JP3516077B2 - 最大電力点追従装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池を使用し
た発電装置などにおいて、最大電力を取り出すための最
大電力点追従装置（Ｍaximum Ｐower Ｐoint Ｔrackin
g）およびそれを用いた太陽光発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽光発電による分散型電源と商
用電源とを連系し、分散型電源だけでは電力が賄えない
場合に、その電力を系統側から供給するようにしたシス
テムが開発されている。

【０００３】このようなシステムは、図３３に示される
ように、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する
太陽電池１と、太陽電池１からの直流電力を商用電源と
同期のとれた交流電力に変換して負荷４に供給する電力
変換装置２と、この電力変換装置２を制御する最大電力
点追従装置３₀とを備えている。

【０００４】太陽電池１の電力（Ｐ）−電圧（Ｖ）特性
は、一般に、図３４に示されるように、山型の特性とな
るので、山型の頂上、すなわち、最大電力点で動作する
ように電力変換装置を制御してやれば、太陽電池の発電
する電力を最大限に利用することができる。

【０００５】ところが、太陽電池は、天候による日射量
（照度）の変化や温度変化によってその電力−電圧特性
が、例えば、図３５（Ａ），（Ｂ）に示されるように大
きく変化するために、最大電力点も矢符で示されるよう
にずれてしまうことになる。

【０００６】そこで、最大電力点追従装置では、太陽電
池の出力電圧（動作電圧）を変化させてそれによる電力
の増減に基づいて、最大電力が得られる点、すなわち、
最適動作電圧を探すという動作を絶えず行って太陽電池
から最大電力を取り出そうとしている。

【０００７】図３６は、従来例の最大電力点追従装置の
最大電力点の探索動作を説明するための特性図である。

【０００８】この従来例は、いわゆる山登り法と称され
るものである。なお、以下の説明においては、ΔＶは正
であるとして説明する。先ず、電圧を、例えばΔＶ変化
させ、電力差ΔＰを演算し、ΔＰ＞０であれば、最大電
力点よりも左側（低電圧側）に現在の電圧があることに
なるので、前回と同じ方向に電圧を変化させ、ΔＰ＜０
であれば、最大電力点よりも右側（高電圧側）に現在の
電圧があることになるので、前回と逆方向に電圧を変化
させ、ΔＰ＝０であれば、最大電力点にあることになる
で、電圧を変化させないものであり、これによって、最
大電力点を探索するものである。

【０００９】なお、下記の表１に、出力電圧を変化させ
た方向（ΔＶの正負）と電力ΔＰの増減（正負）とによ
って出力電圧をいずれの方向（正負）に変化させるべき
かを示している。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来例では、最大電力点の探索中に、日射量変化や温度
変化があると、誤動作して最大電力点から大きく離れて
いくという難点がある。

【００１２】図３７は、最大電力点の探索中に日射量の
変化が生じた場合の特性図である。

【００１３】先ず、出力電圧をΔＶ変化させ、電力差Δ
Ｐを検出する間に、急激な日射量の減少が起こると、日
射量の減少がなかったとした場合には、ΔＰは増加する
はずであるが、実際には、日射量の減少によってΔＰは
減少することになり、したがって、出力電圧を前回とは
逆方向、すなわち、−ΔＶ変化させることになる。これ
は、最大電力点とは逆方向であり、このような現象が多
発することで、大きな電力損失が発生することになる。

【００１４】図３８（Ａ）は、最大電力点付近で出力電
圧をΔＶ変化させた場合において、日射量が増加したと
きに、最大電力点からずれていく状態を示しており、同
図（Ｂ）は、最大電力点付近で出力電圧を−ΔＶ変化さ
せた場合において、日射量が増加したときに、最大電力
点からずれていく状態を示している。なお、矢符Ａは、
環境変化によってＰ−Ｖ特性が変化していく方向を示し
ている。

【００１５】このように従来例では、出力電圧を変化さ
せたことによる電力変化と、日射量あるいは温度などの
環境変化による電力変化とを区別できないために、最大
電力点の探索中に、日射量あるいは温度変化があると、
誤動作してしまうという難点がある。

【００１６】このため、出力電圧を一定にして電力変化
を測定し、温度変化や日射量変化がない場合だけ出力電
圧を変化させるという方法などもあるが、日射量は、常
時安定していないために、温度変化や日射量変化がない
と判断するための電力変化の閾値が必要となり、さらに
は、太陽電池パネルの構成や特性あるいは設置されてい
る地方の気候特性などシステム毎に最良の閾値に調整す
る必要があり、面倒である。

【００１７】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、温度や日射量などの環境変化によって太陽電
池の出力特性が大きく変化したような場合でも効率を落
とすことなく最大電力点を正確に探索追従できるととも
に、面倒な閾値の調整等を不要とした最大電力点追従装
置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１９】すなわち、請求項１記載の本発明は、太陽
電池の出力電圧および出力電流に基づいて、前記太陽電
池の発電電力を演算する演算手段と、太陽電池からの直
流電力を交流電力に変換する電力変換装置を介して前記
太陽電池の出力電圧を変化させる出力可変手段と、前記
出力可変手段を制御して前記演算手段で演算される発電
電力が最大となる出力電圧を探索する制御手段とを備え
る最大電力点追従装置において、前記出力可変手段によ
る出力電圧の変化を一定期間変化させることなく休止さ
せる休止手段を設け、前記制御手段は、前記出力電圧を
変化させたときの前記発電電力の変化と、前記出力電圧
を変化させた次に前記出力電圧を前記休止手段により前
記一定期間変化させることなく休止させたときの前記発
電電力の変化とに基づいて、太陽電池の出力電圧を変化
させる方向を決定するものである。

【００２０】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
最大電力点追従装置において、前記出力可変手段は、出
力電圧を、正方向および負方向に変化させるものであ
り、前記制御手段は、前記正方向および負方向の変化に
対応してそれぞれ決定される出力電圧を変化させる方向
に基づいて、最終的に出力電圧を変化させる方向を決定
するものである。

【００２１】請求項３記載の本発明は、請求項１記載の
最大電力点追従装置において、前記出力可変手段は、前
記制御手段で決定される出力電圧を変化させる方向が、
前回決定された方向に一致するか否かに応じて、出力電
圧を変化させる変化幅を可変するものである。

【００２２】請求項４記載の本発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の最大電力点追従装置において、太
陽電池の出力電流および出力電圧を、複数の周波数成分
に分離する周波数分離手段を設け、出力電流および出力
電圧の各低周波成分に基づいて、出力電圧を変化させる
方向を決定するものである。

【００２３】請求項５記載の本発明は、請求項４記載の
最大電力点追従装置において、前記周波数分離手段で分
離された各周波数成分に基づいて、出力電圧を変化させ
る変化幅を決定する決定手段を設けている。

【００２４】請求項６記載の本発明は、請求項５記載の
最大電力点追従装置において、前記決定手段は、前記周
波数分離手段で分離された各周波数成分に基づいて、前
記変化幅をファジィ推論するものである。

【００２５】請求項７記載の本発明は、請求項１ないし
６のいずれかに記載の最大電力点追従装置において、発
電電力の変化の有限積分を求める積分手段を設け、前記
有限積分値が一定値以下であるときには、出力電圧を変
化させないものである。

【００２６】請求項８記載の本発明は、太陽電池の出力
電圧および出力電流に基づいて、前記太陽電池の発電電
力を演算する演算手段と、太陽電池からの直流電力を交
流電力に変換する電力変換装置を介して前記太陽電池の
出力電圧を変化させる出力可変手段と、前記出力可変手
段を制御して前記演算手段で演算される発電電力が最大
となる出力電圧を探索する制御手段とを備える最大電力
点追従装置において、前記出力電圧を、２つの電圧値間
で繰り返し変化させる繰り返し手段を設け、前記制御手
段は、複数回の繰り返し変化させたときの前記発電電力
の変化に基づいて、電力変化量の増減を演算し、増減の
回数により太陽電池の出力電圧を変化させる方向又は変
化させないことを決定するものである。

【００２７】請求項９記載の本発明は、請求項８記載の
最大電力点追従装置において、前記制御手段は、繰り返
し変化させたときの前記発電電力の変化に基づいて、太
陽電池の出力電圧を変化させる変化幅を制御するもので
ある。

【００２８】請求項１０記載の本発明は、請求項８また
は９記載の最大電力点追従装置において、前記制御手段
は、繰り返し変化させたときの前記発電電力の変化に基
づいて、前記繰り返し手段による繰り返しの周期を可変
するものである。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について、詳細に説明する。

【００３２】〔実施形態１〕この実施形態１および以下
の各実施形態も図３３の従来例と同様に、太陽光発電シ
ステムに適用されるものである。

【００３３】この実施形態１では、太陽電池の出力電圧
を変化させたときの電力変化分を、出力電圧の変化のみ
による電力変化分と、照度や温度変化等の環境変化によ
る電力変化分とに区別し、出力電圧の変化のみよる電力
変化分に基づいて最大電力点の探索動作を行うものであ
る。

【００３４】図１は、この実施形態１に係る最大電力点
追従装置の機能ブロック図である。

【００３５】この実施形態１の最大電力点追従装置は、
太陽電池の出力電圧および出力電流に基づいて、発電電
力を演算する演算手段５と、太陽電池からの直流電力を
交流電力に変換する電力変換装置２を介して前記太陽電
池の出力電圧を変化させる出力可変手段６と、前記出力
可変手段６を制御して前記演算手段５で演算される発電
電力が最大となる出力電圧を探索する制御手段７と、前
記出力可変手段６による出力電圧の変化を一定期間休止
させる休止手段８とを備えており、前記制御手段７は、
前記出力電圧を変化させたときの前記発電電力の変化と
前記一定期間の休止における前記発電電力の変化とに基
づいて、太陽電池の出力電圧を変化させる方向を決定す
るようにしている。

【００３６】この演算手段５、出力可変手段６、制御手
段７および休止手段８は、マイクロコンピュータによっ
て構成されている。

【００３７】図２は、この実施形態１の動作を説明する
ための電力−電圧特性図の一部を示す図であり、図３
は、動作説明に供するフローチャートである。

【００３８】先ず、図２のＡ点の電力Ｐ_Aを、出力電圧
および出力電流に基づいて演算し（ステップｎ１）、現
在の出力電圧を、前回の結果に基づいてΔＶ（正方向）
または−ΔＶ（負方向）変化させ（ステップｎ２）、出
力電圧の変化による電力変化および照度変化による電力
変化を含む図２のＣ点の電力Ｐ_Cを、出力電圧および出
力電流に基づいて演算し（ステップｎ３）、ＡＣ間の電
力差（ΔＰ_AC＝｜Ｐ_C−Ｐ_A｜）を演算する（ステップｎ
４）。

【００３９】次に、照度変化による電力変化を把握する
ために、一定期間出力電圧を変化させることなく、休止
させ（ステップｎ５）、休止後の図２のＤ点の電力Ｐ_D
を、出力電圧および出力電流に基づいて演算し（ステッ
プｎ６）、照度変化による電力変化分に相当するＣＤ間
の電力差（ΔＰ_CD＝｜Ｐ_D−Ｐ_C｜）を演算し（ステップ
ｎ７）、ステップｎ２における出力電圧の変化のみによ
る電力変化分ΔＰ＝ΔＰ_AC−ΔＰ_CDを演算する（ステッ
プｎ８）。

【００４０】すなわち、出力電圧をΔＶ変化させたとき
の電力変化分ΔＰ_ACには、出力電圧を変化させたことの
みによる電力変化分の他に照度変化による電力変化分Δ
Ｐ_CDが含まれていると見なせるので、出力電圧の変化の
みによる電力変動分ΔＰは、ΔＰ_ACからΔＰ_CDを差し引
くことにより得られるものである。

【００４１】以後の処理は、上述の表１に示した従来例
と同様であり、ΔＰ＞０であって、かつ、ステップｎ２
において、出力電圧をΔＶ（正方向）変化させたか、あ
るいは、ΔＰ＜０であって、かつ、ステップｎ２におい
て、出力電圧を−ΔＶ（負方向）変化させたか否かを判
断し（ステップｎ９）、そうであれば、次回の出力電圧
の変化方向および変化幅をΔＶ（正方向）とし（ステッ
プｎ１０）、ステップｎ１に戻り、また、そうでないと
きには、次回の出力電圧の変化方向および変化幅を−Δ
Ｖ（負方向）とし（ステップｎ１１）、ステップｎ２に
戻る。

【００４２】図４は、この実施形態１の動作説明に供す
るタイムチャートであり、上述の図２のＡ〜Ｄの各点に
対応するタイミングおよび電力変化ΔＰ，ΔＰ_AC，ΔＰ
_CDを併せて示している。

【００４３】この実施形態１においては、出力電圧を実
際に変化させて電力を演算するモード０と、出力電圧を
一定期間変化させずに休止させて電力を演算するモード
１とを一定周期で交互に行うものである。

【００４４】すなわち、モード０において、従来例と同
様に出力電圧を変化させてその間の電力変化ΔＰ_ACを演
算し、モード１において、出力電圧を変化させることな
く休止させてこの休止期間における照度変化による電力
変化ΔＰ_CDを演算し、モード０における電力変化ΔＰ_AC
から差し引くことにより、出力電圧の変化のみによる電
力変化分ΔＰを演算して出力電圧を変化させる方向を決
定するのである。

【００４５】これによって、温度や日射量などの環境変
化によって太陽電池の出力特性が大きく変化したような
場合でも誤動作することなく、最大電力点を正確に探索
追従できるものである。

【００４６】この実施形態１によれば、例えば図５
（Ａ）に示されるように、最大電力点付近で出力電圧を
ΔＶ変化させた場合に、日射量が増加したときにも、最
大電力点に向かうように制御されることになり、また、
図５（Ｂ）に示されるように、最大電力点付近で出力電
圧を−ΔＶ変化させた場合に、日射量が増加したときに
も、最大電力点に向かうように制御されることになり、
図３８の従来例のように最大電力点から大きくずれるよ
うなことがない。

【００４７】なお、以上の説明においては、照度変化が
あった場合の動作を説明したけれども、この実施形態１
は、温度変化があった場合にも最大電力点を正確に探索
追従であるものである。

【００４８】例えば、図６（Ａ）に示されるように、最
大電力点付近で電圧をΔＶ変化させた場合に、温度が増
加したときにも、最大電力点に向かうように制御される
ことになり、また、図６（Ｂ）に示されるように、最大
電力点付近で電圧を−ΔＶ変化させた場合に、温度が増
加したときにも、最大電力点に向かうように制御される
ことになる。

【００４９】この実施形態１では、モード０およびモー
ド１の周期は、一定であったけれども、環境の変化は、
様々な周波数（周期）を有しており、一定のサンプリン
グ周期では、動作が不安定になる場合がある。

【００５０】そこで、本発明の他の実施形態として、図
７に示されるように、モード０およびモード１の周期
を、短、中、長の３つの周期に可変してそれを繰り返す
ようにしてもよく、このようにサンプリング周期を可変
することにより、動作の安定化を図ることができる。

【００５１】また、本発明の他の実施形態として、出力
電圧を変化させる方向が決定される度に、複数のバッフ
ァに順次格納して更新するようにし、複数回の決定結果
に基づいて、出力電圧を変化させるようにしてもよい。
すなわち、図８に示されるように、４つのバッファに、
出力電圧を変化させる方向を順次格納して更新し、３回
以上同一の方向であるときに、その方向に出力電圧を変
化させるのである。

【００５２】〔実施形態２〕図９は、本発明の実施形態
２に係る最大電力点追従装置の動作を説明するための電
力−電圧特性図の一部を示す図であり、図１０は、動作
説明に供するフローチャートである。

【００５３】上述の実施形態１では、モード０における
照度や温度による電力変化分と、モード１における照度
や温度による電力変化分とがほぼ等しいときには、正確
に探索動作を行えるが、例えば、飛行機の影や高速道路
を走行する車の影が太陽電池にかかったような急激な環
境変化があったときには、誤動作する虞れがある。

【００５４】そこで、この実施形態２では、かかる場合
にも誤動作することなく、正確な探索動作を行えるよう
に、次のように構成している。

【００５５】すなわち、上述の実施形態１では、出力電
圧を正（ΔＶ）または負（−ΔＶ）方向に変化させて一
定期間休止させることによって次回の出力電圧を変化さ
せるべき方向を決定して直ちにその方向に出力電圧を変
化させるようにしていたけれども、この実施形態２で
は、出力電圧を正または負方向に変化させて一定期間休
止させることによって次回の電圧を変化させるべき方向
が決められたときには、その方向を記憶しておき、出力
電圧を前回とは逆方向、すなわち、負または正方向に変
化させて一定期間休止させて再び出力電圧を変化させる
べき方向を決定し、この決定した方向が、前回決定した
方向と一致したときに、最終的にその方向に決定して出
力電圧をその方向に変化させるものである。

【００５６】すなわち、図１０のフローチャートに示さ
れるように、先ず、前回の結果から得られた出力電圧を
変化させる方向、例えばΔＶ（正方向）を記憶し（ステ
ップｎ２１）、その方向にΔＶ変化させ（ステップｎ２
２）、実施形態１と同様の動作を行って（ステップｎ２
３）出力電圧を変化させるべき方向を仮決定して〔１〕
として記憶する（ステップｎ２４）。

【００５７】図９においては、Ａ点から出力電圧をΔＶ
変化させ一定期間休止させて変化させるべき方向が破線
で示されるように正方向であると決定される。

【００５８】次に、出力電圧を、前回とは逆方向、すな
わち、−ΔＶ変化させ（ステップｎ２５）、実施形態１
と同様の動作を行って（ステップｎ２６）出力電圧を変
化させるべき方向を仮決定して〔２〕として記憶する
（ステップｎ２７）。

【００５９】図９においては、Ｃ点から電圧を−ΔＶ変
化させて一定期間休止させて変化させるべき方向が正方
向であると決定される。

【００６０】次に、ステップｎ２４で記憶した方向
〔１〕とステップｎ２７で記憶した方向〔２〕が一致す
るか否か、すなわち、それらを乗算した結果が正である
か否かを判断し（ステップｎ２８）、一致したときに
は、その方向を変化させるべき方向であると最終決定し
て出力電圧を変化させ（ステップｎ２９）、ステップｎ
２１に戻って変化させるべき方向を更新し、一致しなか
ったときは、出力電圧を変化させることなく、また、変
化させるべき方向も更新することなく（ステップｎ３
０）、ステップｎ２２に戻る。

【００６１】図９においては、変化させるべき方向が一
致したので、Ｅ点から出力電圧をΔＶ変化させてステッ
プｎ２１に戻る。

【００６２】この実施形態２では、出力電圧を正および
負方向にそれぞれ１回変化させて最終的に出力電圧を変
化させる方向を決定したけれども、本発明の他の実施形
態として、正および負方向への出力電圧の変化をさらに
繰り返して行い、それらに基づいて最終的に出力電圧を
変化させる方向を決定してもよい。

【００６３】〔実施形態３〕上述の各実施形態１，２に
おいては、出力電圧の変化幅ΔＶは、一定であったけれ
ども、図１１に示されるように、出力電圧の変化幅ΔＶ
が大きい場合には、特に最大電力点付近（定常状態）に
おいて、出力電圧を変化させる方向が正負方向に交互に
切り替わるために、図１１（Ｂ）の斜線で示されるよう
に発電ロスが大きくなる。

【００６４】そこで、この実施形態３においては、定常
状態における発電ロスを低減するために、次のように構
成している。

【００６５】すなわち、この実施形態３では、図１２の
電力−電圧特性図および図１３のフローチャートに示さ
れるように、先ず、実施形態１と同様の動作を行って
（ステップｎ３１）出力電圧をΔＶ変化させるととも
に、その方向を〔１〕として記憶しておき（ステップｎ
３２）、再び実施形態１と同様の動作を行って（ステッ
プｎ３３）出力電圧を変化させる方向を〔２〕として記
憶し（ステップｎ３４）、ステップｎ３２で記憶した方
向〔１〕とステップｎ３４で記憶した方向〔２〕が一致
するか否かを判断し（ステップｎ３５）、一致しないと
きには、最大電力点付近であるとして、出力電圧の変化
幅をΔＶを小さく、例えば図１２に示されるように、Δ
Ｖ／２とし（ステップｎ３７）、一致したときには、出
力電圧の変化幅ΔＶを大きくしている（ステップｎ３
６）。

【００６６】この出力電圧の変化幅ΔＶは、例えば、数
段階のΔＶ（例えば、０.５Ｖ，１Ｖ，１.５Ｖ，２Ｖ）
をテーブルに格納しておき、該テーブルから適したΔＶ
を選択するようにしてもよい。

【００６７】〔実施形態４〕図１４は、本発明の実施形
態４に係る太陽光発電システムのブロック図であり、こ
の実施形態４では、実施形態１の最大電力点追従装置を
それぞれ有する２つの太陽光発電装置１０，１１を備え
ている。

【００６８】この実施形態４では、図１５に示されるよ
うに、一方の太陽光発電装置１０（１１）のモード１に
よって決定される出力電圧を変化させる方向の情報を、
他方の太陽光発電装置１１（１０）に共用するものであ
って、かつ、一方１０（１１）がモード０ときには、他
方１１（１０）がモード１になるように制御するもので
ある。なお、１２，１３は、太陽電池パネルである。

【００６９】このように、休止期間であるモード１で決
定される出力電圧を変化させる方向の情報を共用するこ
とにより、単独で行う場合に比べて、２倍のサンプリン
グ速度となって高速な制御が可能となる。

【００７０】なお、本発明の他の実施形態として、実施
形態１の最大電力点追従装置をそれぞれ有する２つの太
陽光発電装置１４，１５を備える太陽光発電システムに
おいて、各最大電力点追従装置を独立して動作させる場
合において、図１６に示されるように、一方の太陽電池
パネル１２が日陰になったようなときには、両最大電力
点追従装置における出力電圧値や出力電圧を変化させる
方向に相違が生じることになるので、その相違に基づい
て、影の検出などを行えるようにしてもよい。

【００７１】〔実施形態５〕実施形態１では、上述のよ
うに、例えば、飛行機の影や高速道路を走行する車の影
が太陽電池にかかったような急激な環境変化があったと
きには、誤動作する虞れがある。

【００７２】そこで、太陽電池の出力電流および出力電
圧を、高周波成分および低周波成分に分離し、出力電圧
を変化させる方向は、低周波成分に基づいて決定し、ま
た、出力電圧の変化幅ΔＶを、高周波成分および低周波
成分に基づいて可変するものである。

【００７３】図１７は、この実施形態５のブロック図で
あり、この実施形態５の最大電力点追従装置は、太陽電
池からの出力電圧および出力電流を高周波成分および低
周波成分に分離する周波数分離手段１６と、この周波数
分離手段１６からの出力電圧および出力電流の各低周波
成分Ｌに基づいて、実施形態１と同様に、出力電圧を変
化させる方向を決定する方向決定手段１７と、周波数分
離手段１６からの出力電圧および出力電流の各高周波成
分Ｈおよび各低周波成分Ｌに基づいて、後述のようにし
て出力電圧を変化させる幅ΔＶを決定する変化幅決定手
段１８と、両決定手段１７，１８の出力を掛け算する掛
け算器１９とを備えており、この掛け算器１９から出力
電圧を変化させる方向および変化幅ΔＶが出力されるこ
とになる。

【００７４】方向決定手段１７では、太陽電池の出力電
流および出力電圧の各高周波成分、すなわち、飛行機や
高速道路の車の影などの急激な環境変化に対応する成分
を除いた低周波成分に基づいて、上述の実施形態１と同
様にして出力電圧を変化させる方向を決定するので、よ
り正確な動作が可能となる。

【００７５】変化幅決定手段１８は、例えば、図１８に
示されるように、高周波成分による電力Ｐ_Hおよび低周
波成分による電力Ｐ_Lをそれぞれ演算する第１，第２掛
け算器２０，２１と、各掛け算器２０，２１の出力と前
回の電力との差をそれぞれ算出する第１，第２減算器２
２，２３と、第１減算器２２からの高周波成分による電
力変動ΔＰ_Hおよび第２減算器２３からの低周波成分に
よる電力変動ΔＰ_Lを比較する比較器２４とを備えてお
り、この比較器２４は、図１９に示されるように、高周
波成分の電力変動ΔＰ_Hが低周波成分の電力変動ΔＰ_Lよ
りも大きいときには、変化幅の小さいＶ₂をΔＶとして
出力し、低周波成分の電力変動ΔＰ_Lが高周波成分の電
力変動ΔＰ_Hよりも大きいときには、変化幅の大きいＶ₁
を、ΔＶとして出力するものである。

【００７６】すなわち、高周波成分が多いときには、出
力電圧の変化幅ΔＶを小さくし、低周波成分が多いとき
には、出力電圧の変化幅ΔＶを大きくするものである。

【００７７】これによって、飛行機や高速道路の車の影
などの急激な環境変化の影響を受けることなく、正確な
動作が可能となる。

【００７８】なお、本発明の他の実施形態として、図２
０に示されるように、周波数分離手段１６を複数のフィ
ルタで構成して周波数成分をさらに細かく分離し、この
出力に基づいて、変化幅ΔＶをファジィ推論手段１８₀
でファジィ推論するように構成してもよい。

【００７９】〔実施形態６〕図２１は、本発明の実施形
態６のブロック図であり、この実施形態６は、電力変動
ΔＰの有限積分を行う積分手段２５と、この積分手段２
５による積分値と基準値とを比較する比較手段２６と、
この比較手段２６の出力が切り替え信号として与えられ
るとともに、この切り替え信号に応じて、上述の実施形
態１と同様の最適動作電圧の探索動作あるいは探索動作
を停止する最大電力点追従手段２７とを備えている。

【００８０】上述のように最大電力点近傍の定常状態に
おいては、環境変化がないときには、出力電圧を変化さ
せない方が発電ロスを低減する上で望ましい。

【００８１】そこで、この実施形態６では、最大電力点
近傍では、電力変動ΔＰは、周期的な小さな信号となる
ので、図２２（Ａ）に示されるように一定の有限積分
（ｋ〜ｋ＋ａまでの区間）の値は小さくなり、また、天
候変動があったときには、図２２（Ｂ）に示されるよう
に、有限積分の値が大きくなることを利用して定常状態
の効率を改善するものである。

【００８２】すなわち、電力変動ΔＰの有限積分の値
を、比較手段２６で基準値と比較し、基準値よりも大き
いときには、最大電力点追従手段２７では、実施形態１
と同様の動作を行って最適動作電圧を探索し、基準値以
下であるときには、出力電圧を変化させることなく、探
索動作を停止するのである。

【００８３】〔実施形態７〕図２３は、本発明の実施形
態７に係る最大電力点追従装置の機能ブロック図であ
る。

【００８４】この実施形態７の最大電力点追従装置は、
太陽電池の出力電圧および出力電流に基づいて、前記太
陽電池の発電電力を演算する演算手段５と、太陽電池か
らの直流電力を交流電力に変換する電力変換装置２を介
して前記太陽電池の出力電圧を変化させる出力可変手段
６₁と、前記出力可変手段６₁を制御して前記演算手段５
で演算される発電電力が最大となる出力電圧を探索する
制御手段７₁と、前記出力電圧を、２つの電圧値間で繰
り返し変化させる繰り返し手段３０とを備え、前記制御
手段７₁は、繰り返し変化させたときの前記発電電力の
変化に基づいて、太陽電池の出力電圧を変化させる方向
を決定するものである。

【００８５】演算手段５、出力可変手段６₁、制御手段
７₁および繰り返し手段３０は、マイクロコンピュータ
によって構成されている。

【００８６】図２４は、この実施形態７の動作を説明す
るための電力−電圧特性図であり、図２５は、動作説明
に供するフローチャートである。

【００８７】上述の各実施形態では、一定期間の休止を
設けたけれども、この実施形態７では、休止期間を設け
ることなく、しかも、温度や日射量などの環境変化によ
って太陽電池の出力特性が大きく変化したような場合で
も効率を落とすことなく最大電力点を正確に探索追従で
きるようにするために、次のように構成している。

【００８８】この実施形態７では、出力電圧の２点（図
２４のＡ，Ｂ）間を数回以上繰り返して変化させ、各回
毎に従来例と同様にして得られる出力電圧を変化させる
べき方向を記憶しておき、所定回数以上同一方向となっ
たときに、その方向に出力電圧を変化させて同様の動作
を繰り返すのである。

【００８９】すなわち、図２５のフローチャートに示さ
れるように、先ず、正負方向にそれぞれ対応するＰＬＵ
ＳカウンタおよびＭＩＮＵＳカウンタをそれぞれ初期化
しておき、図２４のＡ点における電力Ｐ_A1を演算し（ス
テップｎ４１）、出力電圧を−ΔＶ（負方向）変化させ
（ステップｎ４２）、図２４のＢ点における電力Ｐ_B1を
演算し（ステップｎ４３）、ＡＢ間の電力差ΔＰ₁を演
算し（ステップｎ４４）、その電力差ΔＰ₁が正である
か否かを判断し（ステップｎ４５）、正であれば、出力
電圧を変化させるべき方向は、負であるので、ＭＩＮＵ
Ｓカウンタに１を加算してステップｎ４７に移り（ステ
ップｎ４６）、また、電力差ΔＰ₁が正でなければ、出
力電圧を変化させるべき方向は、正であるので、ＰＬＵ
Ｓカウンタに１を加算してステップｎ４７に移る（ステ
ップｎ４８）。

【００９０】ステップｎ４７では、出力電圧を上述のス
テップｎ４２とは逆方向、すなわちΔＶ変化させて電力
Ｐ_A2を再び演算し（ステップｎ４９）、ＡＢ間の電力差
ΔＰ₂を再び演算し（ステップｎ５０）、その電力差Δ
Ｐ₂が正であるか否かを判断し（ステップｎ５１）、正
であれば、出力電圧を変化させるべき方向は、正である
ので、ＰＬＵＳカウンタに１を加算してステップｎ５４
に移り（ステップｎ５２）、また、電力差ΔＰ₂が正で
なければ、出力電圧を変化させるべき方向は、負である
ので、ＭＩＮＵＳカウンタに１を加算してステップｎ５
４に移る（ステップｎ５３）。

【００９１】ステップｎ５４では、ステップｎ４２から
ステップｎ５２，５３までの動作を所定回数、この実施
形態では、４回繰り返したか否かを判断し、４回繰り返
していないときには、ステップｎ４２に戻って同様の動
作を繰り返し、４回繰り返したときには、ＰＬＵＳカウ
ンタの値が３より大きいか否かを判断し（ステップｎ５
５）、３より大きい、すなわち、ＰＬＵＳカウンタの値
が４であるときには、４回の繰り返しの動作で４回とも
正方向と判断されたことになるので、この実施形態７で
は、出力電圧をΔＶ／２増加させステップｎ４１に戻る
（ステップｎ５６）。

【００９２】ステップｎ５５において、ＰＬＵＳカウン
タの値が３より大きくないときには、ＭＩＮＵＳカウン
タの値が３より大きいか否かを判断し（ステップｎ５
７）、３より大きい、すなわち、ＭＩＮＵＳカウンタの
値が４であるときには、４回の繰り返しの動作で４回と
も負方向と判断されたことになるので、現在の出力電圧
をΔＶ／２を減少させてステップｎ４１に戻る（ステッ
プｎ５８）。また、ステップｎ５７において、ＭＩＮＵ
Ｓカウンタの値が３より大きくないときには、出力電圧
を変化させることなく、ステップｎ４１に戻る。

【００９３】このように、ＰＬＵＳカウンタあるいはＭ
ＩＮＵＳカウンタの値が、４であるときには、日射量変
化がないことになるで、下記の表２に示されるように出
力電圧を変化させ、ＰＬＵＳカウンタあるいはＭＩＮＵ
Ｓカウンタの値が、４でないときには、日射量変化の影
響を受けていることになるので、出力電圧を変化させる
ことなく、再度動作を繰り返すのである。

【００９４】

【表２】

【００９５】この実施形態７によれば、温度変化や日射
量変化がないと判断するための電力変化の閾値が不要と
なり、したがって、太陽電池パネルの構成や特性あるい
は設置されている地方の気候特性などシステム毎に最良
の閾値に調整するといった作業が不要となる。

【００９６】この実施形態７では、ＰＬＵＳカウンタあ
るいはＭＩＮＵＳカウンタの値が４のときだけ、出力電
圧を変化させたけれども、本発明の他の実施形態とし
て、例えば、下記の表３に示されるように、ＰＬＵＳカ
ウンタあるいはＭＩＮＵＳカウンタの値が３のときにも
出力電圧を変化させてもよく、さらには、下記の表４に
示されるように、出力電圧の変化幅を可変してもよい。

【００９７】このように構成することにより、天候の変
化等にも追従して動作できることになり、効率を改善す
ることができる。

【００９８】

【表３】

【００９９】

【表４】

【０１００】〔実施形態８〕図２６は、実施形態８の動
作説明に供するフローチャートである。

【０１０１】上述の実施形態７では、出力電圧を変化さ
せる周期は一定であったけれども、この実施形態８で
は、ＰＬＵＳカウンタあるいはＭＩＮＵＳカウンタの値
が、４でないときには、日射量の急変が生じているとし
て、その影響を受けないように、周期を２倍にし（ステ
ップｎ５９）、また、ＰＬＵＳカウンタあるいはＭＩＮ
ＵＳカウンタの値が、４になったときは、周期を元の周
期に戻すようにしている（ステップｎ６０）。

【０１０２】この実施形態８によれば、日射量の急変が
あるような場合には、周期を長くすることによってその
影響を受けないようにする一方、周期が比較的長い温度
変化には追従できるようにし、日射量の急変がない場合
には、元の周期に戻すので、穏やかな日射量変化にも追
従できることになる。

【０１０３】図２７は、この実施形態８の周期を示す図
であり、日射量の変動が急な場合、すなわち、ＰＬＵＳ
カウンタあるいはＭＩＮＵＳカウンタの値が４でないと
きには、周期をＴから２Ｔにし、さらに、周期２Ｔにお
いてもＰＬＵＳカウンタあるいはＭＩＮＵＳカウンタの
値が４でないときには、周期を２Ｔから４Ｔにし、その
周期４Ｔにおいて、ＰＬＵＳカウンタあるいはＭＩＮＵ
Ｓカウンタの値が４になったときには、元の周期Ｔに戻
すのである。

【０１０４】なお、この実施形態８と同様の効果は、図
２８のフローチャートに示される構成によって実現する
こともできる。

【０１０５】図２８では、周期を変更することなく、判
断の回数を、上述の４回から正または負と判断される回
数が、全回数の例えば、９０％以上になるまで増加させ
るのである。すなわち、ステップｎ６１において、指定
回数（初期値は例えば４回）繰り返したと判断され、さ
らに、ステップｎ６２において、その指定回数の判断の
９０％以上が正あるいは負と判断されたか否かを判断
し、９０％以上に達していないときには、指定回数を、
例えば２回増やして（ステップｎ６３）同様の動作を繰
り返すのである。また、ステップｎ６４において、９０
％以上に達したときには、正方向である負方向であるか
最終判断して出力電圧を増減させて（ステップｎ５６，
５８）指定回数を初期値に戻すのである（ステップｎ６
５）。

【０１０６】図２９は、この図２８の実施形態の判断回
数を示しており、期間Ｔに亘る複数回の判断で９０％以
上正または負と判断されなかったときには、日射量の変
動が急激であるとして、指定回数をさらに２回増加し、
期間Ｔｒに亘る複数回の判断で、９０％以上が正または
負と判断されると、最初の指定回数に戻すのである。

【０１０７】〔実施形態９〕図３０および図３１は、本
発明の実施形態９の動作を説明するための電力−電圧特
性図であり、図３０は、日射量が増加した場合の特性を
示しており、図３１は、日射量が減少した場合の特性を
示しており、それぞれの状態における動作方向を併せて
示している。なお、図３０，３１において、−１，
−１，−１，−１は、１回目の変化方向が正の場合
を、また、−２，−２，−２，−２は、１回目
の変化方向が負の場合をそれぞれ示している。

【０１０８】この実施形態９では、出力電圧を正または
負方向に変化させたときの電力の変化と、出力電圧を逆
方向、すなわち、負または正方向に変化させたときの電
力の変化とに基づいて、出力電圧を変化させるべき方向
を判断するものである。

【０１０９】図３０において、例えば、−１の動作に
ついて説明すると、先ず、出力電圧をΔＶだけ増加させ
る。このとき日射量の増加があると、１回目の電力変動
ΔＰ１は正となる。次に、出力電圧を逆方向に変化させ
る、すなわち、ΔＶだけ減少させる。このとき、日射量
が引き続き増加していると、２回目の電力変動ΔＰ２は
正となり、太陽電池の電力−電圧特性からΔＰ１＞ΔＰ
２となる。このとき、出力電圧を変化させるべき正しい
指令は、正である。

【０１１０】以上のようにして各動作方向について検討
した結果が、下記の表５であり、この表５には、各動作
方向における正しい指令方向、１回目の出力電圧の変化
による判断、２回目の出力電圧の変化による判断、１回
目と２回目の電力の変動の大小関係を示している。

【０１１１】

【表５】

【０１１２】この表５から分かるように、図３０の場合
には、ΔＰが大きい方が正しい方向であり、図３１で
は、照度が減少しているために、ΔＰ１，ΔＰ２は共に
負であって、ΔＰが小さい方が正しい方向である。

【０１１３】以上をまとめると、１回目に出力電圧を変
化させたときの電力変動の絶対値｜ΔＰ１｜と、２回目
に出力電圧を変化させたときの電力変化の絶対値｜ΔＰ
２｜との大きい方向に最適電圧があることになる。

【０１１４】図３２は、この実施形態９の動作説明に供
するフローチャートである。

【０１１５】先ず、出力電圧を、例えば、ΔＶ（正方
向）変化させ（ステップｎ７１）、電力差ΔＰ１を演算
し（ステップｎ７２）、出力電圧をステップｎ７１とは
逆方向、すなわち、−ΔＶ変化させ（ステップｎ７
３）、電力差ΔＰ２を演算し（ステップｎ７４）、｜Δ
Ｐ１｜から｜ΔＰ２｜を減算し（ステップｎ７５）、そ
の結果が正であるか否かを判断し（ステップｎ７６）、
正であれば、出力電圧をΔＶ変化させて（ステップｎ７
７）ステップｎ７１に戻り、正でなければ、出力電圧を
−ΔＶ変化させてステップｎ７１に戻る。

【０１１６】

【０１１７】

【発明の効果】以上のように本発明の最大電力点追従装
置によれば、出力電圧を変化させたときの発電電力の変
化と、出力電圧の変化を休止させた一定期間における照
度変化等の環境変化に起因する発電電力の変化とに基づ
いて、太陽電池の出力電圧を変化させる方向を決定する
ので、環境変化によって太陽電池の出力特性が大きく変
化したような場合でも誤動作することなく、最大電力点
を正確に探索できることになる。

【０１１８】さらに、出力電圧を変化させる方向の最終
決定を、少なくとも正方向および負方向に出力電圧を変
化させることによって仮決定される方向に基づいて行う
ので、太陽電池に飛行機の影がかかった場合のような急
激な環境変化にも誤動作することがない。

【０１１９】また、出力電圧を変化させる方向が、前回
決定された方向に一致するか否かに応じて、出力電圧を
変化させる変化幅を可変するので、最大電力点近傍で
は、その変化幅を小さくすることによって発電ロスを低
減することができる。

【０１２０】また、太陽電池の出力電流および出力電圧
の各低周波成分に基づいて、出力電圧を変化させる方向
を決定するので、太陽電池に飛行機の影がかかった場合
のような急激な環境変化にも誤動作することがなく、さ
らに、各周波数成分に基づいて、出力電圧を変化させる
変化幅を決定するので、一層正確な動作が可能となる。

【０１２１】また、発電電力の変化の有限積分値が一定
値以下であるときには、出力電圧を変化させないので、
最大電力点近傍での発電ロスを低減することができる。

【０１２２】本発明の最大電力点追従装置よれば、出力
電圧を、２つの電圧値間で繰り返し変化させたときの発
電電力の変化に基づいて、太陽電池の出力電圧を変化さ
せる方向を決定するので、照度変化等の環境変化による
影響を受けることなく、正しく動作することになり、し
かも、照度変化等の環境変化があるか否かを判断するた
めの従来例の閾値が不要となり、太陽電池パネルの特性
等に応じて閾値を調整するといった面倒な作業が不要と
なる。

【０１２３】また、出力電圧を繰り返し変化させたとき
の発電電力の変化に基づいて、繰り返しの周期を可変す
るので、太陽電池に飛行機の影がかかった場合のような
急激な環境変化にも誤動作することがない。

【０１２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の機能ブロック図である。

【図２】実施形態１の動作説明に供する特性図である。

【図３】実施形態１の動作説明に供するフローチャート
である。

【図４】実施形態１の動作説明に供するタイミングチャ
ートである。

【図５】実施形態１の動作説明に供する特性図である。

【図６】実施形態１の動作説明に供する特性図である。

【図７】他の実施形態のタイミングチャートである。

【図８】さらに他の実施形態の動作説明に供するタイミ
ングチャートである。

【図９】実施形態２の動作説明に供する特性図である。

【図１０】実施形態２の動作説明に供するフローチャー
トである。

【図１１】定常状態における発電ロスを示す図である。

【図１２】実施形態３の動作説明に供する特性図であ
る。

【図１３】実施形態３の動作説明に供するフローチャー
トである。

【図１４】実施形態４のブロック図である。

【図１５】実施形態４の動作説明に供するタイミングチ
ャートである。

【図１６】他の実施形態の構成図である。

【図１７】実施形態５のブロック図である。

【図１８】図１７の変化幅決定手段の構成図である。

【図１９】変化幅決定手段の動作説明に供する図であ
る。

【図２０】他の実施形態のブロック図である。

【図２１】実施形態６のブロック図である。

【図２２】最大電力点近傍での電力変動を示す図であ
る。

【図２３】実施形態７の機能ブロック図である。

【図２４】実施形態７の動作説明に供する特性図であ
る。

【図２５】実施形態７の動作説明に供するフローチャー
トである。

【図２６】実施形態８の動作説明に供するフローチャー
トである。

【図２７】実施形態８の周期を示すタイミングチャート
である。

【図２８】他の実施形態の動作説明に供するフローチャ
ートである。

【図２９】図２８の動作説明に供するタイミングチャー
トである。

【図３０】実施形態９の動作説明に供する特性図であ
る。

【図３１】実施形態９の動作説明に供する特性図であ
る。

【図３２】実施形態９の動作説明に供するフローチャー
トである。

【図３３】太陽光発電システムの構成図である。

【図３４】太陽電池の電力−電圧特性図である。

【図３５】照度および温度変化による特性変化を説明す
るための特性図である。

【図３６】従来例の動作説明に供する特性図である。

【図３７】従来例の動作説明に供する特性図である。

【図３８】従来例の問題点を説明するための特性図であ
る。

【符号の説明】 １ 太陽電池 ２ 電力変換装置 ３，３₀ 最大電力点追従装置 ５ 演算手段 ６，６₁ 出力可変手段 ７，７₁ 制御手段 １０，１１ 太陽光発電装置 １６ 周波数分離手段 ２５ 積分手段 ３０ 繰り返し手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 輝幸 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (72)発明者 馬渕 雅夫 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−191767（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−251911（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−35555（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−194514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−285519（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−250750（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−83465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85312（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−31157（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 1/00 - 7/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池の出力電圧および出力電流に基
   づいて、前記太陽電池の発電電力を演算する演算手段
   と、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換する電力
   変換装置を介して前記太陽電池の出力電圧を変化させる
   出力可変手段と、前記出力可変手段を制御して前記演算
   手段で演算される発電電力が最大となる出力電圧を探索
   する制御手段とを備える最大電力点追従装置において、 前記出力可変手段による出力電圧の変化を一定期間変化
   させることなく休止させる休止手段を設け、 前記制御手段は、前記出力電圧を変化させたときの前記
   発電電力の変化と、前記出力電圧を変化させた次に前記
   出力電圧を前記休止手段により前記一定期間変化させる
   ことなく休止させたときの前記発電電力の変化とに基づ
   いて、太陽電池の出力電圧を変化させる方向を決定する
   ことを特徴とする最大電力点追従装置。
2. 【請求項２】 前記出力可変手段は、出力電圧を正方向
   および負方向にそれぞれ変化させるものであり、 前記制御手段は、前記出力電圧を正および負方向にそれ
   ぞれ変化させたときの前記発電電力の変化と、前記一定
   期間の休止における前記発電電力の変化とに基づいて、
   太陽電池の出力電圧を変化させる方向をそれぞれ仮決定
   するとともに、仮決定された方向に基づいて、最終的に
   出力電圧を変化させる方向を決定するものである請求項
   １記載の最大電力点追従装置。
3. 【請求項３】 前記出力可変手段は、前記制御手段で決
   定される出力電圧を変化させる方向が、前回決定された
   方向に一致するか否かに応じて、出力電圧を変化させる
   変化幅を可変するものである請求項１記載の最大電力点
   追従装置。
4. 【請求項４】 太陽電池の出力電流および出力電圧を、
   複数の周波数成分に分離する周波数分離手段を設け、 出力電流および出力電圧の各周波数成分に基づいて、出
   力電圧を変化させる方向を決定するものである請求項１
   ないし３のいずれかに記載の最大電力点追従装置。
5. 【請求項５】 前記周波数分離手段で分離された各周波
   数成分に基づいて、出力電圧を変化させる変化幅を決定
   する決定手段を設けた請求項４記載の最大電力点追従装
   置。
6. 【請求項６】 前記決定手段は、前記周波数分離手段で
   分離された各周波数成分に基づいて、前記変化幅をファ
   ジイ推論するものである請求項５記載の最大電力点追従
   装置。
7. 【請求項７】 発電電力の変化の有限積分を求める積分
   手段を設け、前記有限積分値が一定値以下であるときに
   は、出力電圧を変化させないものである請求項１ないし
   ６のいずれかに記載の最大電力点追従装置。
8. 【請求項８】 太陽電池の出力電圧および出力電流に基
   づいて、前記太陽電池の発電電力を演算する演算手段
   と、太陽電池からの直流電力を交流電力に変換する電力
   変換装置を介して前記太陽電池の出力電圧を変化させる
   出力可変手段と、前記出力可変手段を制御して前記演算
   手段で演算される発電電力が最大となる出力電圧を探索
   する制御手段とを備える最大電力点追従装置において、 前記出力電圧を、２つの電圧値間で繰り返し変化させる
   繰り返し手段を設け、 前記制御手段は、複数回の繰り返し変化させたときの前
   記発電電力の変化に基づいて、電力変化量の増減を演算
   し、増減の回数により太陽電池の出力電圧を変化させる
   方向又は変化させないことを決定することを特徴とする
   最大電力点追従装置。
9. 【請求項９】 前記制御手段は、繰り返し変化させたと
   きの前記発電電力の変化に基づいて、太陽電池の出力電
   圧を変化させる変化幅を制御するものである請求項８記
   載の最大電力点追従装置。
10. 【請求項１０】 前記制御手段は、繰り返し変化させた
    ときの前記発電電力の変化に基づいて、前記繰り返し手
    段による繰り返しの周期を可変するものである請求項８
    または９記載の最大電力点追従装置。