＶが測定される所定値（Ｖｏｃ＿Ｄｕｔｙ自体又はその近傍の値）以下のデューティ比の間隔が、太陽電池３０が低出力太陽電池である場合よりも広くなるようにしておくことにより実現できる。

そのため、制御部２０は、第１Ｉ−Ｖカーブ計測処理として、以下の処理を行うに構成されている。
・０％＿ＤｕｔｙからＶｍ＿Ｄｕｔｙまでは、図４Ａに示したようなタイミングでＤＣＩとＤＣＶとをサンプリングし、Ｖｍ＿Ｄｕｔｙからは比較的に荒いサンプリングをほぼ等間隔で行う処理

すなわち、低出力フラグが“１”である場合に行われる第１Ｉ−Ｖカーブ計測処理では、はじめから（０％＿Ｄｕｔｙから）、細かなサンプリングが行われ、Ｖｍ＿Ｄｕｔｙまでは、サンプリング間隔がデューティの増加に伴い増加する形のサンプリングが行われる。ここで、０％＿Ｄｕｔｙとは、“０”のことであり、Ｖｍ＿Ｄｕｔｙとは、ＤＣＶ電圧
が太陽電池３０の最大電力電圧Ｖｍとなるデューティ比のことである。

なお、詳細説明は省略するが、制御部２０が実行する第１Ｉ−Ｖカーブ計測処理は、上記のような形でデューティ比の上昇中にＤＣＩとＤＣＶとを測定した後、デューティ比の下降中にも、低出力太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適したタイミングでＤＣＩとＤＣＶとを測定するものとなっている。ただし、第１Ｉ−Ｖカーブ測定処理は、デューティ比の上昇中又は下降中のみにＤＣＩとＤＣＶとを測定する処理であってもよい。

また、制御部２０は、第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理として、以下の処理を行うに構成されている。
・０％＿ＤｕｔｙからＶｍ＿Ｄｕｔｙまで図４Ｂに示したようなタイミングでＤＣＩとＤＣＶとがサンプリングされ、Ｖｍ＿Ｄｕｔｙからは比較的に荒いサンプリングがほぼ等間隔で行われる処理

すなわち、低出力フラグが“０”である場合に行われる第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理では、０％＿ＤｕｔｙからＶｏｃ＿Ｄｕｔｙまでは、荒いサンプリングが行われ、Ｖｏｃ＿ＤｕｔｙからＶｍ＿Ｄｕｔｙまでは、細かなサンプリングが行われる。また、Ｖｏｃ＿ＤｕｔｙからＶｍ＿Ｄｕｔｙまでは、サンプリング間隔がデューティの増加に伴い増加する形でＤＣＩとＤＣＶとがサンプリングされる。なお、制御部２０が実行する第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理も、上記した第１Ｉ−Ｖカーブ計測処理と同様に、デューティ比の下降中にも、高出力太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適したタイミングでＤＣＩとＤＣＶとを測定する処理である。ただし、第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理も、デューティ比の上昇中又は下降中のみにＤＣＩとＤＣＶとを測定する処理であってもよい。

以上、説明したように、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０の制御部２０は、昇圧回路１１のデューティ比を変化させつつ昇圧回路１１の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定する第１及び第２Ｉ−Ｖ計測処理であって昇圧回路１１の入力電流及び入力電圧が測定されるデューティ比の組合せが異なる第１及び第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理を実行できる。さらに、制御部２０は、昇圧回路１１のデューティ比を０％からＶｏｃ＿Ｄｕｔｙまで上昇させたときの昇圧回路１１の入力電圧に基づき、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブの計測に適したＩ−Ｖカーブ計測処理（第１又は第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理）を選択して実行する機能を有している。従って、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０によれば、太陽電池３０の仕様／状態によらず（太陽電池３０が、既存のパワーコンディショナのＩ−Ｖカーブ計測機能では良好なＩ−Ｖカーブを得られないものであっても）、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを良好に計測することができる。

《第２実施形態》
本発明の第２実施形態に係るパワーコンディショナは、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０と同じハードウェア構成を有する装置である。そのため、以下では、第１実施形態の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０について、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０と異なる点を中心に説明する。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０は、制御部２０が上記したトレースモード用制御処理（図２）の代わりに図５に示した手順の第２トレースモード用制御処理を実行するように、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０を変形した装置である。

この第２トレースモード用制御処理（図５）は、太陽電池３０が低出力太陽電池であるか否かの判断が、昇圧回路１１の動作モードに基づきＩ−Ｖカーブトレース移行要求の受信時に行われるように、Ｉ−Ｖカーブ計測処理（図２）を変形した処理である。

すなわち、図３から明らかなように、太陽電池３０が低出力太陽電池である（図３（Ａ）〜図３（Ｃ））であるか否かは、ＭＰＰＴ制御を中止して、動作点電圧（昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ）を、最大電力点電圧からＶｏｃに移動する最中の昇圧回路１１の動作モードで判断できる。

そのため、図５に示してあるように、第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理では、まず、動作点電圧をＶｏｃへ移動させてＤＣＩを測定し、ＤＣＩの測定結果に基づき、昇圧回路１１の動作モードを判別する処理（ステップＳ２０１）が行われる。このステップにおける昇圧回路１１の動作モードの判別手順としては、例えば、ＤＣＶ／Ｌ×Ｄｕｔｙ×Ｔｓｗによりオン時の電流リプルΔＩoｎを算出し、ＤＣＩの測定結果−ΔＩｏｎ／２が“０”以上で
あるか否かにより、 電流連続モードであるか否かを判別するといったものを採用するこ
とが出来る。なお、Ｌとは、昇圧回路内のリアクトルのインダクタンスのことであり、Ｔｓｗとはキャリア周期のことである。

ステップＳ２０１の処理が終了すると、昇圧回路１１の動作モードの判別結果が電流不連続モードである場合には、低出力フラグに“１”をセットし、そうでない場合には、低出力フラグに“０”をセットする処理（ステップＳ２０２〜Ｓ２０４）が行われる。ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求のいずれかが外部装置から送信されてくるのを待機する処理（ステップＳ２０５）が開始される。

Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求が受信された場合（ステップＳ２０６；実施要求）には、上記したステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理と同じ処理がそれぞれステップＳ２０７〜Ｓ２０９にて行われる。その後、ステップＳ２０５からの処理が再度実行される。そして、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求が受信された場合（ステップＳ２０６；終了要求）に、この第２トレースモード用制御処理が終了されて、通常処理が再開される。

以上、説明したように、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０の制御部２０も、昇圧回路１１のデューティ比を変化させつつ昇圧回路１１の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定する第１及び第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理であって、昇圧回路１１の入力電流及び入力電圧が測定されるデューティ比の組合せが異なる第１及び第２Ｉ−Ｖカーブ計測処理を実行できる。さらに、制御部２０は、ＤＣＶが最大電力点電圧からＶｏｃに移動する最中における昇圧回路１１の動作モードに基づき、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブの計測に適したＩ−Ｖカーブ計測処理を選択して実行する機能を有している。従って、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０によっても、太陽電池３０の仕様／状態によらず（太陽電池３０が、既存のパワーコンディショナのＩ−Ｖカーブ計測機能では良好なＩ−Ｖカーブを得られないものであっても）、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを良好に計測することができる。

《第３実施形態》
本発明の第３実施形態に係るパワーコンディショナも、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０と同じハードウェア構成を有する装置である。そのため、以下では、第１実施形態の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０について、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０と異なる点を中心に説明する。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０は、制御部２０が上記したＩ−Ｖカーブ計測処理（図２）の代わりに図６に示した手順の第３Ｉ−Ｖカーブ計測処理を実行するように、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０を変形した装置である。

《第３実施形態》
本発明の第３実施形態に係るパワーコンディショナも、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０と同じハードウェア構成を有する装置である。そのため、以下では、第１実施形態の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０について、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０と異なる点を中心に説明する。

本実施形態に係るパワーコンディショナ１０は、制御部２０が上記したトレースモード用制御処理（図２）の代わりに図６に示した手順の第３トレースモード用制御処理を実行するように、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０を変形した装置である。

すなわち、Ｉ−Ｖカーブトレース移行要求を受信したため、この第３トレースモード用制御処理を開始した制御部２０は、まず、昇圧回路１１のＭＰＰＴ制御を中止して、動作点電圧（昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ）を、昇圧回路１１のデューティ比を０％にすることで太陽電池３０の開放電圧Ｖｏｃに移動させる（ステップＳ３０１）。次いで、制御部２０は、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求のいずれかが外部装置から送信されてくるのを待機する（ステップＳ３０２）。そして、制御部２０は、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求を受信した場合（ステップＳ３０３；終了要求）、この第３トレースモード用制御処理を終了して、通常処理を再開する。

制御部２０は、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求を受信した場合（ステップＳ３０３；実施要求）には、計測処理用パラメータ設定処理を実行する（ステップＳ３０４）。

計測処理用パラメータ設定処理は、ステップＳ３０６にて実行されるＩ−Ｖカーブ計測処理のパラメータである境界デューティ比に、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを良好に計測できるようにするための値を設定するための処理である。

具体的には、この計測処理用パラメータ設定処理時、制御部２０は、以下のように動作する。

計測処理用パラメータ設定処理を開始した制御部２０は、まず、昇圧回路１１のデューティ比を、Ｖｏｃ×βに相当するデューティ比まで上昇させる。ここで、βとは、予め定められている値のことである。なお、βとしては、Ｖｏｃ×βが、太陽電池３０の最大電力電圧Ｖｍ程度の電圧となる値（例えば、０．８５や０．８）が使用される。また、“Ｖｏｃ×βに相当するデューティ比”とは、ＤＣＶ≒Ｖｏｃ×βとなるデューティ比のことである。従って、“Ｖｏｃ×βに相当するデューティ比”としては、例えば、“昇圧回路１１が電流連続モードで動作している場合にＤＣＶがＶｏｃ×βとなる昇圧回路１１のデューティ比の理論値”、すなわち、“（１−Ｖｏｃ・β／ＤＤＶ）×１００％”を使用することができる。

昇圧回路１１のデューティ比を、Ｖｏｃ×βに相当するデューティ比（以下、デューティ比Ｄｓとも表記する）に制御した制御部２０は、太陽電池３０の発電電力ＤＣＰを測定する。より具体的には、制御部２０は、昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ及び入力電流ＤＣＩを測定して、測定結果から太陽電池３０の発電電力ＤＣＰを算出し、デューティ比がデューティ比Ｄｓである場合の発電電力ＤＣＰｓとして記憶する処理を行う。

次いで、制御部２０は、太陽電池３０の発電電力ＤＣＰの測定と、デューティ比の変化量ΔＤｕｔｙに対する発電電力ＤＣＰの変化量ΔＤＣＰの割合ΔＤＣＰ／ΔＤｕｔｙの演算とを繰り返しながら、昇圧回路１１のデューティ比をデューティ比Ｄｓから０％まで減
少させる。

図７に示したように、太陽電池３０の発電電力ＤＣＰの時間変化量（ΔＤＣＰ／ΔＤｕｔｙに比例する値）は、昇圧回路１１の動作モードが電流連続モードから電流不連続モードに変わると、大きく減少する。従って、昇圧回路１１の動作モードが切り替わるデューティ比（以下、モード遷移デューティ比と表記する）が、デューティ比Ｄｓ未満である場合には、ΔＤＣＰ／ΔＤｕｔｙの演算結果からモード遷移デューティ比を特定できる。なお、モード遷移デューティ比は、ΔＤＣＰ／ΔＤｕｔｙの演算結果から様々な手順で特定できる。例えば、ΔＤＣＰ／ΔＤｕｔｙが、ＤＣＰｓ／Ｄｓよりも大きな値からＤＣＰｓ／Ｄｓ以下の値に変化する（又は、ＤＣＰｓ／Ｄｓ以上の値からＤＣＰｓ／Ｄｓ未満の値に変化する）デューティ比を探索して、探索結果を、モード遷移デューティ比とすることができる。

制御部２０は、モード遷移デューティ比を特定できた場合には、境界デューティ比の値を、求めたモード遷移デューティ比と一致させる。一方、モード遷移デューティ比を特定できなかった場合（換言すれば、モード遷移デューティ比がデューティ比Ｄｓ以上である場合）、制御部２０は、境界デューティ比の値を“０”とする。そして、境界デューティ比への値の設定を終えた制御部２０は、計測処理用パラメータ設定処理（図６；ステップＳ３０４）を終了する。

計測処理用パラメータ設定処理を終えた制御部２０は、昇圧回路１１のデューティ比を０％に変更（ステップＳ３０５）してから、Ｉ−Ｖカーブ計測処理を行う（ステップＳ３０６）。

このステップＳ３０６で行われるＩ−Ｖカーブ計測処理は、第１実施形態に係るパワーコンディショナ１０内の制御部２０が行うＩ−Ｖカーブ計測処理と同様に、昇圧回路１１のデューティ比を変化させつつ昇圧回路１１の入力電流ＤＣＩ及び入力電圧ＤＣＶを繰り返し測定することで太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを計測する処理である。ただし、ステップＳ３０６で行われるＩ−Ｖカーブ計測処理は、０％＿Ｄｕｔｙから境界デューティ比までは、ＤＣＩ及びＤＣＶを比較的に粗くサンプリングし、境界デューティ比からＶｍ＿Ｄｕｔｙまでは、０％＿Ｄｕｔｙから境界デューティ比までの間よりもＤＣＩ及びＤＣＶを細かくサンプリングし、Ｖｍ＿ＤｕｔｙからはＤＣＩ及びＤＣＶを比較的に荒くサンプリングする処理となっている。

Ｉ−Ｖカーブ計測処理を終えた制御部２０は、動作点電圧（昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶ）を開放電圧Ｖｏｃに移動させる処理（ステップＳ３０７）を行ってから、ステップＳ２０２に戻って、Ｉ−Ｖカーブトレース実施要求、Ｉ−Ｖカーブトレース終了要求のいずれかが外部装置から送信されてくるのを待機する。

以上、説明したように、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０の制御部２０は、Ｉ−Ｖカーブ計測処理を行う前に、計測処理用パラメータ設定処理を行う。計測処理用パラメータ設定処理時、制御部２０は、“０”からデューティ比Ｄｓまでのデューティ比範囲における太陽電池３０の発電電力と昇圧回路１１のデューティ比との対応関係を取得し、取得した対応関係から昇圧回路１１の動作モードが切り替わるモード遷移デューティ比の特定を試みる。そして、制御部２０は、モード遷移デューティ比を特定できた場合には、境界デューティ比の値を、特定されたモード遷移デューティ比と一致させる。

また、制御部２０は、モード遷移デューティ比を特定できなかった場合には、境界デューティ比の値を“０”とする。なお、太陽電池３０が低出力太陽電池である場合（図３参照）、モード遷移デューティ比は、デューティ比Ｄｓ以上となる。従って、計測処理用パ
ラメータ設定処理時にモード遷移デューティ比を特定できないということは、太陽電池３０が低出力太陽電池であることを意味する。

そして、計測処理用パラメータ設定処理を終えた制御部２０は、０％＿Ｄｕｔｙから境界デューティ比までは、ＤＣＩ及びＤＣＶを比較的に粗くサンプリングし、境界デューティ比からＶｍ＿Ｄｕｔｙまでは、ＤＣＩ及びＤＣＶを細かくサンプリングするＩ−Ｖカーブ計測処理を行う。従って、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０による太陽電池３０のＩ−Ｖカーブの計測結果は、太陽電池３０が低出力太陽電池である場合には、始めから（０％＿Ｄｕｔｙから）細かくＤＣＩ及びＤＣＶがサンプリングされたものとなる。また、当該計測結果は、太陽電池３０が高出力太陽電池である場合には、０％＿Ｄｕｔｙから境界デューティ比までは、ＤＣＩ及びＤＣＶが粗くサンプリングされたもの（０％＿Ｄｕｔｙから境界デューティ比までのサンプリング数が過度に多くないもの）となる。

このように、本実施形態に係るパワーコンディショナ１０によっても、太陽電池３０の仕様／状態によらず（太陽電池３０が、既存のパワーコンディショナのＩ−Ｖカーブ計測機能では良好なＩ−Ｖカーブを得られないものであっても）、太陽電池３０のＩ−Ｖカーブを良好に計測することができる。

《変形形態》
上記した各実施形態に係るパワーコンディショナ１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、上記した計測処理用パラメータ設定処理（図６；ステップＳ３０４）を、発電電力ＤＣＰの代わりに、昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶが用いられる処理に変形してもよい。なお、昇圧回路１１のデューティ比の変化量ΔＤｕｔｙに対する昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶの変化量ΔＤＣＶは、負となる。従って、計測処理用パラメータ設定処理を上記のように変形する場合、ΔＤＣＰ／ΔＤｕｔｙの代わりに、昇圧回路１１のデューティ比の変化量ΔＤｕｔｙに対する昇圧回路１１の入力電圧ＤＣＶの変化量ΔＤＣＶの割合の絶対値｜ΔＤＣＶ／ΔＤｕｔｙ｜が使用されることになる。また、計測処理用パラメータ設定処理を、発電電力ＤＣＰの代わりに、昇圧回路１１の入力電流ＤＣＩが用いられる処理に変形してもよい。

また、計測処理用パラメータ設定処理を、各デューティ比において、ＤＣＩの測定結果−ΔＩｏｎ／２が“０”以上であるか否かを判定することにより、モード遷移デューティを求める処理に変形してもよい。

また、制御部２０が通常処理が行っているとき、ＤＣＶは最大電力電圧Ｖｍに制御されるが、図３から明らかなように、ＤＣＶがＶｍであるとき、昇圧回路１１は、太陽電池３０が低出力太陽電池である場合には、電流不連続モードで動作し、太陽電池３０が低出力太陽電池ではない場合には、電流連続モードで動作する。従って、第２トレースモード用制御処理（図５）を、図８に示した手順の処理、すなわち、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理の代わりに、ＤＣＶが最大電力電圧Ｖｍであるときの昇圧回路１１の動作モードに基づき低出力フラグ値を設定する処理（ステップＳ４０１〜Ｓ４０５）が行われる処理に変形してもよい。また、トレースモード用制御処理（図２）を、昇圧回路１１の動作モードに基づき低出力フラグ値が設定される処理に変形してもよい。トレースモード用制御処理（図２）や第２トレースモード用制御処理（図５）を、“０”から規定値（“（１−Ｖｏｃ・０．８５／ＤＤＶ）×１００％”等）までのデューティ比範囲内にモード遷移デューティ比が存在しているか否かにより低出力フラグ値が設定される処理に変形してもよい。

第１、第２実施形態に係るパワーコンディショナ１０を、３つ以上のＩ−Ｖカーブ計測処理を実行可能なものに変形してもよいことや、各実施形態に係るパワーコンディショナ
１０を、系統４０に電力を供給しないものに変形してもよいことなどは、当然のことである。

１０ パワーコンディショナ
１１ 昇圧回路
１２ インバータ
１３、１４、１６ コンデンサ
１５ 平滑用リアクトル
２０ 制御部
２１ 電流センサ
２２ 電圧センサ
３０ 太陽電池
４０ 系統

Claims (7)

1. 太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナであって、
   前記太陽電池の出力を昇圧するための、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化し得る昇圧回路と、
   前記昇圧回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、
   前記昇圧回路及び前記インバータ回路を制御する制御部であって、前記昇圧回路のデューティ比を変化させつつ前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定することで前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを計測する、前記太陽電池の入力電流及び入力電圧が測定されるデューティ比の組合せが異なる複数の計測処理を実行可能な制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記太陽電池の仕様に応じてその値が変化する所定のパラメータを取得し、取得した前記パラメータに基づき、前記複数の計測処理の中から、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を選択して実行可能に構成されている、
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記複数の計測処理に、第１計測処理と、前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧が測定される所定値以下のデューティ比の間隔が前記第１計測処理よりも広い第２計測処理とが含まれ、
   前記制御部は、
   前記所定のパラメータとして、前記昇圧回路のデューティ比を前記太陽電池の開放電圧に相当するデューティ比の理論値まで上昇させたときの前記昇圧回路の入力電圧を取得する取得処理と、
   前記取得処理により取得された入力電圧が閾値以下である場合には、前記第１計測処理を実行し、そうではない場合には、前記第２計測処理を実行する選択実行処理と、
   を実行可能に構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記複数の計測処理に、第１計測処理と、前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧が測定される所定値以下のデューティ比の間隔が前記第１計測処理よりも広い第２計測処理とが含まれ、
   前記制御部は、
   前記所定のパラメータとして、前記昇圧回路の入力電圧が前記太陽電池の最大動作電圧以上の電圧である場合における前記昇圧回路の動作モードを取得する取得処理と、
   前記取得処理により取得された動作モードが電流不連続モードである場合には、前記第１計測処理を実行し、そうではない場合には、前記第２計測処理を実行する選択実行処理と、
   を実行可能に構成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のパワーコンディショナ。
4. 前記所定値が、前記太陽電池の開放電圧に相当するデューティ比の理論値である、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記制御部は、
   所定の第１要求を受信したときに、前記昇圧回路に対するＭＰＰＴ制御を中止し、前記所定のパラメータを取得してから、所定の第２要求の受信を待機する待機状態に移行し、
   前記待機状態への移行後に前記第２要求を受信したときに、取得した前記パラメータに基づき、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を前記複数の計測処理の中から選択して実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
6. 前記制御部は、
   所定の第１要求を受信したときに、前記昇圧回路に対するＭＰＰＴ制御を中止して、所定の第２要求の受信を待機する待機状態に移行し、
   前記待機状態への移行後に前記第２要求を受信したときに、前記所定のパラメータを取得し、取得した前記パラメータに基づき、前記太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測に適した計測処理を前記複数の計測処理の中から選択して実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
7. 太陽電池のＩ−Ｖカーブの計測機能を有するパワーコンディショナであって、
   前記太陽電池の出力を昇圧するための、デューティ比の増加に伴って動作モードが電流不連続モードから電流連続モードに変化し得る昇圧回路と、
   前記昇圧回路から出力される直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ回路と、
   前記昇圧回路及び前記インバータ回路を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記昇圧回路を制御することで前記昇圧回路の入力電圧とデューティ比との対応関係を取得し、取得した対応関係から前記昇圧回路の動作モードが切り替わるデューティ比である境界デューティ比を特定する特定処理と、
   前記昇圧回路のデューティ比を変化させつつ前記昇圧回路の入力電流及び入力電圧を繰り返し測定することで前記太陽電池のＩ−Ｖカーブを計測する計測処理であって、デューティ比が最低デューティ比から前記特定処理により特定された前記境界デューティ比までの間は、デューティ比が前記境界デューティ比以上である場合よりも入力電流及び入力電圧を粗く測定する計測処理と、
   を実行可能に構成されている、
   ことを特徴とするパワーコンディショナ。

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