JP3732943B2 - 太陽光発電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置に係り、特に、太陽電池の動作点を最大電力点に追尾させる太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電装置に用いられる太陽電池の出力電圧−出力電流特性は、図４（Ａ）に示すような曲線で表わされる。従って、太陽電池の出力電圧−出力電力特性は、図４（Ｂ）に示すような曲線で表わされる。即ち、太陽電池の出力電圧が０［Ｖ］から所定電圧までの間は出力電力は徐々に増加し、該所定電圧を超えると出力電力は徐々に減少する。上記所定電圧時における出力電力は当該太陽電池の最大電力となり、この部分を最大電力点Ｐm という。
【０００３】
このような特性を有する太陽電池から最大電力を取り出す制御として、太陽電池の動作点が常に最大電力点Ｐm を追尾するように変化させる最大電力追尾制御（以下、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御という）が知られている。
【０００４】
このＭＰＰＴ制御は、太陽電池の動作電圧の制御目標値となる電圧指令値を一定時間間隔で微少変化させて、この際の太陽電池の出力電力を計測して前回の計測値との比較を行い、常に出力電力が大きくなる方向に上記電圧指令値を変化させるという手順によって、太陽電池の動作点を最大電力点（最適動作点）に近づけるものである。
【０００５】
従来、このようなＭＰＰＴ制御を行う場合、起動時に太陽電池の動作点が短時間に最大電力点に到達するように、使用する太陽電池の種類に応じて仮想最適動作電圧、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH を各々固定的に設定し、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲内のみにおいて太陽電池の出力電力が最大となるように行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽電池の出力電圧−出力電力特性は、太陽電池の種類のみによって決定されるものではなく、季節の変化等に伴う太陽電池周辺の温度の変化や日射量によっても変動する。即ち、図５に示すように、出力電圧−出力電力特性は、太陽電池周辺の温度が高くなるに従って最適動作電圧が小さくなる方向に変化する。また、出力電圧−出力電力特性は、日射量が多くなると最適動作電圧が大きくなる方向に変化する。
【０００７】
ところが、上述した従来のＭＰＰＴ制御では、使用する太陽電池の種類に応じて仮想最適動作電圧、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH を固定的に設定していたので、太陽電池周辺の温度等によっては固定的に設定されたＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲内に実際の最適動作電圧が含まれなくなる場合があり、この場合、太陽電池の発電電力を有効に利用できない、という問題点があった。
【０００８】
また、出力電圧−出力電力特性は、太陽電池の総面積によっても異なる。一般に太陽光発電装置を設置する場合、複数枚の太陽電池パネルを直列に接続して、所定の出力電力が得られるようにしている。しかしながら、設置場所の広さやその周辺の環境等の条件により、実際に設置できる太陽電池パネルが異なるため、その出力電圧−出力電力特性も大きく異なる場合がある。そのため、従来のように仮想最適動作電圧等の各種データを予め固定値で設定していたのでは、実際に設置された太陽電池の発電電力を有効に利用できない、という問題点があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するために成されたものであり、太陽電池の発電電力を有効に利用することができる太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の太陽光発電装置は、太陽電池と、前記太陽電池から出力された直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を求め、求めた仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧を前記太陽電池の仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧として設定する設定手段と、前記仮想最適動作電圧を前記太陽電池の出力電圧の目標値として前記電力変換手段を起動した後、前記制御電圧範囲において前記太陽電池から出力された直流電力が大きくなる方向に前記太陽電池の出力電圧を所定の電圧変化幅で段階的に変化させる第１のモードと、前記太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合に前記太陽電池の出力電圧を前記固定電圧とする第２のモードと、を有する制御手段と、前記太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている前記太陽電池の仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加させる再設定手段と、を備えている。
【００１１】
請求項１に記載の太陽光発電装置によれば、電力変換手段によって、太陽電池から出力された直流電力が交流電力に変換される。
【００１２】
また、設定手段によって、電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて太陽電池の仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧が設定される。なお、この際の制御電圧範囲は仮想最適動作電圧を含む範囲とされる。
【００１３】
また、制御手段によって、仮想最適動作電圧を太陽電池の出力電圧の目標値として電力変換手段が起動された後、上記制御電圧範囲において太陽電池から出力された直流電力が大きくなる方向に太陽電池の出力電圧が所定の電圧変化幅で段階的に変化される第１のモードと、太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合に太陽電池の出力電圧が上記固定電圧とされる第２のモードと、の何れか一方が行われる。従って、第１のモードの作用によって、上記仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲に基づいて太陽電池の動作点が当該太陽電池の最大電力点を追尾するようにＭＰＰＴ制御が行われ、太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合には第２のモードが実行されて太陽電池の出力電圧を固定電圧にする所謂定電圧制御が行われる。
【００１４】
さらに、再設定手段によって、太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方が所定値だけ増加される。即ち、図４（Ａ）に示すように、太陽電池の出力電力が安定していないときは太陽電池の出力電圧が低いときであり、このときにおける仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲は、実際の最大電力点Ｐm （図４（Ｂ）参照）よりも左側（出力電圧の低い方向）に位置しているので、これらの値の少なくとも一方を所定値だけ増加することにより出力電力が安定する方向に移行させているのである。
【００１５】
このように、請求項１に記載の太陽光発電装置によれば、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制御する際に用いる仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を、電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を設定することができ、かつ太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加しているので、出力電力を安定化することができると共に、一般に動作が不安定な低電力出力時には太陽電池の出力電圧を固定電圧とする定電圧制御が行われるので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電することができ、これらの結果として、太陽電池からの出力電力を効率よく利用することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の太陽光発電装置は、請求項１記載の太陽光発電装置において、前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから判定基準電圧を求め、求めた判定基準電圧を前記制御電圧範囲の下限値より小さい判定基準電圧として設定し、前記再設定手段は前記太陽電池の出力電圧が前記判定基準電圧より小さい場合に前記太陽電池の出力電力が安定していないと判断するものである。
【００１７】
請求項２に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１記載の太陽光発電装置における設定手段によって電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて制御電圧範囲の下限値より小さい判定基準電圧が設定され、再設定手段によって太陽電池の出力電圧が判定基準電圧より小さい場合に太陽電池の出力電力が安定していないものと判断される。
【００１８】
このように、請求項２に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、判定基準電圧を電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な判定基準電圧を設定することができ、かつ、このように簡易に設定された判定基準電圧と太陽電池の出力電圧とを比較することのみによって太陽電池の出力電力が安定しているか否かを判断しているので、容易かつ的確に該判断を行うことができる。
【００１９】
さらに、請求項３記載の太陽光発電装置は、請求項１又は請求項２記載の太陽光発電装置において、前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから切替範囲を求め、求めた切替範囲を前記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ前記仮想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲として設定し、前記制御手段は前記太陽電池の出力電圧を段階的に変化させる際に、前記出力電圧が前記切替範囲内の値であるときには前記電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくするものである。
【００２０】
請求項３に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１又は請求項２記載の太陽光発電装置における設定手段によって、電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて上記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ上記仮想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲が設定される。
【００２１】
また、制御手段によって、太陽電池の出力電圧を段階的に変化させる際に、該出力電圧が上記切替範囲内の値であるときには電圧変化幅が、それ以外のときに比較して小さくされる。
【００２２】
このように、請求項３に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１及び請求項２記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、太陽電池の出力電圧が仮想最適動作電圧付近である切替範囲内の値であるときには電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくしているので、太陽電池の動作点を短時間に最大電力点に移行することができ、かつ上記切替範囲を電力変換手段の起動直前における太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な切替範囲を設定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る太陽光発電装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る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として適用した場合の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態に係る太陽光発電装置１０には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１４が設けられている。このマイコン１４には、ＩＧＢＴ駆動回路１６を介してインバータ回路１８が接続されている。
【００２５】
インバータ回路１８には、太陽電池により構成されたソーラパネル１２によって発電された電力（直流電力）がコンデンサ１９、昇圧回路２０、及びコンデンサ２１を介して供給されるようになっている。太陽光を吸収するソーラパネル１２は、例えば複数のモジュールを枠にセットし、建物の屋根等の太陽光に照らされる場所に設置される。なお、マイコン１４が本発明の設定手段、制御手段、及び再設定手段に相当し、インバータ回路１８及び昇圧回路２０が本発明の電力変換手段に相当する。
【００２６】
インバータ回路１８は、マイコン１４によって制御されてＩＧＢＴ駆動回路１６から供給されるスイッチング信号に応じて、ソーラパネル１２からコンデンサ１９、昇圧回路２０、及びコンデンサ２１を介して供給される直流電力を、商用電力と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力（このインバータ回路１８の出力は、例えばノコギリ状波）に変換する役目を有している。
【００２７】
このインバータ回路１８で交流に変換された電力は、チョークトランス２２及びコンデンサ２４を介して分電盤２６へ供給され、分電盤２６から商用電力として商用電力系統４８に出力される。このとき、インバータ回路１８から出力された交流電力は、チョークトランス２２及びコンデンサ２４を通過することにより、正弦波の交流電力として出力される。なお、分電盤２６には負荷４６が接続されており、負荷４６は、太陽光発電装置１０から供給された電力、又は商用電力系統４８から供給された電力の何れか一方を使用して作動する。
【００２８】
また、マイコン１４には、発電電流検出回路２８、発電電圧検出回路３０、電流検出回路３２、及び系統電圧のゼロクロス入力回路３４、Ｕ相電圧検出回路（Ｕ相系統電圧検出回路）３６及びＶ相電圧検出回路（Ｖ相系統電圧検出回路）３８が接続されている。
【００２９】
マイコン１４は、ゼロクロス入力回路３４、Ｕ、Ｖ相電圧検出回路３６、３８によって商用電力の電圧、位相を検出し、この検出結果に基づいてＩＧＢＴ駆動回路１６を制御して、インバータ回路１８の出力電力の位相及び周波数が商用電源と一致するようにスイッチング信号を発生させる。
【００３０】
これと同時に、マイコン１４は、発電電流検出回路２８及び発電電圧検出回路３０により各々検出されたソーラパネル１２の出力電流及び出力電圧に基づいてソーラパネル１２の出力電力及び電力変化量を算出し、該算出結果に基づいてＭＰＰＴ制御を行う。
【００３１】
また、マイコン１４は商用電力が停電しているか否かを判定しており、停電時にはコンデンサ２４の分電盤２６側に設けられている系統コンダクタ４０の接点を開放し、インバータ回路１８を商用電力から切り離す（解列）ようになっている。このときは、インバータ回路１８のスイッチング動作も停止される。すなわち、マイコン１４は、商用電力の停電を検出すると、駆動回路４２を介して系統コンダクタ４０のリレーコイル４０Ａを駆動するようになっている。
【００３２】
また、マイコン１４は、電流検出回路３２の検出結果から出力電力を計測するようになっている。
【００３３】
このマイコン１４には、さらにＥＥＰＲＯＭ４４が接続されている。
このＥＥＰＲＯＭ４４には、図示しない系統連系保護装置の整定値、太陽光発電装置１０の運転状態を示す運転データ等が記憶されている。マイコン１４は、ＥＥＰＲＯＭ４４に記憶されているデータに基づいて各機器の作動を制御するようになっている。ＥＥＰＲＯＭ４４は、電気的にデータの読み出し及び書き換えが可能であり、マイコン１４の制御によって、太陽光発電装置１０の起動時には必要なデータが読み出され、太陽光発電装置１０の動作時には必要に応じてデータの書き換えが行われる。
【００３４】
次に、図２を参照して、以上のように構成された太陽光発電装置１０の作用について説明する。なお、図２は、マイコン１４において実行される制御プログラムの流れを示すフローチャートである。
【００３５】
まず、ステップ１００では、発電電圧検出回路３０から入力されたソーラパネル１２の出力電圧ＶP に基づいて、次の（１）式乃至（７）式により仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、ＭＰＰＴ最大電圧ＶH 、一定制御電圧ＶF 、不安定検出電圧ＶE 、仮想最適動作電圧ＶA より電圧が低い側の電圧変化幅切替え電圧ＶCL、及び仮想最適動作電圧ＶA より電圧が高い側の電圧変化幅切替え電圧ＶCHを算出する。
【００３６】
ＶA ＝ＶP ×０．８０ （１）
ＶL ＝ＶP ×０．７０ （２）
ＶH ＝ＶP ×０．９０ （３）
ＶF ＝ＶP ×０．８０ （４）
ＶE ＝ＶP ×０．６０ （５）
ＶCL＝ＶP ×０．７５ （６）
ＶCH＝ＶP ×０．８５ （７）
なお、上記各式における定数（０．８０等）は、使用する太陽電池の種類等に応じて設定した値であり、本発明はこれらの値に限定されるものではない。上記ＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲が本発明の制御電圧範囲に、一定制御電圧ＶF が本発明の固定電圧に、不安定検出電圧ＶE が本発明の判定基準電圧に、電圧変化幅切替え電圧ＶCLから電圧変化幅切替え電圧ＶCHまでの範囲が本発明の切替範囲に、各々相当する。
【００３７】
次のステップ１０２では、ソーラパネル１２の前回の出力電力ＰS の値を零に設定し、次のステップ１０４では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP 及び出力電流ＩP からソーラパネル１２の出力電力ＰE （＝ＶP ×ＩP ）を算出し、次のステップ１０６では、出力電力ＰE が所定電力（例えば１ｋＷ）より小さいか否かの判定を行い、小さい場合はステップ１０８へ移行して定電圧制御モードに設定する。なお、この定電圧制御モードが本発明の第２のモードに相当する。
【００３８】
次のステップ１１０では、ソーラパネル１２の目標出力電圧ＶO として、上記ステップ１００において算出した一定制御電圧ＶF を設定した後、次のステップ１１２では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が目標出力電圧ＶO となるようにインバータ回路１８（ＩＧＢＴ駆動回路１６）を制御し、次のステップ１１４では、太陽光発電装置１０が不安定な動作を行っているか否かを検出する図３に示す不安定検出ルーチンを実行する。
【００３９】
不安定検出ルーチンのステップ２００では、初期設定として不安定動作回数ＨＮに零を設定し、次のステップ２０２では、不安定な動作が発生したか否かを判定する。この際の不安定な動作の判定は、発電電圧検出回路３０から入力されたソーラパネル１２の出力電圧ＶP が上記ステップ１００において算出した不安定検出電圧ＶE より低いか否かに基づいて判定する。即ち、図４（Ａ）に示したように、太陽電池は出力電圧ＶP が最適動作点より小さいほど動作が不安定になる（出力電圧ＶP が変動し易い）ので、出力電圧ＶP が不安定検出電圧ＶE より低い場合に動作が不安定であると判定するのである。
【００４０】
ステップ２０２の判定の結果、不安定動作が発生していないと判定された場合は何もせずに本不安定検出ルーチンを終了する。
【００４１】
一方、ステップ２０２の判定の結果、不安定動作が発生したと判定された場合はステップ２０４へ移行して不安定動作回数ＨＮを１だけインクリメントし、次のステップ２０６では、マイコン１４に内蔵された図示しないタイマをスタートさせる。
【００４２】
次のステップ２０８では第１の所定時間（本実施形態では５秒）の経過待ちを行い、次のステップ２１０では、上記ステップ２０２と同様の方法で不安定動作が発生したか否かを判定し、不安定動作が発生した場合はステップ２１２へ移行して不安定動作回数ＨＮを１だけインクリメントした後にステップ２１４へ移行し、不安定動作が発生していない場合はステップ２１２を実行せずにステップ２１４へ移行する。
【００４３】
ステップ２１４では、不安定動作回数ＨＮが第１の所定値（本実施形態では５）より大きいか否かを判定し、大きくない場合はステップ２１６へ移行してステップ２０６においてスタートしたタイマの計時が第２の所定時間（本実施形態では５０秒）を経過したか否かを判定し、経過していない場合はステップ２０８へ戻り、経過した場合には本不安定検出ルーチンを終了する。
【００４４】
一方、ステップ２１４の判定の結果、不安定動作回数ＨＮが上記第１の所定値より大きい場合はステップ２１８へ移行して、上記ステップ１００（図２参照）において算出した全ての電圧値に対して第２の所定値（本実施形態では４）を加算した後に本不安定検出ルーチンを終了する。
【００４５】
即ち、本不安定検出ルーチンでは、不安定動作が発生した場合は、その時点から上記第２の所定時間が経過するまでの間に上記第１の所定時間隔てて再度不安定動作が発生した場合にのみ不安定動作回数ＨＮをカウントアップしている。従って、不安定動作が上記第２の所定時間より長い時間隔てた時間間隔で単発的に発生する場合には、不安定動作回数ＨＮの値は２以上にカウントアップされることはない。
【００４６】
以上により不安定動作ルーチンが終了すると、次のステップ１１６（図２参照）では、上記ステップ１０４と同様にソーラパネル１２の出力電圧ＶP 及び出力電流ＩP からソーラパネル１２の出力電力ＰE を算出し、次のステップ１１８では、出力電力ＰE が上記所定電力より小さいか否かを判定し、小さい場合はステップ１１４へ戻り、小さくない場合は後述するステップ１２０へ移行する。即ち、ステップ１１８の判定処理によってソーラパネル１２の出力電力ＰE が所定電力以上となるまで上述した不安定検出ルーチンを繰り返し実行しながら、定電圧制御が行われる。
【００４７】
一方、上記ステップ１０６の判定の結果、出力電力ＰE が所定電力より小さくないと判定された場合はステップ１２０へ移行して追尾制御モード（ＭＰＰＴ制御モード）に設定する。なお、この追尾制御モードが本発明の第１のモードに相当する。
【００４８】
次のステップ１２２では、ソーラパネル１２の目標出力電圧ＶO として、この時点における仮想最適動作電圧ＶA を設定し、次のステップ１２４では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が目標出力電圧ＶO となるようにインバータ回路１８（ＩＧＢＴ駆動回路１６）を制御する。
【００４９】
次のステップ１２６では、所定時間（本実施形態では、２秒〜４秒程度）の経過待ちを行い、次のステップ１２８では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が電圧変化幅切替え電圧ＶCLより大きく、かつ電圧変化幅切替え電圧ＶCHより小さいか否かを判定し、肯定判定である場合はステップ１３０へ移行して電圧変化幅ＶX に２を代入した後にステップ１３４へ移行する。一方、ステップ１２８の判定が否定判定である場合はステップ１３２へ移行して電圧変化幅ＶX に４を代入した後にステップ１３４へ移行する。
【００５０】
ステップ１３４では、上記ステップ１０４と同様にソーラパネル１２の出力電圧ＶP 及び出力電流ＩP からソーラパネル１２の出力電力ＰE を算出し、次のステップ１３６では、ソーラパネル１２の出力電力ＰE が上記所定電力より小さいか否かの判定を行い、小さい場合はステップ１０８へ移行して上述した定電圧制御モードを実行し、小さくない場合はステップ１３８へ移行する。
【００５１】
ステップ１３８では、出力電力ＰE から前回の出力電力ＰS を減じることによって電力変化量ΔＰを算出し、次のステップ１４０では、ステップ１３４で算出した出力電力ＰE を前回の出力電力ＰS として設定する。
【００５２】
次のステップ１４２では、電力変化量ΔＰが０より大きいか否かを判定し、大きい場合はステップ１４４へ移行して目標出力電圧ＶO を前回と同じ方向に電圧変化幅ＶX だけ変化（増加又は減少）させた後にステップ１５０へ移行する。
【００５３】
一方、ステップ１４２において電力変化量ΔＰが０より大きくないと判定された場合にはステップ１４６へ移行して電力変化量ΔＰが０より小さいか否かを判定し、小さい場合はステップ１４８へ移行して目標出力電圧ＶO を前回とは逆の方向に電圧変化幅ＶX だけ変化（増加又は減少）させた後にステップ１５０へ移行する。なお、上記ステップ１４４及びステップ１４８を最初に実行した場合の前回はないが、この場合は目標出力電圧ＶO を増加させる方向及び減少させる方向の何れの方向に変化させてもよい。
【００５４】
ステップ１５０では、目標出力電圧ＶO がＭＰＰＴ最小電圧ＶL より大きく、かつＭＰＰＴ最大電圧ＶH より小さいか否かの判定を行い、否定判定の場合はステップ１５２において目標出力電圧ＶO を元の値（ステップ１４４又はステップ１４８を実行する前の値）に戻した後にステップ１２４へ戻り、肯定判定の場合はステップ１５２の処理を実行せずにステップ１２４へ戻る。
【００５５】
一方、ステップ１４６において電力変化量ΔＰが０より小さくないと判定された場合、即ち電力変化量ΔＰが０である場合には目標出力電圧ＶO を変化させずにステップ１２４へ戻る。
【００５６】
即ち、ステップ１４２乃至ステップ１５２では、電力変化量ΔＰが増加傾向にある場合には、出力電力ＰE をさらに増加させるためにＭＰＰＴ最小電圧ＶL を下限としＭＰＰＴ最大電圧ＶH を上限として目標出力電圧ＶO を前回と同じ方向に電圧変化幅ＶX だけ変化させ、電力変化量ΔＰが減少傾向にある場合には、出力電力ＰE を逆に増加させるためにＭＰＰＴ最小電圧ＶL を下限としＭＰＰＴ最大電圧ＶH を上限として目標出力電圧ＶO を前回とは逆の方向に電圧変化幅ＶX だけ変化させている。なお、電力変化量ΔＰが０である場合は、動作点が最大電力点に一致していると見做して目標出力電圧ＶO を変化させない。
【００５７】
これ以降、上記同様にステップ１２４乃至ステップ１５２の処理を繰り返して行うことによって、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲内においてＭＰＰＴ制御が行われると共に、ソーラパネル１２の出力電力ＰE が上記所定電力より小さくなった場合には定電圧制御モードに移行する。
【００５８】
このように、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、ＭＰＰＴ制御を行う際の仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH を、インバータ回路１８の起動直前のソーラパネル１２の出力電圧ＶP に基づいて算出しているので、季節の変化等に伴うソーラパネル１２周辺の温度変化等に応じた最適な範囲内においてＭＰＰＴ制御を行うことができ、この結果として、ソーラパネル１２からの出力電力を効率よく利用することができると共に、動作が不安定な場合には仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH 等の値を第２の所定値（本実施形態では４）だけ増加させているので、仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH 等の値が最大電力点Ｐm （図４（Ｂ）参照）より左側（出力電圧ＶO の低い方向）に位置していることに起因して発生した不安定動作を動作が安定する方向に修正することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、電圧変化幅切替え電圧ＶCL及びＶCHを適用し、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が電圧ＶCLより低い値、若しくはＶCHより高い値の場合は電圧変化幅を大きくし、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が仮想最適動作電圧ＶA 付近である電圧ＶCLからＶCHの範囲内にある場合には、それ以外の場合に比較して電圧変化幅を小さくしているので、ソーラパネル１２の動作点を短時間に最大電力点に移行することができる。
【００６０】
また、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、電圧変化幅切替え電圧ＶCL及びＶCHをインバータ回路１８の起動直前のソーラパネル１２の出力電圧ＶP に基づいて算出しているので、季節の変化等に伴うソーラパネル１２周辺の温度変化等に応じた最適な電圧変化幅切替え電圧ＶCL及びＶCHを設定することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、動作が不安定な低電力出力時には定電圧制御を行うようにしているので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、動作が不安定である場合にステップ１００において算出した全ての電圧値を第２の所定値だけ増加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば一定制御電圧ＶF 、不安定検出電圧ＶE については増加させない形態としてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、定電圧制御時に動作が不安定か否かを判定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＭＰＰＴ制御時に判定する形態としてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、ＭＰＰＴ制御時における電圧変化幅ＶX を、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が電圧変化幅切替え電圧ＶCLからＶCHまでの範囲内である場合に２［Ｖ］とし、範囲外である場合に４［Ｖ］とする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの電圧変化幅の値はソーラパネル１２の設置環境、季節等に応じて適宜変更することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、インバータ回路１８の起動直前に算出する仮想最適動作電圧ＶA 等の電圧をソーラパネル１２の出力電圧ＶP に対して定数を乗じることによって算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばソーラパネル１２の出力電圧ＶP から所定値を減じることにより算出する形態としてもよい。
【００６６】
さらに、本実施形態で適用した各定数（図３の第１及び第２の所定時間、第１及び第２の所定値等）は、ソーラパネル１２の設置環境、季節等に応じて適宜変更することができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の太陽光発電装置によれば、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制御する際に用いる仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を、電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を設定することができ、かつ太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加しているので、出力電力を安定化することができると共に、一般に動作が不安定な低電力出力時には太陽電池の出力電圧を固定電圧とする定電圧制御が行われるので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電することができ、これらの結果として、太陽電池からの出力電力を効率よく利用することができる、という効果が得られる。
【００６８】
また、請求項２記載の太陽光発電装置によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、判定基準電圧を電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な判定基準電圧を設定することができ、かつ、このように簡易に設定された判定基準電圧と太陽電池の出力電圧とを比較することのみによって太陽電池の出力電力が安定しているか否かを判断しているので、容易かつ的確に該判断を行うことができる、という効果が得られる。
【００６９】
さらに、請求項３記載の太陽光発電装置によれば、請求項１及び請求項２記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、太陽電池の出力電圧が仮想最適動作電圧付近である切替範囲内の値であるときには電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくしているので、太陽電池の動作点を短時間に最大電力点に移行することができ、かつ上記切替範囲を電力変換手段の起動直前における太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な切替範囲を設定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る太陽光発電装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る太陽光発電装置の作用を示すフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおける不安定検出ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は太陽電池の出力電圧−出力電流特性図であり、（Ｂ）は最大電力追尾制御の説明に用いる太陽電池の出力電圧−出力電力特性図である。
【図５】太陽電池周辺の温度をパラメータとした場合の太陽電池の出力電圧−出力電力特性図である。
【符号の説明】
１０ 太陽光発電装置
１２ ソーラパネル（太陽電池）
１４ マイクロコンピュータ（設定手段、制御手段、再設定手段）
１６ ＩＧＢＴ駆動回路
１８ インバータ回路（電力変換手段）
２０ 昇圧回路（電力変換手段）
２８ 発電電流検出回路
３０ 発電電圧検出回路
３２ 電流検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置に係り、特に、太陽電池の動作点を最大電力点に追尾させる太陽光発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光発電装置に用いられる太陽電池の出力電圧−出力電流特性は、図４（Ａ）に示すような曲線で表わされる。従って、太陽電池の出力電圧−出力電力特性は、図４（Ｂ）に示すような曲線で表わされる。即ち、太陽電池の出力電圧が０［Ｖ］から所定電圧までの間は出力電力は徐々に増加し、該所定電圧を超えると出力電力は徐々に減少する。上記所定電圧時における出力電力は当該太陽電池の最大電力となり、この部分を最大電力点Ｐm という。
【０００３】
このような特性を有する太陽電池から最大電力を取り出す制御として、太陽電池の動作点が常に最大電力点Ｐm を追尾するように変化させる最大電力追尾制御（以下、ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御という）が知られている。
【０００４】
このＭＰＰＴ制御は、太陽電池の動作電圧の制御目標値となる電圧指令値を一定時間間隔で微少変化させて、この際の太陽電池の出力電力を計測して前回の計測値との比較を行い、常に出力電力が大きくなる方向に上記電圧指令値を変化させるという手順によって、太陽電池の動作点を最大電力点（最適動作点）に近づけるものである。
【０００５】
従来、このようなＭＰＰＴ制御を行う場合、起動時に太陽電池の動作点が短時間に最大電力点に到達するように、使用する太陽電池の種類に応じて仮想最適動作電圧、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH を各々固定的に設定し、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲内のみにおいて太陽電池の出力電力が最大となるように行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、太陽電池の出力電圧−出力電力特性は、太陽電池の種類のみによって決定されるものではなく、季節の変化等に伴う太陽電池周辺の温度の変化や日射量によっても変動する。即ち、図５に示すように、出力電圧−出力電力特性は、太陽電池周辺の温度が高くなるに従って最適動作電圧が小さくなる方向に変化する。また、出力電圧−出力電力特性は、日射量が多くなると最適動作電圧が大きくなる方向に変化する。
【０００７】
ところが、上述した従来のＭＰＰＴ制御では、使用する太陽電池の種類に応じて仮想最適動作電圧、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH を固定的に設定していたので、太陽電池周辺の温度等によっては固定的に設定されたＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲内に実際の最適動作電圧が含まれなくなる場合があり、この場合、太陽電池の発電電力を有効に利用できない、という問題点があった。
【０００８】
また、出力電圧−出力電力特性は、太陽電池の総面積によっても異なる。一般に太陽光発電装置を設置する場合、複数枚の太陽電池パネルを直列に接続して、所定の出力電力が得られるようにしている。しかしながら、設置場所の広さやその周辺の環境等の条件により、実際に設置できる太陽電池パネルが異なるため、その出力電圧−出力電力特性も大きく異なる場合がある。そのため、従来のように仮想最適動作電圧等の各種データを予め固定値で設定していたのでは、実際に設置された太陽電池の発電電力を有効に利用できない、という問題点があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するために成されたものであり、太陽電池の発電電力を有効に利用することができる太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の太陽光発電装置は、太陽電池と、前記太陽電池から出力された直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を求め、求めた仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧を前記太陽電池の仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧として設定する設定手段と、前記仮想最適動作電圧を前記太陽電池の出力電圧の目標値として前記電力変換手段を起動した後、前記制御電圧範囲において前記太陽電池から出力された直流電力が大きくなる方向に前記太陽電池の出力電圧を所定の電圧変化幅で段階的に変化させる第１のモードと、前記太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合に前記太陽電池の出力電圧を前記固定電圧とする第２のモードと、を有する制御手段と、前記太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている前記太陽電池の仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加させる再設定手段と、を備えている。
【００１１】
請求項１に記載の太陽光発電装置によれば、電力変換手段によって、太陽電池から出力された直流電力が交流電力に変換される。
【００１２】
また、設定手段によって、電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて太陽電池の仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧が設定される。なお、この際の制御電圧範囲は仮想最適動作電圧を含む範囲とされる。
【００１３】
また、制御手段によって、仮想最適動作電圧を太陽電池の出力電圧の目標値として電力変換手段が起動された後、上記制御電圧範囲において太陽電池から出力された直流電力が大きくなる方向に太陽電池の出力電圧が所定の電圧変化幅で段階的に変化される第１のモードと、太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合に太陽電池の出力電圧が上記固定電圧とされる第２のモードと、の何れか一方が行われる。従って、第１のモードの作用によって、上記仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲に基づいて太陽電池の動作点が当該太陽電池の最大電力点を追尾するようにＭＰＰＴ制御が行われ、太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合には第２のモードが実行されて太陽電池の出力電圧を固定電圧にする所謂定電圧制御が行われる。
【００１４】
さらに、再設定手段によって、太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方が所定値だけ増加される。即ち、図４（Ａ）に示すように、太陽電池の出力電力が安定していないときは太陽電池の出力電圧が低いときであり、このときにおける仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲は、実際の最大電力点Ｐm （図４（Ｂ）参照）よりも左側（出力電圧の低い方向）に位置しているので、これらの値の少なくとも一方を所定値だけ増加することにより出力電力が安定する方向に移行させているのである。
【００１５】
このように、請求項１に記載の太陽光発電装置によれば、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制御する際に用いる仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を、電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を設定することができ、かつ太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加しているので、出力電力を安定化することができると共に、一般に動作が不安定な低電力出力時には太陽電池の出力電圧を固定電圧とする定電圧制御が行われるので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電することができ、これらの結果として、太陽電池からの出力電力を効率よく利用することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の太陽光発電装置は、請求項１記載の太陽光発電装置において、前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから判定基準電圧を求め、求めた判定基準電圧を前記制御電圧範囲の下限値より小さい判定基準電圧として設定し、前記再設定手段は前記太陽電池の出力電圧が前記判定基準電圧より小さい場合に前記太陽電池の出力電力が安定していないと判断するものである。
【００１７】
請求項２に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１記載の太陽光発電装置における設定手段によって電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて制御電圧範囲の下限値より小さい判定基準電圧が設定され、再設定手段によって太陽電池の出力電圧が判定基準電圧より小さい場合に太陽電池の出力電力が安定していないものと判断される。
【００１８】
このように、請求項２に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、判定基準電圧を電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な判定基準電圧を設定することができ、かつ、このように簡易に設定された判定基準電圧と太陽電池の出力電圧とを比較することのみによって太陽電池の出力電力が安定しているか否かを判断しているので、容易かつ的確に該判断を行うことができる。
【００１９】
さらに、請求項３記載の太陽光発電装置は、請求項１又は請求項２記載の太陽光発電装置において、前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから切替範囲を求め、求めた切替範囲を前記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ前記仮想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲として設定し、前記制御手段は前記太陽電池の出力電圧を段階的に変化させる際に、前記出力電圧が前記切替範囲内の値であるときには前記電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくするものである。
【００２０】
請求項３に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１又は請求項２記載の太陽光発電装置における設定手段によって、電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて上記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ上記仮想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲が設定される。
【００２１】
また、制御手段によって、太陽電池の出力電圧を段階的に変化させる際に、該出力電圧が上記切替範囲内の値であるときには電圧変化幅が、それ以外のときに比較して小さくされる。
【００２２】
このように、請求項３に記載の太陽光発電装置によれば、請求項１及び請求項２記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、太陽電池の出力電圧が仮想最適動作電圧付近である切替範囲内の値であるときには電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくしているので、太陽電池の動作点を短時間に最大電力点に移行することができ、かつ上記切替範囲を電力変換手段の起動直前における太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な切替範囲を設定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る太陽光発電装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る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として適用した場合の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態に係る太陽光発電装置１０には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１４が設けられている。このマイコン１４には、ＩＧＢＴ駆動回路１６を介してインバータ回路１８が接続されている。
【００２５】
インバータ回路１８には、太陽電池により構成されたソーラパネル１２によって発電された電力（直流電力）がコンデンサ１９、昇圧回路２０、及びコンデンサ２１を介して供給されるようになっている。太陽光を吸収するソーラパネル１２は、例えば複数のモジュールを枠にセットし、建物の屋根等の太陽光に照らされる場所に設置される。なお、マイコン１４が本発明の設定手段、制御手段、及び再設定手段に相当し、インバータ回路１８及び昇圧回路２０が本発明の電力変換手段に相当する。
【００２６】
インバータ回路１８は、マイコン１４によって制御されてＩＧＢＴ駆動回路１６から供給されるスイッチング信号に応じて、ソーラパネル１２からコンデンサ１９、昇圧回路２０、及びコンデンサ２１を介して供給される直流電力を、商用電力と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力（このインバータ回路１８の出力は、例えばノコギリ状波）に変換する役目を有している。
【００２７】
このインバータ回路１８で交流に変換された電力は、チョークトランス２２及びコンデンサ２４を介して分電盤２６へ供給され、分電盤２６から商用電力として商用電力系統４８に出力される。このとき、インバータ回路１８から出力された交流電力は、チョークトランス２２及びコンデンサ２４を通過することにより、正弦波の交流電力として出力される。なお、分電盤２６には負荷４６が接続されており、負荷４６は、太陽光発電装置１０から供給された電力、又は商用電力系統４８から供給された電力の何れか一方を使用して作動する。
【００２８】
また、マイコン１４には、発電電流検出回路２８、発電電圧検出回路３０、電流検出回路３２、及び系統電圧のゼロクロス入力回路３４、Ｕ相電圧検出回路（Ｕ相系統電圧検出回路）３６及びＶ相電圧検出回路（Ｖ相系統電圧検出回路）３８が接続されている。
【００２９】
マイコン１４は、ゼロクロス入力回路３４、Ｕ、Ｖ相電圧検出回路３６、３８によって商用電力の電圧、位相を検出し、この検出結果に基づいてＩＧＢＴ駆動回路１６を制御して、インバータ回路１８の出力電力の位相及び周波数が商用電源と一致するようにスイッチング信号を発生させる。
【００３０】
これと同時に、マイコン１４は、発電電流検出回路２８及び発電電圧検出回路３０により各々検出されたソーラパネル１２の出力電流及び出力電圧に基づいてソーラパネル１２の出力電力及び電力変化量を算出し、該算出結果に基づいてＭＰＰＴ制御を行う。
【００３１】
また、マイコン１４は商用電力が停電しているか否かを判定しており、停電時にはコンデンサ２４の分電盤２６側に設けられている系統コンダクタ４０の接点を開放し、インバータ回路１８を商用電力から切り離す（解列）ようになっている。このときは、インバータ回路１８のスイッチング動作も停止される。すなわち、マイコン１４は、商用電力の停電を検出すると、駆動回路４２を介して系統コンダクタ４０のリレーコイル４０Ａを駆動するようになっている。
【００３２】
また、マイコン１４は、電流検出回路３２の検出結果から出力電力を計測するようになっている。
【００３３】
このマイコン１４には、さらにＥＥＰＲＯＭ４４が接続されている。
このＥＥＰＲＯＭ４４には、図示しない系統連系保護装置の整定値、太陽光発電装置１０の運転状態を示す運転データ等が記憶されている。マイコン１４は、ＥＥＰＲＯＭ４４に記憶されているデータに基づいて各機器の作動を制御するようになっている。ＥＥＰＲＯＭ４４は、電気的にデータの読み出し及び書き換えが可能であり、マイコン１４の制御によって、太陽光発電装置１０の起動時には必要なデータが読み出され、太陽光発電装置１０の動作時には必要に応じてデータの書き換えが行われる。
【００３４】
次に、図２を参照して、以上のように構成された太陽光発電装置１０の作用について説明する。なお、図２は、マイコン１４において実行される制御プログラムの流れを示すフローチャートである。
【００３５】
まず、ステップ１００では、発電電圧検出回路３０から入力されたソーラパネル１２の出力電圧ＶP に基づいて、次の（１）式乃至（７）式により仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、ＭＰＰＴ最大電圧ＶH 、一定制御電圧ＶF 、不安定検出電圧ＶE 、仮想最適動作電圧ＶA より電圧が低い側の電圧変化幅切替え電圧ＶCL、及び仮想最適動作電圧ＶA より電圧が高い側の電圧変化幅切替え電圧ＶCHを算出する。
【００３６】
ＶA ＝ＶP ×０．８０ （１）
ＶL ＝ＶP ×０．７０ （２）
ＶH ＝ＶP ×０．９０ （３）
ＶF ＝ＶP ×０．８０ （４）
ＶE ＝ＶP ×０．６０ （５）
ＶCL＝ＶP ×０．７５ （６）
ＶCH＝ＶP ×０．８５ （７）
なお、上記各式における定数（０．８０等）は、使用する太陽電池の種類等に応じて設定した値であり、本発明はこれらの値に限定されるものではない。上記ＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲が本発明の制御電圧範囲に、一定制御電圧ＶF が本発明の固定電圧に、不安定検出電圧ＶE が本発明の判定基準電圧に、電圧変化幅切替え電圧ＶCLから電圧変化幅切替え電圧ＶCHまでの範囲が本発明の切替範囲に、各々相当する。
【００３７】
次のステップ１０２では、ソーラパネル１２の前回の出力電力ＰS の値を零に設定し、次のステップ１０４では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP 及び出力電流ＩP からソーラパネル１２の出力電力ＰE （＝ＶP ×ＩP ）を算出し、次のステップ１０６では、出力電力ＰE が所定電力（例えば１ｋＷ）より小さいか否かの判定を行い、小さい場合はステップ１０８へ移行して定電圧制御モードに設定する。なお、この定電圧制御モードが本発明の第２のモードに相当する。
【００３８】
次のステップ１１０では、ソーラパネル１２の目標出力電圧ＶO として、上記ステップ１００において算出した一定制御電圧ＶF を設定した後、次のステップ１１２では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が目標出力電圧ＶO となるようにインバータ回路１８（ＩＧＢＴ駆動回路１６）を制御し、次のステップ１１４では、太陽光発電装置１０が不安定な動作を行っているか否かを検出する図３に示す不安定検出ルーチンを実行する。
【００３９】
不安定検出ルーチンのステップ２００では、初期設定として不安定動作回数ＨＮに零を設定し、次のステップ２０２では、不安定な動作が発生したか否かを判定する。この際の不安定な動作の判定は、発電電圧検出回路３０から入力されたソーラパネル１２の出力電圧ＶP が上記ステップ１００において算出した不安定検出電圧ＶE より低いか否かに基づいて判定する。即ち、図４（Ａ）に示したように、太陽電池は出力電圧ＶP が最適動作点より小さいほど動作が不安定になる（出力電圧ＶP が変動し易い）ので、出力電圧ＶP が不安定検出電圧ＶE より低い場合に動作が不安定であると判定するのである。
【００４０】
ステップ２０２の判定の結果、不安定動作が発生していないと判定された場合は何もせずに本不安定検出ルーチンを終了する。
【００４１】
一方、ステップ２０２の判定の結果、不安定動作が発生したと判定された場合はステップ２０４へ移行して不安定動作回数ＨＮを１だけインクリメントし、次のステップ２０６では、マイコン１４に内蔵された図示しないタイマをスタートさせる。
【００４２】
次のステップ２０８では第１の所定時間（本実施形態では５秒）の経過待ちを行い、次のステップ２１０では、上記ステップ２０２と同様の方法で不安定動作が発生したか否かを判定し、不安定動作が発生した場合はステップ２１２へ移行して不安定動作回数ＨＮを１だけインクリメントした後にステップ２１４へ移行し、不安定動作が発生していない場合はステップ２１２を実行せずにステップ２１４へ移行する。
【００４３】
ステップ２１４では、不安定動作回数ＨＮが第１の所定値（本実施形態では５）より大きいか否かを判定し、大きくない場合はステップ２１６へ移行してステップ２０６においてスタートしたタイマの計時が第２の所定時間（本実施形態では５０秒）を経過したか否かを判定し、経過していない場合はステップ２０８へ戻り、経過した場合には本不安定検出ルーチンを終了する。
【００４４】
一方、ステップ２１４の判定の結果、不安定動作回数ＨＮが上記第１の所定値より大きい場合はステップ２１８へ移行して、上記ステップ１００（図２参照）において算出した全ての電圧値に対して第２の所定値（本実施形態では４）を加算した後に本不安定検出ルーチンを終了する。
【００４５】
即ち、本不安定検出ルーチンでは、不安定動作が発生した場合は、その時点から上記第２の所定時間が経過するまでの間に上記第１の所定時間隔てて再度不安定動作が発生した場合にのみ不安定動作回数ＨＮをカウントアップしている。従って、不安定動作が上記第２の所定時間より長い時間隔てた時間間隔で単発的に発生する場合には、不安定動作回数ＨＮの値は２以上にカウントアップされることはない。
【００４６】
以上により不安定動作ルーチンが終了すると、次のステップ１１６（図２参照）では、上記ステップ１０４と同様にソーラパネル１２の出力電圧ＶP 及び出力電流ＩP からソーラパネル１２の出力電力ＰE を算出し、次のステップ１１８では、出力電力ＰE が上記所定電力より小さいか否かを判定し、小さい場合はステップ１１４へ戻り、小さくない場合は後述するステップ１２０へ移行する。即ち、ステップ１１８の判定処理によってソーラパネル１２の出力電力ＰE が所定電力以上となるまで上述した不安定検出ルーチンを繰り返し実行しながら、定電圧制御が行われる。
【００４７】
一方、上記ステップ１０６の判定の結果、出力電力ＰE が所定電力より小さくないと判定された場合はステップ１２０へ移行して追尾制御モード（ＭＰＰＴ制御モード）に設定する。なお、この追尾制御モードが本発明の第１のモードに相当する。
【００４８】
次のステップ１２２では、ソーラパネル１２の目標出力電圧ＶO として、この時点における仮想最適動作電圧ＶA を設定し、次のステップ１２４では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が目標出力電圧ＶO となるようにインバータ回路１８（ＩＧＢＴ駆動回路１６）を制御する。
【００４９】
次のステップ１２６では、所定時間（本実施形態では、２秒〜４秒程度）の経過待ちを行い、次のステップ１２８では、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が電圧変化幅切替え電圧ＶCLより大きく、かつ電圧変化幅切替え電圧ＶCHより小さいか否かを判定し、肯定判定である場合はステップ１３０へ移行して電圧変化幅ＶX に２を代入した後にステップ１３４へ移行する。一方、ステップ１２８の判定が否定判定である場合はステップ１３２へ移行して電圧変化幅ＶX に４を代入した後にステップ１３４へ移行する。
【００５０】
ステップ１３４では、上記ステップ１０４と同様にソーラパネル１２の出力電圧ＶP 及び出力電流ＩP からソーラパネル１２の出力電力ＰE を算出し、次のステップ１３６では、ソーラパネル１２の出力電力ＰE が上記所定電力より小さいか否かの判定を行い、小さい場合はステップ１０８へ移行して上述した定電圧制御モードを実行し、小さくない場合はステップ１３８へ移行する。
【００５１】
ステップ１３８では、出力電力ＰE から前回の出力電力ＰS を減じることによって電力変化量ΔＰを算出し、次のステップ１４０では、ステップ１３４で算出した出力電力ＰE を前回の出力電力ＰS として設定する。
【００５２】
次のステップ１４２では、電力変化量ΔＰが０より大きいか否かを判定し、大きい場合はステップ１４４へ移行して目標出力電圧ＶO を前回と同じ方向に電圧変化幅ＶX だけ変化（増加又は減少）させた後にステップ１５０へ移行する。
【００５３】
一方、ステップ１４２において電力変化量ΔＰが０より大きくないと判定された場合にはステップ１４６へ移行して電力変化量ΔＰが０より小さいか否かを判定し、小さい場合はステップ１４８へ移行して目標出力電圧ＶO を前回とは逆の方向に電圧変化幅ＶX だけ変化（増加又は減少）させた後にステップ１５０へ移行する。なお、上記ステップ１４４及びステップ１４８を最初に実行した場合の前回はないが、この場合は目標出力電圧ＶO を増加させる方向及び減少させる方向の何れの方向に変化させてもよい。
【００５４】
ステップ１５０では、目標出力電圧ＶO がＭＰＰＴ最小電圧ＶL より大きく、かつＭＰＰＴ最大電圧ＶH より小さいか否かの判定を行い、否定判定の場合はステップ１５２において目標出力電圧ＶO を元の値（ステップ１４４又はステップ１４８を実行する前の値）に戻した後にステップ１２４へ戻り、肯定判定の場合はステップ１５２の処理を実行せずにステップ１２４へ戻る。
【００５５】
一方、ステップ１４６において電力変化量ΔＰが０より小さくないと判定された場合、即ち電力変化量ΔＰが０である場合には目標出力電圧ＶO を変化させずにステップ１２４へ戻る。
【００５６】
即ち、ステップ１４２乃至ステップ１５２では、電力変化量ΔＰが増加傾向にある場合には、出力電力ＰE をさらに増加させるためにＭＰＰＴ最小電圧ＶL を下限としＭＰＰＴ最大電圧ＶH を上限として目標出力電圧ＶO を前回と同じ方向に電圧変化幅ＶX だけ変化させ、電力変化量ΔＰが減少傾向にある場合には、出力電力ＰE を逆に増加させるためにＭＰＰＴ最小電圧ＶL を下限としＭＰＰＴ最大電圧ＶH を上限として目標出力電圧ＶO を前回とは逆の方向に電圧変化幅ＶX だけ変化させている。なお、電力変化量ΔＰが０である場合は、動作点が最大電力点に一致していると見做して目標出力電圧ＶO を変化させない。
【００５７】
これ以降、上記同様にステップ１２４乃至ステップ１５２の処理を繰り返して行うことによって、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL からＭＰＰＴ最大電圧ＶH までの範囲内においてＭＰＰＴ制御が行われると共に、ソーラパネル１２の出力電力ＰE が上記所定電力より小さくなった場合には定電圧制御モードに移行する。
【００５８】
このように、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、ＭＰＰＴ制御を行う際の仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH を、インバータ回路１８の起動直前のソーラパネル１２の出力電圧ＶP に基づいて算出しているので、季節の変化等に伴うソーラパネル１２周辺の温度変化等に応じた最適な範囲内においてＭＰＰＴ制御を行うことができ、この結果として、ソーラパネル１２からの出力電力を効率よく利用することができると共に、動作が不安定な場合には仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH 等の値を第２の所定値（本実施形態では４）だけ増加させているので、仮想最適動作電圧ＶA 、ＭＰＰＴ最小電圧ＶL 、及びＭＰＰＴ最大電圧ＶH 等の値が最大電力点Ｐm （図４（Ｂ）参照）より左側（出力電圧ＶO の低い方向）に位置していることに起因して発生した不安定動作を動作が安定する方向に修正することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、電圧変化幅切替え電圧ＶCL及びＶCHを適用し、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が電圧ＶCLより低い値、若しくはＶCHより高い値の場合は電圧変化幅を大きくし、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が仮想最適動作電圧ＶA 付近である電圧ＶCLからＶCHの範囲内にある場合には、それ以外の場合に比較して電圧変化幅を小さくしているので、ソーラパネル１２の動作点を短時間に最大電力点に移行することができる。
【００６０】
また、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、電圧変化幅切替え電圧ＶCL及びＶCHをインバータ回路１８の起動直前のソーラパネル１２の出力電圧ＶP に基づいて算出しているので、季節の変化等に伴うソーラパネル１２周辺の温度変化等に応じた最適な電圧変化幅切替え電圧ＶCL及びＶCHを設定することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態に係る太陽光発電装置１０では、動作が不安定な低電力出力時には定電圧制御を行うようにしているので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、動作が不安定である場合にステップ１００において算出した全ての電圧値を第２の所定値だけ増加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば一定制御電圧ＶF 、不安定検出電圧ＶE については増加させない形態としてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、定電圧制御時に動作が不安定か否かを判定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＭＰＰＴ制御時に判定する形態としてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、ＭＰＰＴ制御時における電圧変化幅ＶX を、ソーラパネル１２の出力電圧ＶP が電圧変化幅切替え電圧ＶCLからＶCHまでの範囲内である場合に２［Ｖ］とし、範囲外である場合に４［Ｖ］とする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの電圧変化幅の値はソーラパネル１２の設置環境、季節等に応じて適宜変更することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、インバータ回路１８の起動直前に算出する仮想最適動作電圧ＶA 等の電圧をソーラパネル１２の出力電圧ＶP に対して定数を乗じることによって算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばソーラパネル１２の出力電圧ＶP から所定値を減じることにより算出する形態としてもよい。
【００６６】
さらに、本実施形態で適用した各定数（図３の第１及び第２の所定時間、第１及び第２の所定値等）は、ソーラパネル１２の設置環境、季節等に応じて適宜変更することができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の太陽光発電装置によれば、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制御する際に用いる仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を、電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を設定することができ、かつ太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加しているので、出力電力を安定化することができると共に、一般に動作が不安定な低電力出力時には太陽電池の出力電圧を固定電圧とする定電圧制御が行われるので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電することができ、これらの結果として、太陽電池からの出力電力を効率よく利用することができる、という効果が得られる。
【００６８】
また、請求項２記載の太陽光発電装置によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、判定基準電圧を電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な判定基準電圧を設定することができ、かつ、このように簡易に設定された判定基準電圧と太陽電池の出力電圧とを比較することのみによって太陽電池の出力電力が安定しているか否かを判断しているので、容易かつ的確に該判断を行うことができる、という効果が得られる。
【００６９】
さらに、請求項３記載の太陽光発電装置によれば、請求項１及び請求項２記載の発明と同様の効果を奏することができると共に、太陽電池の出力電圧が仮想最適動作電圧付近である切替範囲内の値であるときには電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくしているので、太陽電池の動作点を短時間に最大電力点に移行することができ、かつ上記切替範囲を電力変換手段の起動直前における太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な切替範囲を設定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る太陽光発電装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る太陽光発電装置の作用を示すフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおける不安定検出ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は太陽電池の出力電圧−出力電流特性図であり、（Ｂ）は最大電力追尾制御の説明に用いる太陽電池の出力電圧−出力電力特性図である。
【図５】太陽電池周辺の温度をパラメータとした場合の太陽電池の出力電圧−出力電力特性図である。
【符号の説明】
１０ 太陽光発電装置
１２ ソーラパネル（太陽電池）
１４ マイクロコンピュータ（設定手段、制御手段、再設定手段）
１６ ＩＧＢＴ駆動回路
１８ インバータ回路（電力変換手段）
２０ 昇圧回路（電力変換手段）
２８ 発電電流検出回路
３０ 発電電圧検出回路
３２ 電流検出回路
Claims (3)
- 太陽電池と、
前記太陽電池から出力された直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、 前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲を求め、求めた仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧を前記太陽電池の仮想最適動作電圧、制御電圧範囲、及び固定電圧として設定する設定手段と、
前記仮想最適動作電圧を前記太陽電池の出力電圧の目標値として前記電力変換手段を起動した後、前記制御電圧範囲において前記太陽電池から出力された直流電力が大きくなる方向に前記太陽電池の出力電圧を所定の電圧変化幅で段階的に変化させる第１のモードと、前記太陽電池から出力された直流電力が所定電力より小さな場合に前記太陽電池の出力電圧を前記固定電圧とする第２のモードと、を有する制御手段と、
前記太陽電池の出力電力が安定していない場合には設定されている前記太陽電池の仮想最適動作電圧及び制御電圧範囲の少なくとも一方を所定値だけ増加させる再設定手段と、
を備えた太陽光発電装置。 - 前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから判定基準電圧を求め、求めた判定基準電圧を前記制御電圧範囲の下限値より小さい判定基準電圧として設定し、
前記再設定手段は前記太陽電池の出力電圧が前記判定基準電圧より小さい場合に前記太陽電池の出力電力が安定していないと判断する請求項１記載の太陽光発電装置。 - 前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に、前記太陽電池の出力電圧と太陽電池の種類に対応して予め定められた定数とから切替範囲を求め、求めた切替範囲を前記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ前記仮想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲として設定し、
前記制御手段は前記太陽電池の出力電圧を段階的に変化させる際に、前記出力電圧が前記切替範囲内の値であるときには前記電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小さくする請求項１又は請求項２記載の太陽光発電装置。
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-
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