JP4489087B2 - 太陽光発電システム - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施の形態1に係る太陽光発電システムの概略構成を示す回路図、図2は実施の形態1に係る太陽光発電システムの制御回路の構成を示すブロック図である。
実施の形態1の太陽光発電システムは、例えば商用電力系統4に連係されており、主要部として、複数の太陽電池モジュールが組み合わされてなる太陽電池1、電力変換器であるインバータ回路3、インバータ回路3を制御する制御回路10などが備えられている。インバータ回路3の入力側には、太陽電池1に発生する電圧を平滑化するコンデンサ2および太陽電池1の電圧(以下、「太陽電池電圧VPV」という)を検出する太陽電池電圧検出部5が設けられ、インバータ回路3の出力側には、インバータ出力電圧VOUT を検出するインバータ出力電圧検出部6およびインバータ出力電流IOUT を検出するインバータ出力電流検出部7が設けられている。前述した太陽電池電圧VPV、インバータ出力電圧VOUT およびインバータ出力電流IOUT は、時間t1(数十ms程度)毎に制御回路10により読み込まれている。
制御回路10がt1(数十ms程度)毎に太陽電池電圧VPV、インバータ出力電圧VOUT およびインバータ出力電流IOUT を読み込むと、その都度、制御回路10の乗算器11は、インバータ出力電圧VOUT とインバータ出力電流IOUT とからインバータ出力電力POUT を算出し、電力変化量算出部12は、太陽電池電圧VPVとインバータ出力電力POUT とから単位太陽電池電圧あたりのインバータ出力電力POUT の変化量dPOUT /dVPVを算出して、目標太陽電池電圧算出部13と最大太陽電池電圧判別部16とにそれぞれ送出する。また、最大太陽電池電圧設定部16は、図4に示すように、Modeが「1」かどうかを判定し(S20)、Modeが「1」のときは、電力変化量算出部12により算出された変化量dPOUT /dVPVの微分値の符号が反転しているかどうかを判定する(S21)。
実施の形態1は、高日射量時(Mode=1)に選択された最大太陽電池電圧VPVmax を目標太陽電池電圧VPVref とし、これを低日射量状態のときに最大電力点追従制御に用いて、太陽電池電圧VPVを振動させることなく太陽電池1の最大電力点MPPに接近させるようにしたものであるが(図6参照)、実施の形態2では、最大太陽電池電圧VPVmax を選択する毎に、その電圧VPVmax を値に応じて補正をするようにしたもので、制御回路10の最大太陽電池電圧判別部16に、最大太陽電池電圧VPVmax を補正するための補正値D、上限値Vupper および下限値Vlower がそれぞれ設定されている。これ以外については実施の形態1と同様に、ある程度の日射量が得られる日中は山登りモード(Mode=1)で最大電力点MPPの追従制御が行われている(図3参照)。また、最大電力点追従制御と同時に低日射量状態の検知が行われており、低日射量状態が所定時間(tsun =H)継続されたことを検知した場合は、低日射モード(Mode=0)へ移行し、そして、山登りモードへの移行判定を随時行っている。
最大太陽電池電圧判別部16は、図7に示すように、t1(数十ms程度)毎にModeが「1」かどうかを判定し(S20)、Modeが「0」のとき、これ以降の動作を行うことなく終了するが、Modeが「1」のときは、そのときに電力変化量算出部12により算出された変化量dPOUT /dVPVの微分値を読み込んで、その微分値の符号が反転しているかどうかを判定する(S21)。その微分値の符号が反転していないときは動作を終了するが、微分値の符号が反転しているときは、そのときの太陽電池電圧VPVが最大電力点MPPを与える電圧値と判断して、その太陽電池電圧VPVを記憶部17に書き込む。この太陽電池電圧VPVを書き込む際に、記憶部17に設けられた5つのエリア全てに太陽電池電圧VPVを書き込んでいた場合は、最も古い太陽電池電圧VPVをクリアにして、新しい太陽電池電圧VPVを保存するようにしている(S22)。そして、記憶部17への書き込みが5つになる毎に、その中から最大値の太陽電池電圧VPVを選択して最大太陽電池電圧VPVmax’ とする(S23)。
実施の形態3は、図2で説明した制御回路10の最大太陽電池電圧判別部16が異なるだけであるため、最大太陽電池電圧判別部16についてのみ図9に示すフローチャートに基づいて説明をする。
実施の形態3における制御回路10の最大太陽電池電圧判別部16は、t1(数十ms程度)毎にModeが「1」かどうかを判定し(S30)、Modeが「0」のとき、これ以降の動作を行うことなく終了するが、Modeが「1」のときは、そのときに電力変化量算出部12によって算出された変化量dPOUT /dVPVを読み込んで、変化量dPOUT /dVPVの絶対値が所定値Eより小さいかどうかを判定する(S31)。絶対値が所定値Eより大きいときはS32に進むことなく動作を終了するが、絶対値が所定値Eより小さいときは、そのときの太陽電池電圧VPVが最大電力点MPPを与える電圧値とみなして、上限値Vu-bound より小さいかどうかを判定する(S32)。この上限値Vu-bound は、ノイズや日射急変等の外乱により、S31の判断だけでは太陽電池電圧VPVとして真の最大電力点MPPを与える太陽電池動作点電圧と異なる値がデータとして記憶部17に書き込まれる可能性を回避するために、最大電力点MPPを与えるとみなした太陽電池電圧VPVの上限を規定するものである。
Claims (16)
- 太陽電池より発生する直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、
太陽電池の電圧を検出する太陽電池電圧検出部と、
前記電力変換器の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出部と、
前記太陽電池電圧検出部、前記出力電圧検出部および前記出力電流検出部のそれぞれの検出結果に基づいて目標太陽電池電圧を算出する目標太陽電池電圧算出部と、
前記太陽電池電圧が目標太陽電池電圧とほぼ一致するように前記電力変換器の出力電流を制御し、太陽電池の電力を最大電力に推移させる電力制御部と、
前記出力電圧検出部と前記出力電流検出部とにより検出された出力電圧および出力電流の積による出力電力から太陽電池の最大電力を検知したとき、そのときの太陽電池電圧を前記太陽電池電圧検出部から読み込んで保持し、保持した最新の所定数の太陽電池電圧の中から最大値の太陽電池電圧を選択する最大太陽電池電圧判別部とを備え、
前記目標太陽電池電圧算出部は、太陽電池の電力が低下する低日射量状態を検知したときに、前記最大太陽電池電圧判別部により選択された最大値の太陽電池電圧を目標太陽電池電圧として前記電力制御部に設定することを特徴とする太陽光発電システム。 - 前記目標太陽電池電圧算出部は、出力電力が予め設定された閾値より低いときに低日射量状態と判断することを特徴とする請求項1記載の太陽光発電システム。
- 前記目標太陽電池電圧算出部は、最大値の太陽電池電圧を目標太陽電池電圧としたときから少なくとも所定時間経過するとその目標太陽電池電圧を一旦クリアにし、再び、最大太陽電池電圧判別部により最大値の太陽電池電圧が選択されたときは、これを新たな目標太陽電池電圧として設定し直すことを特徴とする請求項1又は2記載の太陽光発電システム。
- 前記出力電圧検出部と前記出力電流検出部とにより検出された出力電圧および出力電流の積による出力電力を、前記太陽電池電圧検出部からの太陽電池電圧で微分して電力変化量を算出する電力変化量算出部を備え、
前記最大太陽電池電圧判別部は、その電力変化量算出部により算出された電力変化量の符号が反転したとき、そのときの太陽電池電圧が太陽電池の最大電力となる電圧値と判断してその太陽電池電圧を保持することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の太陽光発電システム。 - 前記最大太陽電池電圧判別部は、前記電力変化量算出部により算出された電力変化量の符号が反転したとき、そのときの太陽電池電圧が太陽電池の最大電力となる電圧値と判断して、その太陽電池電圧が予め設定された上限値以下かどうかを判定し、上限値以下の太陽電池電圧を保持することを特徴とする請求項4記載の太陽光発電システム。
- 前記最大太陽電池電圧判別部は、最大値の太陽電池電圧が予め設定された上限値より大きいとき、上限値を最大値の太陽電池電圧とすることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽光発電システム。
- 前記最大太陽電池電圧判別部は、最大値の太陽電池電圧が予め設定された下限値を下回るとき、下限値を最大値の太陽電池電圧とすることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽光発電システム。
- 前記最大太陽電池電圧判別部は、最大値の太陽電池電圧を予め設定された補正値により補正し、かつ、その補正した太陽電池電圧が予め設定された上限値を超えているかどうかを判定し、補正した太陽電池電圧が上限値を超えているときはその上限値を最大値の太陽電池電圧とし、また、補正した太陽電池電圧が上限値より小さいときは予め設定された下限値より大きいかどうかを判定し、補正した太陽電池電圧が下限値より小さいときはその下限値を最大値の太陽電池電圧とすることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の太陽光発電システム。
- 太陽電池より発生する直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、
太陽電池の電圧を検出する太陽電池電圧検出部と、
前記電力変換器の出力電圧を検出する出力電圧検出部と、
前記電力変換器の出力電流を検出する出力電流検出部と、
前記太陽電池電圧検出部、前記出力電圧検出部および前記出力電流検出部のそれぞれの検出結果に基づいて目標太陽電池電圧を算出する目標太陽電池電圧算出部と、
前記太陽電池電圧が目標太陽電池電圧とほぼ一致するように前記電力変換器の出力電流を制御し、太陽電池の電力を最大電力に推移させる電力制御部と、
前記出力電圧検出部と前記出力電流検出部とにより検出された出力電圧および出力電流の積による出力電力から太陽電池の最大電力を検知したとき、そのときの太陽電池電圧を前記太陽電池電圧検出部から読み込んで保持し、保持した太陽電池電圧が所定数になる毎に、その中で電圧値の大きい方から所定番目の太陽電池電圧を最大値として選択する最大太陽電池電圧判別部とを備え、
前記目標太陽電池電圧算出部は、太陽電池の電力が低下する低日射量状態を検知したときに、前記最大太陽電池電圧判別部により選択された太陽電池電圧を目標太陽電池電圧として前記電力制御部に設定することを特徴とする太陽光発電システム。 - 前記目標太陽電池電圧算出部は、出力電力が予め設定された閾値より低いときに低日射量状態と判断することを特徴とする請求項9記載の太陽光発電システム。
- 前記目標太陽電池電圧算出部は、最大値とする太陽電池電圧を目標太陽電池電圧としたときから少なくとも所定時間経過するとその目標太陽電池電圧を一旦クリアにし、再び、最大太陽電池電圧判別部により最大値とする太陽電池電圧が選択されたときは、これを新たな目標太陽電池電圧として設定し直すことを特徴とする請求項9又は10記載の太陽光発電システム。
- 前記出力電圧検出部と前記出力電流検出部とにより検出された出力電圧および出力電流の積による出力電力を、前記太陽電池電圧検出部からの太陽電池電圧で微分して電力変化量を算出する電力変化量算出部を備え、
前記最大太陽電池電圧判別部は、その電力変化量算出部により算出された電力変化量の絶対値が所定値より小さいとき、そのときの太陽電池電圧が太陽電池の最大電力となる電圧値と判断してその太陽電池電圧を保持することを特徴とする請求項9乃至11の何れかに記載の太陽光発電システム。 - 前記最大太陽電池電圧判別部は、電力変化量の絶対値と所定値との比較から太陽電池電圧が太陽電池の最大電力となる電圧値と判断した際、その太陽電池電圧が上限値より小さいかどうかを判定し、上限値より小さいときはその太陽電池電圧を保持することを特徴とする請求項12記載の太陽光発電システム。
- 前記最大太陽電池電圧判別部は、選択した太陽電池電圧を予め設定された補正値により補正して最大値の太陽電池電圧とすることを特徴とする請求項9乃至13の何れかに記載の太陽光発電システム。
- 前記最大太陽電池電圧判別部は、補正した太陽電池電圧が予め設定された上限値より大きいとき、上限値を最大値の太陽電池電圧とすることを特徴とする請求項14記載の太陽光発電システム。
- 前記最大太陽電池電圧判別部は、補正した太陽電池電圧が予め設定された下限値を下回るとき、下限値を最大値の太陽電池電圧とすることを特徴とする請求項14記載の太陽光発電システム。
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