JP3499941B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の動作点を最
大電力点に追従させる太陽光発電装置の運転制御に関
し、詳しくは日射量の急変に関係なく、安定した運転が
可能な太陽光発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光発電装置に使用される太陽電池
は、太陽電池に入射する日射量をパラメータとした場
合、図３に示すような電圧−電流特性（破線）、電圧−
電力特性（実線）を持っている。図から分かるように、
日射量の増大に従って電力も電流も増大する傾向を示
し、図中Ｐa、Ｐb、Ｐcは最大電力点を示し、Ｑa、Ｑ
b、Ｑcは最大電力出力時の電圧、電流を与える点であ
る。

【０００３】このような特性を有する太陽電池から最大
電力を効率よく取り出すための運転制御として、太陽電
池の動作点を最大電力点に追従させる最大電力追尾制御
（ＭＰＰＴ制御）、いわゆる山登り法が用いられてい
る。

【０００４】この方法は、太陽電池を相異なる２点で動
作させてその出力電力を比較しながら太陽電池の動作点
が最大出力点となるように制御する方法である。すなわ
ち、太陽電池の動作電圧の制御目標値となる電圧指令値
を適当な周期で微小変化させて、その場合の太陽電池の
出力電力の増減を判定し、増加傾向であれば前回と同様
の変化方向に電圧指令値を変化（例えば増加）させ、減
少傾向であれば前回とは逆の方向に電圧指令値を変化
（例えば減少）させるという手順で、太陽電池の動作点
を段階的に最適動作点（最大電力点）に近づけるインバ
ータ制御が行われている。

【０００５】この方法により、太陽光発電装置の運転制
御開始後、太陽電池の電圧指令値を開放電圧から徐々に
変化させて、太陽電池の動作点を速やかに最適動作点に
移動させることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽光
発電装置では雲の動きによってかなり大幅な日射量の変
化が起こる。このため、日射量の増加している期間で
は、上記ＭＰＰＴ制御では後述するように太陽電池の動
作点がその最適動作点から大きく離れてしまい、太陽電
池の発電電力を有効に利用できないという問題があっ
た。

【０００７】つまり、図４に示すように太陽電池の動作
点が電圧指令値の減少方向に変化中で曲線(1)のＡ点に
あるとき、日射量が増加して曲線(1)から曲線(2)へ出力
特性が変化した場合には、電圧指令値のＶ1からＶ2への
変化により、動作点がＡ点からＢ点に移り、太陽電池の
出力電力が増加傾向であると判断され、引き続いて動作
点を電圧指令値の減少方向に変化させることになる。そ
して、更に日射量が増加して曲線(2)から曲線(3)へ出力
特性が変化した場合には、電圧指令値のＶ2からＶ3への
変化により、動作点がＢ点からＣ点に移り、引き続き動
作点を電圧指令値の減少方向に変化させることになる。

【０００８】このため、動作点が最適動作点近傍の位置
に制御されているときに日射量が急増した場合には、従
来のＭＰＰＴ制御では動作点が最適動作点から大きく離
れてしまい、その日射量急増時には太陽電池の発電電力
を有効に利用できなかった。

【０００９】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であって、日射量急増時におけるＭＰＰＴ制御による誤
動作を防ぎ、太陽電池の発電電力を有効に利用し得る太
陽光発電装置を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池と、
該太陽電池の出力を所定電圧に変換する電力変換手段
と、前記太陽電池の動作点が太陽電池の最大電力点を追
尾するように、該動作点を制御する制御目標値を所定周
期で変化させる追尾制御モードと、該追尾制御モードに
おいて前記動作点が最大電力点を追尾中に、前記太陽電
池の出力電圧が、予め設定された仮想最適動作電圧から
一定電圧以上変化した場合には、前記制御目標値を所定
期間、一定値に設定する一定制御モードとを有する電力
制御手段と、を備えていることを特徴とする太陽光発電
装置である。

【００１１】その具体的構成として、前記制御目標値は
太陽電池の出力電圧である。また、前記太陽電池の出力
電力を前記所定周期で検出する電力検出手段を備え、前
記電力制御手段は、前記追尾制御モードにおいて、前記
電力検出手段により検出された出力電力の電力変化量が
増加するように前記制御目標値を変化させると共に、該
電力変化量が予め設定された設定値以下の場合に前記動
作点が最大電力点を追尾中であると判断するものであ
る。

【００１２】更に、前記太陽電池の出力電力を前記所定
周期で検出する電力検出手段を備え、前記電力制御手段
は、前記一定制御モードにおいて、前記電力検出手段に
より検出された出力電力の電力変化量が増加中は、該一
定制御モードを維持するものである。

【００１３】そして、前記電力制御手段は、前記制御目
標値に対応した前記電力変換手段の出力電流制御信号を
出力するものである。

【００１４】

【作用】本発明によれば、定常運転時には、追尾制御モ
ードの実行によって、太陽電池の動作点が最大電力点を
中心として左右に振れることになる。また、日射量の急
増時には、一定制御モードの実行によって、動作点を制
御する制御目標値を一定値に設定するので、動作点が最
適動作点から大きく離れてしまうことがない。

【００１５】また、太陽電池の出力電圧を制御目標値と
して動作点を制御することにより、追尾制御モードでは
最大電力点となる太陽電池電圧を追尾するように動作点
が制御され、一定制御モードでは所定の太陽電池電圧に
て動作点が固定される。

【００１６】そして、上記追尾制御モードにおいて、太
陽電池の出力電力の電力変化量が増加するように制御目
標値を変化させると共に、電力変化量が予め設定された
設定値以下の場合に動作点が最大電力点を追尾中である
と判断することにより、現在、動作点が最大電力点近傍
に位置しているかどうかを確実に判断することができ
る。

【００１７】更に、上記一定制御モードにおいて、太陽
電池の出力電力の電力変化量が増加中はその一定制御モ
ードを維持することにより、日射量が増加している間は
ＭＰＰＴ制御を行わせず、ＭＰＰＴ制御による誤動作を
確実に防止している。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の太陽光発電装置の運転制御方
法の一実施例を示す図面に基づいて説明する。図１は、
本発明の太陽光発電装置を商用電力系統に連系して負荷
に電力を供給する系統連系システムの全体構成を示すブ
ロック図である。

【００１９】図１において、１は太陽電池、２はその太
陽電池１からの直流電力を所定電圧の交流電力に変換し
て出力する電力変換手段であり、ブリッジ接続されたス
イッチング素子から成るインバータ回路で構成されてい
る。そして、そのインバータ回路２の出力側は、トラン
ス３を直列に介して商用電力系統４に接続され、太陽電
池１と商用電力系統４を連系させて負荷５に電力供給し
ている。尚、トランス３はインバータ回路２からの交流
電力を２次側に絶縁伝達するために設けられており巻線
比は１：１にしてある。

【００２０】６はマイクロコンピュータから成る電力制
御手段であり、変流器ＣＴから成る第１電流検出手段７
で検出された太陽電池１の出力電流と、アイソレーショ
ンアンプから成る電圧検出手段８で検出された太陽電池
１の出力電圧とが所定のサンプリング周期（本実施例で
は０．５秒）で入力されている。

【００２１】そして、電力制御手段６では、ＲＯＭ（読
み出し専用メモリ）９に記憶された制御プログラムに従
って、第１電流検出手段７及び電圧検出手段８によって
検出された太陽電池１の出力電流及び出力電圧に基づい
て、太陽電池１の出力電力Ｐs及び電力変化量ΔＰsを算
出し、その算出結果をＲＡＭ（ランダンムアクセスメモ
リ）１０に一時記憶させると共に、ＲＡＭ１０に記憶さ
れた電力変化量ΔＰsに基づいて、インバータ回路２の
出力電流を制御する電流振幅指令値Ｉaを設定し、その
指令値Ｉaを乗算手段１１の一端に入力している。

【００２２】具体的には、電力制御手段６では、太陽電
池１の動作点がその最大電力点を追尾するように、該動
作点を制御する制御目標値としての太陽電池１の出力電
圧を所定周期で変化（本実施例では周期を０．５秒、電
圧変化幅を０．７Ｖとしている）させる追尾制御モード
と、追尾制御モードにおいて最大電力点を追尾中に、太
陽電池１の出力電圧が一定電圧（本実施例では１０Ｖ）
以上変化した場合には、太陽電池１の出力電圧が現在の
制御目標電圧値で１０秒間一定となるように電流振幅指
令値Ｉaを設定する一定制御モードとを有している。

【００２３】そして、追尾制御モードではＲＡＭ１０に
格納された電力変化量ΔＰsと、電圧検出手段８によっ
て検出された太陽電池１の出力電圧とに基づいて制御目
標電圧の変化方向と大きさを決定し、太陽電池１の出力
電圧がその制御目標電圧となるように、インバータ回路
２の出力電流を制御する電流振幅指令値Ｉaを設定して
いる。

【００２４】１２は連系点電圧の電圧波形を検出するた
めの変圧器ＰＴから成る電圧波形検出手段であり、商用
電力系統４の系統電圧の電圧波形に対応する基準波形を
出力する。そして、その電圧波形検出手段１２からの出
力を乗算手段１１の他端に入力している。

【００２５】乗算手段１１は、電力制御手段６からの出
力と、電圧波形検出手段１２からの出力との乗算を行
い、その乗算結果を誤差増幅器１３の一端に入力してい
る。つまり、乗算手段１１では、電力制御手段６におい
て設定された電流振幅指令値Ｉaと、系統電圧に対応す
る基準波形とが入力され、その両者の乗算を行っている
ので、電流振幅指令値Ｉaに応じた振幅の商用周波数の
正弦波形の信号が乗算手段１１から出力される。

【００２６】１４はインバータ回路２の出力側に接続さ
れ、インバータ回路２からの出力電流を検出する第２電
流検出手段であり、検出されたインバータ出力電流を誤
差増幅器１３の他端に入力している。

【００２７】そして、誤差増幅器１３は、乗算手段１１
からの出力、及び第２電流検出手段１４からの出力の差
を増幅した後、ＰＷＭコンパレータ（パルス幅変調手
段）１５に入力している。

【００２８】このＰＷＭコンパレータ１５は、誤差増幅
器１３からの誤差信号と、基準三角波とを比較して、誤
差増幅器１３からの誤差信号が零になるようにインバー
タ回路２のスイッチング素子にスイッチング制御信号を
供給する。

【００２９】そして、インバータ回路２では、ＰＷＭコ
ンパレータ１５からの入力信号に基づいてインバータ回
路２のスイッチングパルス幅が制御され、インバータ回
路２からのインバータ出力電流が電流振幅指令値Ｉaに
基づく値に制御される。

【００３０】次に、上記のように構成された太陽光発電
装置の運転制御の動作について図２のフローチャートに
より説明する。先ず、起動開始処理として電流振幅指令
値Ｉaを２Ａに設定し、インバータ回路１１のスイッチ
ング制御を行うと共に、初期値設定として前回のインバ
ータ電力Ｐo及び前回の太陽電池電圧Ｖsoを零に設定す
る（Ｓ１）。

【００３１】次に、電力制御手段６でのモードを追尾制
御モードに設定し、第１電流検出手段７及び電圧検出手
段８によって検出された太陽電池１の出力電流及び出力
電圧Ｖsに基づいて、現在の太陽電池１の出力電力Ｐs及
びその電力変化量ΔＰs（＝Ｐs−Ｐo）を算出し、その
算出結果をＲＡＭ１０に一時記憶させる（Ｓ３）。

【００３２】そして、電力制御手段６において、電力変
化量ΔＰsの符号に基づいて太陽電池１の動作点の変化
方向を決定すると共に、その変化方向及び現在の太陽電
池１の出力電圧Ｖsに基づいて制御目標電圧Ｖpを求め、
太陽電池１の出力電圧がその制御目標電圧Ｖpとなる電
流振幅指令値Ｉaを設定する（Ｓ５）。

【００３３】具体的には、ΔＰsが正の場合には前回と
同様の方向に現在の制御目標電圧Ｖpを出力電圧Ｖsから
０．７Ｖ変化（例えば増加）させ、ΔＰsが負の場合に
は前回とは逆の方向に制御目標電圧Ｖpを出力電圧Ｖsか
ら０．７Ｖ変化（例えば減少）させるように、電流振幅
指令値Ｉaを設定出力している。

【００３４】次に、その電流振幅指令値Ｉaに基づい
て、インバータ回路１１のスイッチング制御を行い（Ｓ
７）、ＰoとしてＰsを、ＶsoとしてＶsを代入する（Ｓ
９）。次のステップＳ１１では、０．５秒経過したかど
うか判断し、経過した場合には次のステップＳ１３に進
み、第１電流検出手段７及び電圧検出手段８によって検
出された太陽電池１の出力電流及び出力電圧Ｖsに基づ
いて、現在の太陽電池１の出力電力Ｐs及びその電力変
化量ΔＰsを算出し、その算出結果をＲＡＭ１０に一時
記憶させる。

【００３５】そして、その電力変化量ΔＰsが予め設定
された設定値ｘ（本実施例では定格出力３ｋＷの１％
（＝３０Ｗ）に設定）以下かどうか判断し（Ｓ１５）、
ＹＥＳの場合、即ち、動作点が最大電力点を追尾中であ
る場合にはステップＳ１７に進み、ＮＯの場合にはステ
ップＳ５に戻る。

【００３６】ステップＳ１７では、現在の太陽電池１の
出力電圧Ｖsを仮想最適動作電圧Ｖmsに設定しＲＡＭ１
０に一時記憶させると共に、Ｖmsにおける追尾時間Ｔms
のカウントを開始する。

【００３７】次のステップＳ１９では、上記ステップＳ
５〜Ｓ１３と同一の処理を行わせてステップＳ２１に進
む。ステップＳ２１では、現在の太陽電池１の出力電圧
Ｖsと仮想最適動作電圧Ｖmsとの差（Ｖms−Ｖs）を求
め、その差の絶対値｜Ｖms−Ｖs｜が１０Ｖ以上かどう
かを判断する。

【００３８】つまり、このステップ２１では、最大電力
点の追尾中に日射量が急上昇した場合、動作点の制御目
標電圧が０．５秒毎に０．７Ｖづつ同一方向に変化する
ため、１０秒経過後に上記｜Ｖms−Ｖs｜が１０Ｖ以上
変化したかどうかによって、急激な日射量増加状態であ
るかどうかを判断している。

【００３９】そして、ステップＳ２１においてＹＥＳの
場合にはステップＳ２３に進み、ＮＯの場合にはステッ
プＳ２５に進む。ステップＳ２３では、日射量増加に伴
う追尾異常と判断し、モードを一定制御モードに変更し
て、現在の太陽電池１の動作点を変化させず、現在の出
力電圧Ｖsで一定電圧制御する。

【００４０】そして、次のステップＳ２７では、第１電
流検出手段７及び電圧検出手段８によって検出された太
陽電池１の出力電流及び出力電圧Ｖsに基づいて、現在
の太陽電池１の出力電力Ｐs及びその電力変化量ΔＰsを
算出し、その算出結果をＲＡＭ１０に一時記憶させてス
テップＳ２９に進む。

【００４１】ステップＳ２９では、その電力変化量ΔＰ
sが上記設定値ｘ以上かどうか判断し、ＹＥＳの場合、
即ち、日射量の増加中である場合にはステップＳ２３に
戻り、ＮＯの場合にはモードを追尾制御モードに再設定
した（Ｓ３１）後、ステップＳ５に戻る。尚、本実施例
では日射量の増加中であるか否かを、動作点の若干の揺
れ及び検出誤差等を考慮して、電力変化量ΔＰsが上記
設定値ｘ以上かどうかで判断しているが、特に上記設定
値ｘに限る必要はなく、正であればその他の値でも構わ
ない。

【００４２】一方、ステップＳ２５では、ステップＳ１
７においてカウントを開始した追尾時間Ｔmsが１０秒経
過したかどうか判断し、ＹＥＳの場合にはステップＳ３
３に進み、ＮＯの場合にはステップＳ１９に戻る。

【００４３】ステップＳ３３では、現在の太陽電池１の
出力電圧Ｖsを仮想最適動作電圧Ｖmsに再設定しＲＡＭ
１０に一時記憶させると共に、Ｖmsにおける追尾時間Ｔ
msのカウント値をリセットし、再度カウントを開始して
ステップＳ１９に戻る。

【００４４】以上のルーチンにより、追尾制御モードの
実行によって太陽電池１の動作点をその出力電力が増加
する方向へ移動させて行き、最終的には最大電力点を中
心として左右に振れることになると共に、日射量が急上
昇した場合には、モードを一定制御モードに変更して、
動作点を変化させないのでＭＰＰＴ制御による誤動作を
未然に防止することができる。

【００４５】尚、上記実施例では、ステップＳ１５に示
すように、動作点が最大電力点の追尾中かどうかを電力
変化量ΔＰsが設定値ｘ以下かどうかで判断している
が、木の他にも、過去複数回分の電力変化量ΔＰsの積
算量ΣΔＰsが所定値以下の場合に最大電力点の追尾中
であると判断しても構わない。

【００４６】また、上記実施例では、太陽電池１の出力
電力が増大するように太陽電池１の動作点を変化させて
いる場合について説明したが、この他に、インバータ回
路１１の出力電力が増大するように太陽電池１の動作点
を変化させても構わない。

【００４７】更に、上記実施例では、ステップＳ２９に
示すように、太陽電池１の出力電力の電力変化量が増加
中は一定制御モードを維持させる場合について説明した
が、この他にも、一定期間（例えば１０秒間）、一定制
御モードを維持させるようにしても構わない。

【００４８】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、定常運
転時には、追尾制御モードの実行によって太陽電池の動
作点が最大電力点を中心として左右に振れることにな
り、確実に最適動作点に追従させることができる。

【００４９】また、日射量の急増時には、一定制御モー
ドの実行によって、動作点を制御する制御目標値を一定
値に設定するので、動作点が最適動作点から大きく離れ
てしまうことがなく、ＭＰＰＴ制御による誤動作を防
ぎ、従来に比べ太陽電池の発電電力の有効利用を一層図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽光発電装置を用いた系統連系シス
テムの全体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の運転制御動作の内容を説明するための
フローチャートである。

【図３】日射量をパラメータとした場合の太陽電池の電
圧−電流特性及び電圧−電力特性図である。

【図４】最大電力点追尾の概要を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ２ インバータ回路（電力変換手段） ３ トランス ４ 商用電力系統 ５ 負荷 ６ 電力制御手段 ７ 第１電流検出手段 ８ 電圧検出手段 ９ ＲＯＭ １０ ＲＡＭ １１ 乗算手段 １２ 電圧波形検出手段 １３ 誤差増幅器 １４ 第２電流検出手段 １５ ＰＷＭコンパレータ（パルス幅変調手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 公彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 堀尾 渉 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (72)発明者 前川 正弘 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−35555（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−6291（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 1/67 H01L 31/042

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽電池と、 該太陽電池の出力を所定電圧に変換する電力変換手段
   と、 前記太陽電池の動作点が太陽電池の最大電力点を追尾す
   るように、該動作点を制御する制御目標値を所定周期で
   変化させる追尾制御モードと、該追尾制御モードにおい
   て前記動作点が最大電力点を追尾中に、前記太陽電池の
   出力電圧が、予め設定された仮想最適動作電圧から一定
   電圧以上変化した場合には、前記制御目標値を所定期
   間、一定値に設定する一定制御モードとを有する電力制
   御手段と、 を備えていることを特徴とする太陽光発電装置。
2. 【請求項２】前記制御目標値は、前記太陽電池の出力電
   圧であることを特徴とする請求項１記載の太陽光発電装
   置。
3. 【請求項３】前記太陽電池の出力電力を前記所定周期で
   検出する電力検出手段を備え、 前記電力制御手段は、前記追尾制御モードにおいて、前
   記電力検出手段により検出された出力電力の電力変化量
   が増加するように前記制御目標値を変化させると共に、
   該電力変化量が予め設定された設定値以下の場合に前記
   動作点が最大電力点を追尾中であると判断することを特
   徴とする請求項１または２記載の太陽光発電装置。
4. 【請求項４】前記太陽電池の出力電力を前記所定周期で
   検出する電力検出手段を備え、 前記電力制御手段は、前記一定制御モードにおいて、前
   記電力検出手段により検出された出力電力の電力変化量
   が増加中は、該一定制御モードを維持することを特徴と
   する請求項１ないし３記載の太陽光発電装置。