JP2678846B2 - 太陽電池出力電力制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は太陽電池出力電力制御
回路に関し、特に、太陽電池を利用した商用電力併用型
空調装置に用いられるような太陽電池出力電力制御回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池を利用した商用電力併用型空調
装置は、太陽電池とインバータエアコンとを組合わせた
装置であり、太陽電池からの出力をインバータエアコン
の倍電圧整流回路の後段にあたる直流回路部に接続し、
太陽電池からの電力と商用系統電源からの電力を併用し
てインバータエアコンのＶＶＶＦインバータに供給する
ものである。なお、太陽電池からの電力はエアコンの倍
電圧整流回路によって商用系統電源に逆流することはな
い。これらの装置において、従来、太陽電池の直列接続
枚数をその出力電圧値がエアコンの直流回路部の電圧に
合うように決定し、太陽電池の出力を直接エアコンの直
流回路部に接続する方式が提案されている。

【０００３】しかしながら、周知のごとく、太陽電池の
出力電力はその動作電圧値によって大きく変化し、任意
の１電圧値でしか最大電力を出すことができない。その
上、その電圧値は日射量，温度などの気象条件で変化す
る。そして、上述の方式では、常に変化するエアコンの
負荷特性あるいは商用系統電源の電圧変動によって太陽
電池動作電圧が予想不可能な電圧値で変動するので、上
述の理由から太陽電池の出力を有効に取出すことは不可
能であり、その結果、過剰な太陽電池容量を必要として
コスト高につながるという欠点がある。

【０００４】一方、インバータエアコンの直流回路部と
太陽電池出力の間に直流−直流変換器を設け、その変換
器の出力電圧をエアコンの直流回路部の電圧に合わせる
とともに、その入力電圧、すなわち太陽電池からの出力
電圧を予め設定した一定電圧値に制御する方式を採用し
ている。この方式の特徴は、先に述べた太陽電池の最大
電力を取出せる動作電圧が、実際には気象条件（日射
量，素子温度）によって刻々と変化するが、日射量，素
子温度にかかわらずほぼ任意の一定電圧に近似できると
仮定して、擬似的に太陽電池の最大出力点で動作させよ
うとした点である。

【０００５】このことから、上述の方式では、制御的に
は開ループ制御を行なっており、予め予測した電圧値と
実際の最大出力を取出せる動作電圧値は一致しないこと
が当然予想される。この場合には、最適動作点からずれ
た点で動作することとなり、このため太陽電池の特性
上、動作点が少しでもずれると特に日射量がある程度高
くなった場合、無駄にする電力が多くなる。また、季節
によって上述の最適動作点が変化するので、１年を通し
て冬場の暖房，梅雨時の除湿も考慮すると、この方式で
は、予め設定する電圧値を頻繁に変更する必要があるな
どの煩雑な操作をしなければ、年間を通じて非常に多く
の太陽電池の出力電力を無駄にすることになり、非効率
的でとても使用に耐えるものではない。

【０００６】また、エアコン以外の負荷と太陽電池を組
合わせた装置では、実際に太陽電池の出力電力を検出し
て、その出力が最大となるように太陽電池の出力特性曲
線に沿って太陽電池動作点を変動させることで最大出力
点を見つけ出し、その点で動作させるような閉ループ制
御も行なわれている。しかしながら、従来行なわれてい
るこれらの方式についても、必ずしも制御特性の優れた
ものではなく、最大電力を取出せる動作電圧付近での電
圧の振れが大きく、しかも最大点付近で動作させるとい
うだけで、負荷消費電力に応じて太陽電池出力を制御す
るという試みはなされていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】太陽電池の大きな特徴
として、その出力が気象条件に大きく左右されるため、
利用者の設定する設定温度，外気温度によって常に変動
するエアコンなど負荷消費電力に対して、いつもそれに
応じた電力を太陽電池から供給できるものではない。す
なわち、太陽電池出力電力と負荷消費電力の間には常に
大小関係があり、このことによって負荷が要求する不足
電力と負荷が必要としない余剰電力が生じてくる。

【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、従
来の太陽電池利用空調装置における欠点を補い、より制
御性能の優れた太陽電池最大出力点追尾制御と太陽電池
動作電圧を移動させることにより、太陽電池出力電力の
増減を制御し得る太陽電池出力電力制御回路を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
太陽電池とインバータエアコンの間に挿入され、前記太
陽電池からの出力電力を前記インバータエアコンの直流
回路部分に供給するための電力制御回路において、前記
太陽電池から出力される電力の最大点を追尾するための
追値制御手段、前記電力制御回路の出力電圧を一定にす
るための定値制御手段、前記太陽電池の出力電力と前記
インバータエアコンの負荷電力との大小関係に応じて前
記追値制御手段と前記定値制御手段とを切換える切換制
御手段を備えて構成される。

【００１０】請求項２に係る発明では、請求項１に係る
発明の追値制御手段は、前記電力制御回路の出力電圧お
よび出力電流に応じて出力電力を求め、その出力電力が
最大となる制御電圧を演算する演算手段を含み、前記制
御電圧に応じたデューティ比を有する第１のパルス信号
を発生する手段を含む。

【００１１】請求項３に係る発明では、請求項１に係る
発明の定値制御手段は、基準電圧と前記電力制御回路の
出力電圧との誤差電圧を検出する誤差電圧検出手段を含
み、前記誤差電圧に応じたデューティ比を有する第２の
パルス信号を発生する手段を含む。請求項４に係る発明
では、請求項１に係る発明の直流回路部分に供給され、
前記太陽電池からの余剰電力を一時的に蓄える出力コン
デンサを含む。

【００１２】

【作用】この発明に係る太陽電池出力電力制御回路は、
エアコンの消費電力の方が太陽電池の出力電力よりも大
きい場合、太陽電池はそのときに出力できる限り最大の
電力をエアコンに供給し、不足分については商用系統電
源から供給するように制御する。このために、太陽電池
の出力電力がエアコンの消費電力よりも小さいときは太
陽電池の出力電力の最大点を追尾する追値制御手段の制
御電圧出力に応じたデューティ比のパルス信号を発生し
てスイッチングし、電力制御回路の入力電圧をそのとき
の最大電力を出力できる太陽電池の動作電圧に一致させ
ると同時に、電力制御回路の出力電圧を太陽電池の最大
出力電力に見合った値まで上昇させる。

【００１３】太陽電池出力電力がエアコン消費電力より
も大きい場合、図２の太陽電池の動作電圧−出力電力特
性に示すように太陽電池出力電力がその動作電圧によっ
て変化するという特性を利用し、定値制御手段の制御電
圧出力に応じたデューティ比のパルス信号を発生し、そ
のパルス信号に応じた電力制御回路の出力電圧を一定に
するための定値制御を行ない、太陽電池動作電圧を太陽
電池出力特性上に沿って、開放電圧に移動させることで
太陽電池出力とエアコンの消費電力とが等しくなるよう
に制御する。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の一実施例のブロック図であ
る。図１を参照して、電力制御回路１は太陽電池２とイ
ンバータエアコン３との間に接続され、電力制御回路１
の出力はインバータエアコン３に含まれる倍電圧整流回
路４の後段の直流回路部５に接続される。電力制御回路
１は太陽電池２の出力の直流電力を電圧，電流変換す
る。一方、コンセント９には商用系統電源６から交流電
力が与えられ、その交流電力が倍電圧整流回路４によっ
て交流−直流変換されて直流回路部５からＶＶＶＦイン
バータ７に与えられる。ＶＶＶＦインバータ７は電力制
御回路１から与えられた電力または倍電圧整流回路４で
直流変換された直流電力に応じて、直流−交流変換され
た電力を負荷であるインバータエアコン３の圧縮機８に
供給する。

【００１５】電力制御回路１は、太陽電池２からの入力
電力の変動を抑える入力コンデンサ１１と、スイッチン
グ素子として１個または複数個のパワーＭＯＳＦＥＴで
構成されるＦＥＴブリッジ１２と、高周波トランス１３
と、出力整流用ダイオード１４と、出力フィルタ回路を
構成する平滑コンデンサ１５と、出力チョークコイル１
６と、出力コンデンサ１７と、逆流防止ダイオード１９
と、電力制御回路１で発生したノイズが外部へ流出する
のを防止するために入出力部分に接続されたノイズフィ
ルタ２０と、制御回路１８とを含む。制御回路１８は追
値制御部２１と定値制御部２２とＰＷＭ信号発生，切換
部２３と、ソフトスタート制御部２４と電源部２５とを
含む。

【００１６】次に、動作について説明する。制御回路部
１８は後述の図９で詳細に説明するが、デューティ比制
御を施されたＰＷＭゲートパルス信号によってＦＥＴブ
リッジ１２をオン，オフスイッチングすることにより、
電力制御回路１の入力電圧、すなわち太陽電池２の動作
電圧および電力制御回路１の出力電圧を制御して、ＶＶ
ＶＦインバータ７に太陽電池２の出力電力を供給する。
すなわち、ＦＥＴブリッジ１２がオンすると、太陽電池
２の電圧が高周波トランス１３の一次巻線Ｎ_F に印加さ
れ、二次巻線Ｎ_S に電圧が誘起される。この電圧はダイ
オード１４を正方向にバイアスするので、ダイオード１
４，出力チョークコイル１６，平滑コンデンサ１５を充
電する経路で電流が流れる。

【００１７】次に、ＦＥＴブリッジ１２がオフすると、
トランス１３の一次側からの電力の伝達がなくなり、出
力チョークコイル１６に逆起電力が発生し、チョークコ
イル１６と平滑コンデンサ１５とダイオード１４とに電
流が流れる。ここで、電力制御回路１のトランス一次側
に流れる平均電流は次の第（１）式で表わされる。

【００１８】 Ｉ_IN＝Ｖ_IN・Ｔ_ON ² ／（２・Ｎ² ・Ｌ）／Ｔ_S …（１） ただし、Ｖ_IN：太陽電池動作電圧 Ｔ_ON：パワーＭＯＳＦＥＴオン時間 Ｎ ：トランス巻線比 Ｌ ：チョークコイル１５のインダクタンス Ｔ_S ：スイッチング周期 上述の第（１）式より電力制御回路１の太陽電池２側か
ら入力インピーダンスＺ_INは次の第（２）式で表わすこ
とができる。

【００１９】 Ｚ_IN＝Ｖ_IN／Ｉ_IN ＝２・Ｎ² ・Ｌ・Ｔ_S ／Ｔ_ON ² ＝２・Ｎ² ・Ｌ／（Ｔ_S ・Ｄ² ） …（２） Ｄ＝Ｔ_ON／Ｔ_S （Ｄはデューティ比） ここで、Ｎはトランス巻数比であり、Ｌはチョークコイ
ルのインダクタンス値であり、Ｔ_S はスイッチング周期
であり、これらの値は回路設計時に決定される固定値で
ある。したがって、第（２）式により太陽電池２側から
見た電力制御回路１の入力インピーダンスＺ_INは、デュ
ーティ比Ｄによって変化するのがわかる。

【００２０】図３は図１に示した電力制御回路のデュー
ティ比と太陽電池の出力特性を示す図である。

【００２１】上述の第（２）式から明らかなように、デ
ューティ比Ｄを制御することによって、図３に示すよう
に、太陽電池２の電圧電流特性、すなわち太陽電池２の
電圧電流特性曲線上の動作電圧を任意の電圧で制御する
ことができる。つまり、デューティ比Ｄによって太陽電
池の動作電圧Ｖ_INと動作電流Ｉ_INを以下のように可変す
ることができる。

【００２２】太陽電池の動作電圧Ｖ_INのときの動作点
は、図３に示すように、電力制御回路１のデューティ比
Ｄによって決定される。つまり、デューティ比をＤａ→
Ｄｂ→Ｄｃ（Ｄａ＜Ｄｂ＜Ｄｃ）と変化させると、太陽
電池の動作点がａ→ｂ→ｃへと移動し、動作電圧もＶ
ａ，Ｖｂ，Ｖｃと移動する。

【００２３】一方、電力制御回路１はその出力電圧Ｖ
_OUT を高くすることによって系統電源に優先し、太陽電
池２の出力をインバータエアコン３のＶＶＶＦインバー
タ７に供給している。これは、ＶＶＶＦインバータ７の
入力電圧−電流特性のレギュレーションを利用した制御
方法であり、インバータエアコン３のＶＶＶＦインバー
タ７には系統電源（ＡＣ１００Ｖ）を倍電圧整流回路４
で倍電圧整流した直流電圧（２２０Ｖ〜３００ＶＤＣ）
が印加されている。

【００２４】図４はＶＶＶＦインバータのレギュレーシ
ョン特性を示す図であり、この図４から明らかなよう
に、入力電圧−電流特性は入力電力（負荷消費電力）が
大きくなるに従って、入力電圧が低下するというレギュ
レーションを有している。そこで、系統電源電圧および
負荷電流が一定の状態、すなわち図４のＡ₀ 点で商用系
統電源６から１００％の電力供給を受けてＶＶＶＦイン
バータ７を運転していると考えた場合（このときのイン
バータの入力電圧はＶ₀ ）、太陽電池２の出力電力をＶ
ＶＶＦインバータ７に供給するには、ＶＶＶＦインバー
タ７のレギュレーション特性を利用して、図５に示すよ
うに、電流制御回路１の出力電圧をＡ₀ 点での電圧Ｖ₀
よりも高い電圧Ｖ_OUT ＝Ｖ₁ にすることによって、図５
に示すように、商用系統電源６に代えて太陽電池２の出
力をＶＶＶＦインバータ７に供給することができる。そ
して、電力制御回路１の出力電圧を高くすればするほ
ど、電力制御回路１からの電力供給量（負荷分担率）は
増加することになる。さらに、電力制御回路１の出力電
圧がＶ_OUT ＝Ｖ₂ 、すなわち、商用系統電源６からの電
力供給０Ｖのときのインバータ入力電圧に等しくなった
とき、商用系統電源６に代えてすべての負荷電力が太陽
電池の出力電力によって賄われることになる。

【００２５】ここで、電力制御回路１の出力電圧Ｖ_OUT
は上述のデューティ比Ｄを用いて次の第（３）式で決定
される。

【００２６】 Ｖ_OUT ＝Ｎ・Ｖ_IN・Ｄ …（３） Ｖ_OUT ：電力制御回路の出力電圧 Ｖ_IN：太陽電池２の動作電圧 Ｎ：トランス巻線比 上述の第（３）式において、巻線比Ｎは回路設計時に決
定される定数値であることから、出力電圧Ｖ_OUT はデュ
ーティ比Ｄと入力電圧Ｖ_INによって決定されることがわ
かる。しかしながら、入力電圧Ｖ_INも図３に示したよう
に、デューティ比Ｄによって決定される。したがって、
出力電圧Ｖ_OUT も先に述べた太陽電池２の電圧電流特性
上の動作線と同様にデューティ比Ｄによって制御され
る。しかしながら、第（３）式から出力電圧Ｖ_OUT はデ
ューティ比Ｄを大きくすると上昇するが、逆に、図３に
示すようにデューティＤが大きくなると入力電圧Ｖ_INが
低下する。したがって、出力電圧Ｖ_OUT を最も高くする
ことにより、多くの太陽電池２の最大出力電力をＶＶＶ
Ｆインバータ７に供給できるデューティ比Ｄを決定する
ためには、デューティ比Ｄの増減による電力の増減を検
出して、より多くの電力を供給できるデューティ比を決
定するといったフィードバック制御、すなわち閉ループ
追値制御を行なう必要がある。

【００２７】この追値制御は以下のようにして実現され
る。すなわち、図３中の太陽電池２の動作点ａ，ｂ，ｃ
における動作電圧、すなわち電力制御回路１の入力電圧
をそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｃとすると、第（３）式から
これに対応する電力制御回路１の出力電圧Ｖａ′，Ｖ
ｂ′，Ｖｃ′は次のようになる。

【００２８】Ｖａ′＝Ｎ・Ｄａ・Ｖａ Ｖｂ′＝Ｎ・Ｄｂ・Ｖｂ Ｖｃ′＝Ｎ・Ｄｃ・Ｖｃ 今、デューティ比がＤａ〜Ｄｃの変化幅においてはデュ
ーティ比の変化量ΔＤに対して入力電圧の変化量ΔＶ_IN
が小さいとすると、デューティ比Ｄの増加（Ｄａ＜Ｄｂ
＜Ｄｃ）により、電力制御回路１の出力電圧もＶａ′＞
Ｖｂ′＞Ｖｃ′と上昇する。

【００２９】図６は図１に示した電力制御回路の出力電
圧，出力電力特性を示す図であり、図７は同じくデュー
ティ比，出力電力特性を示し、図８は電力制御回路１の
デューティ比と太陽電池の出力特性を示す図である。

【００３０】図６に示すように、電力制御回路１は出力
電圧Ｖ_OUT の上昇によって、より多くの電力をＶＶＶＦ
インバータ７に供給しようとする。しかし、太陽電池２
という電源の特性上、出力できる電力に限度がある。つ
まり、デューティ比と太陽電池２の出力電力（電力制御
回路出力）の間には図７に示す関係があり、デューティ
比をＤａ→Ｄｂ→Ｄｃと大きくすることにより、電力制
御回路１の出力もＰａ＜Ｐｂ＜Ｐｃと増加するが、デュ
ーティ比をそれ以上増加させても出力電力が増加しない
デューティ比Ｄｃが存在する。すなわち、これ以上デュ
ーティ比Ｄを大きくした場合は、上述のデューティ比Ｄ
と入力電圧Ｖ_INとの関係においてデューティ比Ｄの変化
量ΔＤに対して入力電圧の変化量ΔＶ_INが大きくなる場
合であり、この場合は先ほどとは逆に、デューティ比Ｄ
の増加に対して電力制御回路１の出力電圧Ｖ_OUT が低下
し、その結果、電力制御回路１の出力電力も低下してし
まう。このことから、上述のデューティ比Ｄｃでの電力
制御回路１の出力ＰｃがＶＶＶＦインバータ７の最大供
給可能電力となり、同時に本デューティＤによって決定
される太陽電池２の動作点が太陽電池２の最大出力点と
なる。

【００３１】そこで、デューティ比Ｄを上述のようなデ
ューティＤｃに制御する方法の一例として、この発明の
一実施例の電力制御回路１では、太陽電池２の出力（太
陽電池電圧電流特性）がそのときの日射量によって大き
く変動することを考慮して、回路の出力電圧，出力電流
を検出，演算して出力電力を求め、これが常に最大とな
るようにデューティ比Ｄを決定するフィードバック制御
を行なっている。

【００３２】具体的には、デューティ比ＤをΔＤだけ増
加方向あるいは減少方向に微少変化させる。その結果、
出力電力が増加すれば同じ方向にデューティ比Ｄをさら
にΔＤだけ減少変化させる。反対に減少すればΔＤだけ
逆方向に変化させる。このようにして、出力電力が最大
となるデューティ比Ｄを追いかける制御となっている。
この例では、その制御を図１に示した追値制御部２１で
マイクロコンピュータを用いて実現している。上述の一
連の動作によって、電力制御回路１はデューティ比の制
御により回路出力電圧を上げて、太陽電池２の最大出力
点を追尾しながらＶＶＶＦインバータ７に太陽電池２か
ら取出せる最大出力を供給することができる。

【００３３】他方、太陽電池２の最大出力電力と負荷電
力の関係で前者が後者と比較して小さい場合、太陽電池
２の最大点追尾を行なうと余剰電力が生じてしまう。し
たがって、今度は太陽電池２の動作電圧を最大出力が得
られる電圧値から開放電圧側へ移動させることにより、
出力電力を減少させ、そのときの負荷電力と等しくなる
ように制御する必要がある。その制御方法について以下
に説明する。前述の図５において、電力制御回路１の出
力電圧がＶ_OUT ＝Ｖ₂ まで上昇し、商用系統電源６に代
えて、すべての負荷電力が太陽電池２の出力電力によっ
て供給されている状態を考えると、この状態では太陽電
池２の最大出力電力が負荷電力と釣り合っている。この
状態から少しでも日射量が増加し、それに伴って太陽電
池２の出力が増加すると、そのまま最大出力点を追尾し
ていたのでは負荷電力より太陽電池２の出力が大きくな
ってしまう。

【００３４】ここで、太陽電池２の出力は負荷に直結し
ており、余剰電力がほかに行き場がない。このため、
負荷消費電力（エアコンの運転パワー）が太陽電池２の
出力によって変動してしまう。異常電圧が生じ、回路
部品への悪影響を及ぼす。などの弊害，諸問題が生じ
る。そこで、これらの問題を解決するために、太陽電池
２の出力電力をその動作点を動かすことにより、太陽電
池２の出力が負荷電力に等しくなるように制御する。

【００３５】図５において、電力制御回路１の出力電圧
がＶ_OUT ＝Ｖ₂ まで上昇し、商用系統電源６に代えて、
すべての負荷電力が太陽電池２の出力電力によって供給
されている状態から太陽電池２の出力がさらに大きくな
ると、余った電力が出力コンデンサ１７に充電される。
出力コンデンサ１７の充電電圧によって、出力電圧はＶ
₂ よりもさらに上昇しようとする。出力電圧がＶ_CONST
まで上昇したところで、この電圧Ｖ_CONST で一定に制御
する出力電圧一定制御に切換える。この制御は出力電圧
を一定にするようにデューティ比Ｄを制御する。

【００３６】すなわち、太陽電池２の出力が大きくなっ
たとき、あるいは負荷電力が小さくなったとき、余った
電力を一時的にバッファとして設けている出力コンデン
サ１７に充電する。そして、出力電圧はこの充電電圧に
より上昇しようとする。しかし、出力電圧の一定制御に
より、出力電圧の上昇を妨げるようにデューティ比Ｄを
小さくするように制御して出力電圧を一定に保つ。ここ
で、出力電圧，入力電圧，デューティ比の関係の式であ
る第（２）式より出力電圧が一定のとき、デューティ比
Ｄを小さくすると、入力電圧Ｖ_INが大きくなり、太陽電
池２の動作点を電圧電流特性曲線上に沿って開放電圧側
へ太陽電池２の出力電力と負荷電力とが等しくなるとこ
ろまで移動することになる。

【００３７】図８は、この発明の一実施例の電力制御回
路のデューティ比と太陽電池出力特性を示す図である。
上述の動作を図８を参照しながら説明すると、日照強度
がＥのとき、太陽電池アレイが図８の最大出力点（Ｂｉ
点）で動作し、電力制御回路１が先に示した図５中のＢ
ｏ点（出力電圧Ｖ₂ ）において（太陽電池最大出力）＝
（負荷電力）の状態で運転していると考える。ここで、
日射強度が増してＥ→Ｅ′（Ｅ＜Ｅ′）になったとする
と、太陽電池２の出力可能電力が増加するため、電力制
御回路１はさらに大きな電力を負荷であるＶＶＶＦイン
バータ７に供給することができる。

【００３８】しかしながら、ＶＶＶＦインバータ７の負
荷電力は室内外温度，および設定温度に影響されるので
あって、日射変動には無関係であるので、日射の増加が
直接負荷電力に影響することはない。そこで、余った電
力は一時的に出力コンデンサ１７に充電される。そし
て、この充電電圧により電力制御回路１の出力電圧はＶ
₂ からＶ_CONST まで急峻に上昇し、その上さらに上昇し
ようとする。ここで、出力電圧一定制御が働き、出力電
圧の上昇を抑え、Ｖ_CONST 一定に保つようにデューティ
比Ｄを小さくする方向にＤ→Ｄ′（Ｄ＞Ｄ′）のように
制御する。このとき、太陽電池２の動作点はＢｉ点から
以下に示す第（４）式が成り立つようなＢｉ′点まで移
動し、最大電力点から開放電圧側に移動し、太陽電池２
の出力電力は負荷電力と一致するところまで低下する。

【００３９】 Ｖ_CONST ＝Ｎ・Ｄ・Ｖｂ＝Ｎ・Ｄ′・Ｖｂ′ …（４） ここで、Ｄ＞Ｄ′，Ｖｂ＜Ｖｂ′ 上述の説明とは逆に日射量が変化しない状態の太陽電池
２の出力一定の状態で負荷電力が小さくなって、太陽電
池２の出力と負荷電力の関係が逆転した場合も同様に余
った電力が一時的に出力コンデンサ１７に充電され、上
述の説明と同じ動作をする。このような制御動作によ
り、太陽電池アレイの最大出力がインバータの要求電力
より大きくなる場合には、太陽電池アレイの動作点を最
大出力点からずらして、太陽電池２側からの出力とイン
バータ要求電力が等しくなるように制御する。

【００４０】ここで、図４に示したＶＶＶＦインバータ
７の入力電圧−電流特性のレギュレーション特性は、商
用系統電源６の電圧変動（９０Ｖ〜１１０Ｖ）によっ
て、図４に示すように上下方向に変化する。したがっ
て、図５に示したＶ₀ 、すなわちすべての負荷電力が太
陽電池２の出力電力によって供給される電力制御回路１
の出力電圧Ｖ_OUT ＝Ｖ₂ は商用系統電源６の電圧変動に
よって変化する。したがって、出力電圧一定制御におけ
るＶ_CONST 値の設定は、少なくとも系統電圧の最大電圧
（１１０Ｖ）時におけるインバータ入力電圧の最大値
（負荷時におけるインバータ入力電圧）の電圧より高い
値に設定する必要があり、このようにすることで系統電
圧の変動に対しても上述の制御、すなわち電力制御回路
１の出力電圧を上げることで、太陽電池出力電力を商用
系統電源６に代えて負荷であるＶＶＶＦインバータ７に
供給するという制御を実現することができる。

【００４１】図９は図１に示した制御回路の具体的なブ
ロック図である。制御回路１８は追値制御部２１と定値
制御部２２とＰＷＭ信号発生，信号切換部２３とソフト
スタート制御部２４とを含む。追値制御部２１は主にＡ
／Ｄコンバータ４３とＣＰＵ４４とＤ／Ａコンバータ４
５を含み、前述のごとく太陽電池２の最大出力点を追尾
する。このために、追値制御部２１には図１に示したよ
うに、出力コンバータ１７の一端から出力電圧信号（出
力電圧に比例した電圧信号）が与えられるとともに、分
流器から出力電流信号（出力電流に比例した電圧信号）
とが与えられる。これらの信号がＡ／Ｄコンバータ４３
によってアナログ信号がデジタル信号に変換されてＣＰ
Ｕ４４に与えられる。ＣＰＵ４４は後述の図１０に示す
フロー図に従って、出力電力を求め、さらにこれが最大
となるような制御電圧を常に演算し、その制御電圧信号
ａをＤ／Ａコンバータ４５を介してアナログ信号で出力
する。

【００４２】定値制御部２２は主に誤差増幅器４１と基
準電圧４２とによって構成され、出力電圧信号と基準電
圧，出力電圧一定制御の一定電圧設定値Ｖ_CONST との誤
差信号から出力電圧が基準電圧に一致するように制御す
る制御電圧信号ｂを出力する。ＰＷＭ信号発生，信号切
換部２３は主にランプ波形回路４６とコンパレータ４
７，４８とＡＮＤゲート４９とパルス分配器５０を含
む。

【００４３】ＰＷＭ信号発生，信号切換部２３は、追値
制御部２１と定値制御部２２のそれぞれから出力された
制御電圧信号ａ，ｂを同じランプ波形回路４６から出力
される鋸波形とコンパレータ４７，４８を用いて比較す
ることによって、それぞれの制御電圧信号の電圧レベル
に比例したデューティ比を持つＰＷＭ信号を発生させ
る。これら２つのＰＷＭ信号は次段のＡＮＤゲート４９
に入力され、ここでどちらか一方、デューティ比の小さ
い（パルス幅の小さい）方のＰＷＭ信号が選択され、Ａ
ＮＤゲート４９から出力される。

【００４４】ここで、どのようなときにどちらの信号が
選択されるかであるが、負荷電力が太陽電池２の最大出
力よりも大きく、太陽電池２の最大点追尾制御を行なっ
ている場合は、電力制御回路１の出力電圧が基準電圧Ｖ
_CONST には達していないため、定値制御部２７からの制
御電圧信号は最大値で出力され、ＰＷＭ信号のパルス幅
（デューティ比）も最大となる。その結果、上述のよう
な場合には、ＡＮＤゲート４９ではパルス幅の小さい方
のＰＷＭ信号、すなわち追値制御部２１からの信号が選
択される。

【００４５】他方、太陽電池２の最大出力と負荷電力の
関係が逆転した場合、追値制御部２１からの制御電圧信
号が太陽電池からの電力に余裕があるので電圧レベルを
上げてＰＷＭ信号のパルス幅を大きくしようとする。一
方、出力電圧が基準電圧Ｖ_{CO NST} に達するため、定値制
御部２２からの信号は出力電圧を基準電圧より高くなら
ないようにするために制御電圧信号の電圧レベルを下げ
てＰＷＭパルス幅を小さくしようとする。

【００４６】その結果、ＡＮＤゲート４９は定値制御部
２２からの信号を選択する。また、パルス分配器５０は
ＡＮＤゲート４９からのＰＷＭ信号をゲートパルス信号
１，２と２つに分配してそれぞれ交互にスイッチングす
るＦＥＴブリッジ１２に出力する。

【００４７】上述のごとく、追値制御部２１および定値
制御部２２で決定されるそれぞれのＰＷＭ信号は電力制
御回路１の出力電圧が基準電圧_CONST に達した時点で自
動的に切換えられる。すなわち、先に記載した最大点追
尾制御と出力電圧一定制御の切換えによる太陽電池出力
制御を制御回路１８を用いて実現することができる。な
お、図９に示したソフトスタート制御部２４は回路起動
時にＰＷＭ信号のオン時間を徐々に広げるといったソフ
トスタート制御を行なっている。また、図９に示したゲ
ートパルスＯＦＦ信号は外部から強制的に回路の運転を
停止するための入力である。

【００４８】図１０は図９に示したＣＰＵの動作を説明
するためのフロー図である。図１０を参照して、ＣＰＵ
４４の動作について説明する。電源が投入されると、Ｃ
ＰＵ４４内のレジスタなどがリセットされて初期設定さ
れる。ＣＰＵ４４は制御電圧を最小値に設定した後、制
御電圧を増加させる。ＣＰＵ４４はこの制御電圧を８ビ
ットのデータ（００Ｈ〜ＦＦＨ）としてＤ／Ａコンバー
タ４５に出力し、Ｄ／Ａコンバータ４５はそのデータを
アナログ電圧としてコンパレータ４８に出力する。図１
に示した出力コンデンサ１７からの出力電圧信号と分流
器からの出力電流信号がＡ／Ｄコンバータ４３によって
デジタル信号に変換され、ＣＰＵ４４に取込まれる。Ｃ
ＰＵ４４はその入力電圧と入力電流とを乗算し、入力電
力とする。

【００４９】ＣＰＵ４４は入力電圧が減少したか否か、
すなわち太陽電池２の電圧が低下したか否かを判別し、
入力電圧が減少していなければ制御電圧を小さくする。
ＣＰＵ４４は入力電力が増加したか否かを判別し、増加
していなければ制御電圧を低くする。さらに、ＣＰＵ４
４は制御電圧が増加しているか否かを判別し、増加して
いれば制御電圧が最大値になっているか否かを判別し、
最大値になっていなければ制御電圧を１単位増加し、最
大値になっていれば１単位減少させる。逆に制御電圧が
増加していなければ最小値であるかを判別し、最小値で
あれば制御電圧を１単位増加し、最小値でなければ１単
位減少させる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、イン
バータエアコンの直流回路部に接続することによって太
陽電池の直流出力を有効に利用できるとともに、太陽電
池による電力という自然エネルギを有効に利用してエア
コンを駆動することができ、この自然エネルギが少ない
ときには商用系統電源からの電力で補完し、多いときに
は適切に電力制御することでエアコンを使用するユーザ
にとっては、太陽電池からの電力，商用系統電源からの
電力という区別を意識させることなく、従来どおりの使
い勝手を提供できる。

【００５１】しかも、エアコンが運転する必要がある気
象環境（夏場の日中時）の下では、太陽電池からの自然
エネルギは十分な出力を期待できるという効果もあり、
エネルギ（電気代）浪費を意識することなくエアコンを
運転することができ、より快適な生活環境を提供でき
る。また、電力の供給側から考えても、この発明が普及
することにより、特に夏場の日中時の電力消費ピークを
抑えるという効果を提供できる。したがって、電力の需
要者，供給者の双方にとって大きな効果が期待できると
ともに、環境にやさしい自然エネルギの利用ということ
で地球環境に対しても大きな効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】太陽電池の動作電圧−出力電力特性を示す図で
ある。

【図３】この発明の電力制御回路におけるデューティ比
と太陽電池の出力特性を示す図である。

【図４】ＶＶＶＦインバータのレギュレーション特性を
示す図である。

【図５】この発明の電流制御回路と商用系統電源との電
流供給分担特性を示す図である。

【図６】この発明の電力制御回路の出力電圧，出力電力
特性を示す図である。

【図７】この発明の電力制御回路のデューティ比，出力
電力特性を示す図である。

【図８】この発明の電力制御回路のデューティ比と太陽
電池の出力特性を示す図である。

【図９】図１に示した電力制御回路の制御ブロック図で
ある。

【図１０】図９に示したＣＰＵの動作を説明するための
フロー図である。

【符号の説明】

１ 電力制御回路 ２ 太陽電池 ３ インバータエアコン ４ 倍電圧整流回路 ６ 商用系統電源 ７ ＶＶＶＦインバータ １１ 入力コンデンサ １２ ＦＥＴブリッジ １３ 高周波トランス １４ 出力整流用ダイオード １５ 平滑コンデンサ １６ 出力チョークコイル １７ 出力コンデンサ １８ 制御回路 ２１ 追値制御部 ２２ 定値制御部 ２３ ＰＷＭ信号発生，信号切換部 ２４ ソフトスタート制御部 ４１ 誤差増幅器 ４２ 基準電圧 ４３ Ａ／Ｄコンバータ ４４ ＣＰＵ ４５ Ｄ／Ａコンバータ ４６ ランプ波形回路 ４７，４８ コンパレータ ４９ ＡＮＤゲート ５０ パルス分配器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹林 司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 南野 光治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 露口 嘉和 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社内 (72)発明者 大森 茂 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−364372（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池とインバータエアコンの間に挿
   入され、前記太陽電池からの出力電力を前記インバータ
   エアコンの直流回路部分に供給するための電力制御回路
   において、 前記太陽電池から出力される電力の最大点を追尾するた
   めの追値制御手段、 前記電力制御回路の出力電圧を一定にするための定値制
   御手段、前記太陽電池の出力電力と前記インバータエアコンの負
   荷電力との大小関係に応じて前記追値制御手段と前記定
   値制御手段とを切換える切換制御手段 を備えた、太陽電
   池出力電力制御回路。
2. 【請求項２】 前記追値制御手段は、前記電力制御回路
   の出力電圧および出力電流に応じて出力電力を求め、そ
   の出力電力が最大となる制御電圧を演算する演算手段を
   含み、前記制御電圧に応じたデューティ比を有する 第１のパル
   ス信号を発生する手段を含む、請求項１の太陽電池出力
   電力制御回路。
3. 【請求項３】 前記定値制御手段は、基準電圧と前記電
   力制御回路の出力電圧との誤差電圧を検出する誤差電圧
   検出手段を含み、前記誤差電圧に応じたデューティ比を有する第２のパル
   ス信号を発生する 手段を含む、請求項１の太陽電池出力
   電力制御回路。
4. 【請求項４】 前記直流回路部分に供給され、前記太陽
   電池からの余剰電力を一時的に蓄える出力コンデンサを
   含む、請求項１の太陽電池出力電力制御回路。