JP2724124B2 - 太陽電池の最大出力追従制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光発電システム等
に用いられる太陽電池の最大出力追従制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保全やエネルギー問題は
世界的課題となってきており、太陽光発電の利用はこの
課題を解決する重要な方策であると期待されている。こ
の太陽光発電システムにおいては、変化する日射量に追
従して常に最大出力が得られるように太陽電池の出力を
制御する装置が不可欠であり、既に多くの企業がこの最
大出力追従制御装置を組み込んだ太陽光発電システムを
発表している。

【０００３】従来の最大出力追従制御装置は、８ビット
または16ビットのマイコンを使用したシステムである。
そして一般によく用いられている制御法は、短い時間間
隔で太陽電池の出力電圧と出力電流とを同時にサンプリ
ングして両者の積である出力電力を演算し、その値を前
回の値と比較する。そして今回の出力電力値が前回と比
較して変化しておれば、制御素子により太陽電池の出力
電圧を調整し、最大出力に近づけるという方法である。
このような制御法は一般的には「山登り法」と呼ばれて
いるものであるが、出力電圧の脈動に対応させるために
制御システムは大規模化、複雑化し、大幅なコストの増
加等をもたらしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、従来のような複雑なデジタル制御回
路を必要とせず、簡単なアナログ回路によって変化する
日射量に追従して常に最大出力が得られるように太陽電
池の出力を制御することができる最大出力追従制御装置
を提供するためになされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、太陽電池の出力電力の演算器
と、出力電力の最大値を保持するピークホールド回路
と、このピークホールド回路の出力を微分する微分回路
と、微分回路の出力を周期的に反転させる切替え回路
と、この切替え回路の出力を積分する誤差積分回路と、
この誤差積分回路の出力を制御信号として正帰還ループ
で太陽電池の出力電流を制御する制御素子とからなるこ
とを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】図２に実線で示したように、太陽電池の動作特
性（出力電圧−出力電力特性および出力電圧−出力電流
特性）は日射量により変化するため、日射量が増加する
とそれまでの日射量における最大電力点Ｘで運転されて
いた太陽電池の動作点はａ又はｂへ移動する。しかし本
発明の太陽電池の最大出力追従制御装置は、現在の太陽
電池の動作点が最大電力点のいずれの側にあっても、出
力電力が増加する方向に制御素子により正帰還ループで
太陽電池の出力電流を制御し、新しい日射量における最
大電力点Ｙへ動作点を移動させることができる。その構
成及び作用については、次の実施例によって詳細に説明
する。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の実施例の最大出力追従制御装
置を示す回路図であり、Ｉは図示を略した太陽電池の出
力電流を示し、Ｅは出力電圧を示す。この太陽電池の出
力電流は制御素子１により制御されるが、図２に鎖線で
示される出力電圧−出力電流特性から分かるように、出
力電流が増加すると出力電圧は減少するように変化す
る。これらの出力電流Ｉと出力電圧Ｅは出力電力の演算
器２により乗算され、出力電圧Ｐが得られる。

【０００８】３はピークホールド回路であり、演算器２
により演算された出力電圧Ｐの最大値をある時間保持す
る。従ってこのピークホールド回路３は短時間内におけ
る出力電圧Ｐの減少には反応しないこととなる。４は微
分回路であり、コンデンサと抵抗及びＯＰアンプ等の若
干の素子により構成される。この微分回路４はピークホ
ールド回路３の出力を微分するものであるので、太陽電
池の出力電圧Ｐが増加するときには出力を生じるが、出
力電圧Ｐが変化しないときや減少するときには出力を生
じない。

【０００９】５は微分回路４の出力を周期的に反転させ
る切替え回路であり、周期的に切替えられるスイッチ６
と信号極性反転回路７とからなる。この切替え回路５に
よって微分回路４の出力の信号極性は、信号が制御回路
を一巡する時間よりも長い程度の時間ごとに（例えば１
秒間に２〜３回の周期で）反転される。従って、太陽電
池の出力電圧Ｐが増加するとき、極性が正負の信号が周
期的に出力されるが、太陽電池の出力電圧Ｐが変化しな
いときや減少するときには、出力は０である。

【００１０】８はこの切替え回路５の出力を積分する誤
差積分回路である。この誤差積分回路８は入力信号を積
分する積分項と、入力信号に比例出力する出力０を含む
適当な比例項およびＯＰアンプ等の若干の電子回路素子
により構成され、切替え回路５からの出力が０になって
も適当な値に保持された制御信号を出力し続ける。この
誤差積分回路８の出力は制御素子１の入力となり、正帰
還ループにより太陽電池の出力電流を制御する。

【００１１】次にこの最大出力追従制御装置の動作を説
明する。図２において、出力電圧−出力電流特性Ｇは出
力電圧−出力電力特性Ｄに対応し、出力電圧−出力電流
特性Ｆは出力電圧−出力電力特性Ｃに対応するものであ
る。この図２に示されるように、日射量が少ないときに
出力電圧−出力電力特性Ｃ上の最大電力点Ｘで太陽電池
が動作していたとしても、日射量が増加するとその動作
点は回路状態により出力電圧−出力電力特性Ｄ上の動作
点ａまたはｂにずれることがあり、常に最大電力点Ｙに
移行するとは限らない。

【００１２】まず日射量の増加に伴って、動作点がａに
ずれた場合を説明する。この場合には、出力電力Ｐの増
加によって生じる微分回路４の出力が切替え回路５によ
って極性を反転されることなく誤差積分回路８へ入力さ
れたときに正帰還ループが形成され、制御素子１は太陽
電池の出力電流Ｉを増加する。それに連れて出力電圧Ｅ
は減少するので、動作点はａからＡの経路に従って最大
電力点Ｙに向かう。なお、この途中にも切替え回路５は
微分回路４の出力信号の極性を周期的に反転させるた
め、負帰還ループが形成されて出力電力Ｐが低下するお
それがある。しかし前記したピークホールド回路３の作
用により、出力電力Ｐが低下するときには微分回路４の
出力信号は生じないので、出力電力Ｐが低下する方向に
動作することはない。

【００１３】次に動作点がｂにずれた場合を説明する。
この場合には、出力電力Ｐの増加によって生じる微分回
路４の出力が切替え回路５によって極性を反転されたと
きに制御素子１は太陽電池の出力電流Ｉを減少させ、そ
れに連れて出力電圧Ｅは増加するので、動作点はｂから
Ｂの経路に従って最大電力点Ｙに向かう。またこの逆
に、切替え回路５が微分回路４の出力信号の極性を反転
させないときには、負帰還ループが形成されるおそれが
ある。しかし前記と同様にピークホールド回路３の作用
により、出力電力Ｐが低下するときには微分回路４の出
力信号は生じないので、出力電力Ｐが低下する方向に動
作することはない。

【００１４】

【発明の効果】上記のように、本発明の最大出力追従制
御装置はアナログ電子回路を用いた簡単な回路構成で構
成することができ、動作点が最大電力点のいずれの側に
ずれた場合にも、常に正帰還ループにより動作点を正確
に最大電力点に到達させることができる。しかも従来一
般の制御法とは異なり、太陽電池出力に不必要な変動を
与える必要がない。また応答性も良好で小規模化、低コ
スト化が可能であるうえに汎用性にも富むという利点も
ある。よって本発明は業界にもたらすところきわめて大
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】本発明の動作を説明する特性曲線図である。

【符号の説明】

１ 制御素子 ２ 演算器 ３ ピークホールド回路 ４ 微分回路 ５ 切替え回路 ６ スイッチ ７ 信号極性反転回路 ８ 誤差積分回路 Ｉ 太陽電池の出力電流 Ｅ 太陽電池の出力電圧 Ｐ 太陽電池の出力電力 Ａ 経路 Ｂ 経路 Ｘ 最大電力点 Ｙ 最大電力点

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池の出力電力の演算器と、出力電
   力の最大値を保持するピークホールド回路と、このピー
   クホールド回路の出力を微分する微分回路と、微分回路
   の出力を周期的に反転させる切替え回路と、この切替え
   回路の出力を積分する誤差積分回路と、この誤差積分回
   路の出力を制御信号として正帰還ループで太陽電池の出
   力電流を制御する制御素子とからなることを特徴とする
   太陽電池の最大出力追従制御装置。