JP5082503B2 - Solar cell control device - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池制御装置に関する。   The present invention relates to a solar cell control device.

従来、太陽光を用いた発電装置において、例えば冷却液を循環させて太陽電池を冷却することで、太陽電池による発電量の増加を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載の冷却装置付太陽光発電システムでは、冷却液を循環させるための冷却用ポンプの消費エネルギと、その時の太陽電池セルの温度において発電可能な電力と所定の基準温度において発電可能な電力との差である変化発電エネルギとを比較し、変化発電エネルギが冷却用ポンプの消費エネルギより大きい場合にのみ冷却用ポンプを駆動させていた。
特開平10−201268号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, in a power generation device using sunlight, for example, a solar cell is cooled by circulating a coolant to increase the amount of power generated by the solar cell (see, for example, Patent Document 1). . In the solar power generation system with a cooling device described in Patent Document 1, energy consumption of the cooling pump for circulating the coolant, electric power that can be generated at the temperature of the solar cell at that time, and power generation at a predetermined reference temperature The change power generation energy, which is the difference from the possible power, is compared, and the cooling pump is driven only when the change power generation energy is larger than the consumption energy of the cooling pump.
JP-A-10-201268

上記特許文献1に記載の従来技術にあっても、発電効率の向上が図られているものの更なる発電効率の向上が望まれている。   Even in the prior art described in Patent Document 1, although further improvement in power generation efficiency is desired, further improvement in power generation efficiency is desired.

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、発電効率の向上を図った太陽電池制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell control device that improves power generation efficiency.

本発明による太陽電池制御装置は、太陽電池の冷却を制御する太陽電池制御装置であって、冷却のために消費されるエネルギ量である冷却エネルギ量と、冷却による温度低下によって増加する発電量である発電エネルギ量とを比較して、発電エネルギ量が冷却エネルギ量より大きくなるように冷却を制御することを特徴としている。   A solar cell control device according to the present invention is a solar cell control device that controls cooling of a solar cell, and includes a cooling energy amount that is an energy amount consumed for cooling and a power generation amount that increases due to a temperature decrease due to cooling. Compared with a certain amount of generated energy, cooling is controlled so that the amount of generated energy is larger than the amount of cooling energy.

このような太陽電池制御装置によれば、太陽電池の冷却を制御する太陽電池制御装置であって、冷却のために消費されるエネルギ量である冷却エネルギ量と、冷却による温度低下によって増加する発電量である発電エネルギ量とを比較して、発電エネルギ量が冷却エネルギ量より大きくなるように冷却を制御することができる。これにより、冷却によって増加する発電量に見合うよう、冷却のための消費エネルギ量を調節することができるので、発電効率を向上させることができる。   According to such a solar cell control device, it is a solar cell control device that controls the cooling of the solar cell, and the amount of cooling energy that is consumed for cooling and the power generation that increases due to the temperature drop due to cooling. Cooling can be controlled so that the amount of generated energy is larger than the amount of cooling energy by comparing the amount of generated energy that is an amount. As a result, the amount of energy consumed for cooling can be adjusted to match the amount of power generation that increases due to cooling, so that power generation efficiency can be improved.

ここで、供給可能な冷却エネルギ量を複数設定して、設定された冷却エネルギ量を供給した場合の発電エネルギ量を各々算出し、設定された複数の冷却エネルギ量のうち、発電エネルギ量と冷却エネルギ量との差が最大となる冷却エネルギ量を選択し、選択された冷却エネルギ量に基づいて冷却を制御することが好ましい。これにより、冷却エネルギ量を複数設定して、設定された冷却エネルギ量ごとに太陽電池の温度低下を予測し、この予測に基づいて発電エネルギ量を予測する。予測された発電エネルギ量と、設定された冷却エネルギ量とを比較して、発電エネルギ量が冷却エネルギ量より大きくなるように冷却制御を行う。また、発電エネルギ量と冷却エネルギ量との差が最大となる冷却エネルギ量を選択するので、エネルギ収支を向上させることができ、太陽電池の発電効率を一層向上させることができる。また、冷却エネルギ量を複数設定しているので、冷却エネルギ量の制御精度を向上させることができる。   Here, a plurality of cooling energy amounts that can be supplied are set, and a power generation energy amount when each set cooling energy amount is supplied is calculated, and among the plurality of cooling energy amounts that are set, the power generation energy amount and the cooling amount are calculated. Preferably, a cooling energy amount that maximizes the difference from the energy amount is selected, and cooling is controlled based on the selected cooling energy amount. As a result, a plurality of cooling energy amounts are set, the temperature decrease of the solar cell is predicted for each set cooling energy amount, and the power generation energy amount is predicted based on this prediction. Cooling control is performed by comparing the predicted power generation energy amount with the set cooling energy amount so that the power generation energy amount is larger than the cooling energy amount. In addition, since the cooling energy amount that maximizes the difference between the generated energy amount and the cooling energy amount is selected, the energy balance can be improved, and the power generation efficiency of the solar cell can be further improved. In addition, since a plurality of cooling energy amounts are set, the control accuracy of the cooling energy amount can be improved.

また、太陽電池は移動体に搭載され、移動体の移動速度に応じて冷却エネルギ量を調節することが好ましい。移動中において外気と太陽電池との熱伝達率が向上して冷却が促進されるため、移動体の移動速度に応じて冷却エネルギ量を調節することで、制御精度を一層向上させることができる。   Moreover, it is preferable that a solar cell is mounted in a moving body and the amount of cooling energy is adjusted according to the moving speed of the moving body. Since the heat transfer coefficient between the outside air and the solar cell is improved during the movement and the cooling is promoted, the control accuracy can be further improved by adjusting the cooling energy amount according to the moving speed of the moving body.

本発明の太陽電池制御装置によれば、冷却によって増加する発電量に見合うように、冷却ための消費エネルギ量を調節することができるので、発電効率を向上させることができる。   According to the solar cell control device of the present invention, the amount of energy consumed for cooling can be adjusted so as to match the amount of power generated by cooling, so that power generation efficiency can be improved.

以下、本発明による太陽電池制御装置の好適な第1実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図1は、本発明の第1実施形態に係る太陽電池制御システムを備えた太陽光発電システムの概略構成図である。   Hereinafter, a preferred first embodiment of a solar cell control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photovoltaic power generation system including a solar cell control system according to the first embodiment of the present invention.

図1に示す太陽光発電システム10は、例えば住宅の屋根等に設置され、太陽光を受けて発電する太陽電池12と、この太陽電池12を冷却する冷却装置14とを備えている。太陽電池12によって発電された電力は、太陽電池12と電気的に接続された電気機器16に供給される。また、太陽電池12には、太陽電池12の温度を検出する温度センサ(不図示)が設置されている。   A solar power generation system 10 illustrated in FIG. 1 includes, for example, a solar battery 12 that is installed on a roof of a house and receives power and generates power, and a cooling device 14 that cools the solar battery 12. The electric power generated by the solar cell 12 is supplied to an electric device 16 that is electrically connected to the solar cell 12. The solar cell 12 is provided with a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of the solar cell 12.

冷却装置14は、冷却水(冷媒、冷却用流体)の流路形成する冷却用配管18と、冷却用配管18に接続され、冷却水を循環させる冷却水ポンプ20と、冷却用配管18に接続され、冷却水の放熱を行う放熱器22とを備えている。   The cooling device 14 is connected to a cooling pipe 18 that forms a flow path of cooling water (refrigerant, cooling fluid), a cooling pipe 18 that is connected to the cooling pipe 18 and circulates the cooling water, and is connected to the cooling pipe 18. And a radiator 22 for radiating the cooling water.

冷却用配管18は、太陽電池12の裏面に配置された太陽電池冷却部18aを有している。太陽電池冷却部18aは、太陽電池12の裏面側を這うように、一定方向(図示左右方向)に往来して蛇行するように配置され、太陽電池12と熱交換可能な面積が増加されている。太陽電池冷却部18aは、太陽電池12の裏面側と当接し、太陽電池12の熱を冷却水に伝達させる。   The cooling pipe 18 has a solar cell cooling portion 18 a disposed on the back surface of the solar cell 12. The solar cell cooling unit 18a is arranged so as to meander and meander in a certain direction (left-right direction in the figure) so as to crawl the back surface side of the solar cell 12, and the area capable of heat exchange with the solar cell 12 is increased. . The solar cell cooling unit 18a is in contact with the back surface side of the solar cell 12, and transmits the heat of the solar cell 12 to the cooling water.

放熱器22は、例えば放熱フィンが取り付けられた配管を有し、冷却水の放熱を行う。なお、放熱器22に向けて送風するファンを設け、この送風により放熱器22における放熱効率を向上させるようにしてもよい。そして、冷却用配管18内の冷却水は、冷却水ポンプ20によって送水されて、太陽電池冷却部18aで太陽電池12から熱を吸収し、放熱器22によって放熱されて、再び冷却水ポンプ20に戻る。   The radiator 22 has, for example, a pipe to which a radiation fin is attached, and radiates cooling water. Note that a fan that blows air toward the radiator 22 may be provided, and the heat dissipation efficiency of the radiator 22 may be improved by the blowing. Then, the cooling water in the cooling pipe 18 is supplied by the cooling water pump 20, absorbs heat from the solar cell 12 by the solar cell cooling unit 18 a, is radiated by the radiator 22, and is again supplied to the cooling water pump 20. Return.

ここで、太陽光発電システム10は、太陽電池12の冷却を制御する制御手段として機能する冷却用電子制御ユニット(以下、「冷却用ECU」という。)24を備えている。この冷却用ECU24は、太陽電池12の冷却のために消費される冷却エネルギ量Q11と、太陽電池12が冷却され温度低下して増加する発電量(発電エネルギ量)Q10とを比較して、増加する発電量Q10が冷却エネルギ量Q11より大きくなるように冷却エネルギ量Q11を調節するものである。 Here, the solar power generation system 10 includes a cooling electronic control unit (hereinafter referred to as “cooling ECU”) 24 that functions as a control unit that controls cooling of the solar battery 12. The cooling ECU24 includes a cooling energy amount Q 11 that is consumed to cool the solar cell 12 is compared with the power generation amount (generation energy amount) Q 10 of the solar cell 12 increases to decrease the cooling temperature , in which the power generation amount Q 10 increasing adjusting the cooling energy amount Q 11 to be greater than the cooling energy amount Q 11.

冷却用ECU24は、演算処理を行うCPU、記憶部となるROM及びRAM、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。冷却用ECU24は、冷却水ポンプ20と電気的に接続され、冷却水ポンプ20へ駆動信号を送信する。冷却水ポンプ20は、冷却用ECU24により駆動制御され、消費される冷却エネルギ量が制御される。例えば、冷却水ポンプ20における回転数が制御される。   The cooling ECU 24 includes a CPU that performs arithmetic processing, a ROM and a RAM that serve as a storage unit, an input signal circuit, an output signal circuit, a power supply circuit, and the like. The cooling ECU 24 is electrically connected to the cooling water pump 20 and transmits a drive signal to the cooling water pump 20. The cooling water pump 20 is driven and controlled by the cooling ECU 24 to control the amount of cooling energy consumed. For example, the rotation speed in the cooling water pump 20 is controlled.

また、冷却用ECU24は、太陽電池12の温度を検出する温度センサと電気的に接続され、太陽電池12の温度を検出することができる。また、冷却用ECU24のROMには、CPUを作動させるプログラムのほかに、太陽電池12の各温度における発電量に関するデータが記憶されている。また、冷却用ECU24は、太陽電池12と電気的に接続され、太陽電池12による発電量を計測可能な構成とされている。   The cooling ECU 24 is electrically connected to a temperature sensor that detects the temperature of the solar cell 12, and can detect the temperature of the solar cell 12. In addition to the program for operating the CPU, the ROM of the cooling ECU 24 stores data relating to the amount of power generated at each temperature of the solar cell 12. The cooling ECU 24 is electrically connected to the solar cell 12 and is configured to measure the amount of power generated by the solar cell 12.

次に、図2を参照して、太陽電池12の発電量と冷却の有無の関係について説明する。図2は、太陽電池の発電量と冷却の有無の関係を示すグラフである。図2では、縦軸に発電量を示している。図2において、左側に示す棒グラフAは、太陽電池12を冷却していない場合の発電量Pを示すものであり、右側に示す棒グラフAは、太陽電池12を冷却した場合の発電量Pを示すものである。 Next, the relationship between the power generation amount of the solar cell 12 and the presence or absence of cooling will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the power generation amount of the solar cell and the presence or absence of cooling. In FIG. 2, the amount of power generation is shown on the vertical axis. In FIG. 2, the bar graph A 0 shown on the left side shows the power generation amount P 0 when the solar cell 12 is not cooled, and the bar graph A 1 shown on the right side shows the power generation amount when the solar cell 12 is cooled. It shows a P 1.

図2に示すように、太陽電池12における発電量は、冷却装置14により冷却されて、発電量がPに増加する。この冷却によって増加した発電量はQ10=P−Pによって示される。このときの冷却のために消費されたエネルギ量はQ11によって示されている。したがって、エネルギ収支として、冷却によって利用可能となった増加分のエネルギ量は、Q12=Q10−Q11となる。冷却用ECU24は、冷却エネルギ量Q11と、増加した発電量Q10とを比較して、Q10>Q11の条件を満たすように、冷却エネルギ量Q11を調節する。 As shown in FIG. 2, the power generation amount of the solar cell 12 is cooled by the cooling device 14, the power generation amount increases to P 1. The amount of power generation increased by this cooling is indicated by Q 10 = P 1 −P 0 . Amount of energy consumed for cooling in this case is indicated by Q 11. Therefore, as the energy balance, the amount of increase in energy that can be used by cooling is Q 12 = Q 10 −Q 11 . Cooling ECU24 includes a cooling energy amount Q 11, by comparing the power generation amount Q 10 was increased, so as to satisfy the condition of Q 10> Q 11, to adjust the cooling energy amount Q 11.

次に、冷却用ECU24で実行される制御処理の一例について図3のフローチャートに沿って説明する。図3は、本発明の第1実施形態に係る冷却用ECUで実行される制御処理を示すフローチャートである。   Next, an example of a control process executed by the cooling ECU 24 will be described along the flowchart of FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a control process executed by the cooling ECU according to the first embodiment of the present invention.

まず、冷却用ECU24は、太陽電池12の発電量Pを入力する(S1)。次に、冷却用エネルギ量Q11を設定する(S2)。例えば、初期値としては、過去のデータに基づいて設定される。次に、設定された冷却用エネルギ量Q11に基づいて、冷却手段である冷却水ポンプ20を駆動させるため駆動信号を送信する。これにより、冷却水ポンプ20は、消費するエネルギ量がQ11となるように制御され、太陽電池12は循環された冷却水によって冷却され、温度低下する。 First, the cooling ECU 24 inputs the power generation amount P 0 of the solar cell 12 (S1). Next, to set the cooling energy amount Q 11 (S2). For example, the initial value is set based on past data. Then, based on the cooling energy amount Q 11 that is configured to transmit a driving signal for driving the cooling water pump 20 is cooling means. Thus, the cooling water pump 20, the amount of energy consumed is controlled to be Q 11, solar cell 12 is cooled by the cooling water circulation, decreases temperature.

次に、冷却用ECU24は、冷却後の発電量Pを入力する(S4)。続いて、冷却用ECU24は、冷却による温度低下によって増加した発電量Q10=P−Pを算出する(S5)。次に、冷却用ECU24は、冷却用エネルギ量Q11と増加した発電量Q10との比較を行い、Q10>Q11であるか否かの判定を行う(S6)。Q10>Q11であると判定された場合には処理を終了し、Q10>Q11であると判定されなかった場合には、S1に戻る。冷却用ECU24は、S2で冷却エネルギ量Q11を再設定(調節)して、Q10>Q11となるように、S1〜S6の処理を繰り返す。 Next, the cooling ECU24 inputs the power generation amount P 1 after cooling (S4). Subsequently, the cooling ECU 24 calculates the power generation amount Q 10 = P 1 −P 0 increased due to the temperature decrease due to cooling (S5). Next, the cooling ECU24 performs a comparison between the power generation amount Q 10 was increased and the cooling energy amount Q 11, it is determined whether or not Q 10> Q 11 (S6) . If it is determined that Q 10 > Q 11 , the process ends. If it is not determined that Q 10 > Q 11 , the process returns to S1. Cooling ECU24 is re-set the cooling energy amount Q 11 in S2 and (adjusted) such that the Q 10> Q 11, and repeats the processing of S1 to S6.

このように第1実施形態の太陽光発電システム10では、太陽電池12を冷却するために冷却水ポンプ20で消費される冷却エネルギ量Q11と、冷却による温度低下によって増加した発電量Q10とを比較して、増加した発電量Q10が冷却エネルギ量Q11より大きくなるように冷却エネルギ量Q11を調節している。これにより、冷却によって増加する発電量Q10に見合うように、冷却エネルギ量Q11を調節することで、太陽電池12の発電効率が向上される。 Thus the solar power generation system 10 of the first embodiment, the cooling energy amount Q 11 consumed by the cooling water pump 20 to cool the solar cell 12, the power generation amount Q 10 was increased by temperature drop due to cooling compared to, increased power generation amount Q 10 is to adjust the cooling energy amount Q 11 to be greater than the cooling energy amount Q 11. Thus, to meet the power generation amount Q 10 it is increased by cooling by adjusting the cooling energy amount Q 11, the power generation efficiency of the solar cell 12 is improved.

次に、本発明の第2実施形態に係る太陽電池制御装置について、図面を参照しながら説明する。第2実施形態では、本発明に係る太陽電池制御装置が太陽電池を備えた車両に適用された場合を例にして説明する。図4は、本発明の第2実施形態に係る太陽電池制御装置を備えた車両を示す斜視図である。   Next, a solar cell control device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second embodiment, a case where the solar cell control device according to the present invention is applied to a vehicle including a solar cell will be described as an example. FIG. 4 is a perspective view showing a vehicle including the solar cell control device according to the second embodiment of the present invention.

図4に示す車両(移動体)100は、太陽光発電システム30を搭載している。この太陽光発電システム30は、車両100の屋根部100aの外面に設置された太陽電池32と、太陽電池32を冷却する冷却装置34とを備えている。この太陽電池32によって発電された電力は、車両100のバッテリに充電され、車両100の動力や車両100の電気機器の電力として利用される。また、太陽電池32には、太陽電池32の温度を検出する温度センサ46が取り付けられている。   A vehicle (moving body) 100 shown in FIG. The solar power generation system 30 includes a solar cell 32 installed on the outer surface of the roof portion 100 a of the vehicle 100 and a cooling device 34 that cools the solar cell 32. The electric power generated by the solar battery 32 is charged in the battery of the vehicle 100 and used as the power of the vehicle 100 or the electric power of the electric equipment of the vehicle 100. Further, a temperature sensor 46 for detecting the temperature of the solar cell 32 is attached to the solar cell 32.

冷却装置34は、冷却用配管38、冷却水ポンプ40、放熱器42を備え、冷却用配管38は、太陽電池32の裏面に配置された太陽電池冷却部38aを有している。そして、冷却用配管38内の冷却水は、冷却水ポンプ40によって循環され、太陽電池冷却部38aで太陽電池32から熱を吸収し、放熱器42によって放熱される。   The cooling device 34 includes a cooling pipe 38, a cooling water pump 40, and a radiator 42, and the cooling pipe 38 has a solar cell cooling unit 38 a disposed on the back surface of the solar cell 32. The cooling water in the cooling pipe 38 is circulated by the cooling water pump 40, absorbs heat from the solar cell 32 by the solar cell cooling unit 38 a, and is radiated by the radiator 42.

太陽光発電システム30は、太陽電池32の冷却のために消費される冷却エネルギ量と、太陽電池32が温度低下して増加する発電量とを比較して、増加する発電量が冷却エネルギ量より大きくなるように冷却エネルギ量を調節する制御手段としての冷却用ECU44を備えている。   The solar power generation system 30 compares the amount of cooling energy consumed for cooling the solar cell 32 with the amount of power generation that increases as the temperature of the solar cell 32 decreases. A cooling ECU 44 is provided as control means for adjusting the amount of cooling energy so as to increase.

この冷却用ECU44は、上述した温度センサ46の他に、車両100の車速を計測する車速センサ48、大気温を計測する外気温センサ50、日射量を計測する日射量センサ52、冷却水の温度を計測する水温センサ54と電気的に接続され、太陽電池32の温度、車両100の車速、大気温、日射量、冷却水温度に関するデータが入力される。   In addition to the temperature sensor 46 described above, the cooling ECU 44 includes a vehicle speed sensor 48 that measures the vehicle speed of the vehicle 100, an outside air temperature sensor 50 that measures the atmospheric temperature, a solar radiation amount sensor 52 that measures the amount of solar radiation, and the temperature of the cooling water. Is electrically connected to the water temperature sensor 54 for measuring the temperature of the solar battery 32, and data relating to the temperature of the solar battery 32, the vehicle speed of the vehicle 100, the atmospheric temperature, the amount of solar radiation, and the coolant temperature are input.

この冷却用ECU44では、太陽電池32を冷却する冷却手段である冷却水ポンプ40に供給可能な冷却エネルギ量を複数設定し、設定された冷却エネルギ量を冷却水ポンプ40に供給した場合の冷却能力を算出する。冷却用ECU44は、冷却水ポンプ40の性能曲線を参照し、冷却水ポンプ40の吐出流量を求め冷却能力を算出する。   The cooling ECU 44 sets a plurality of cooling energy amounts that can be supplied to the cooling water pump 40 that is a cooling means for cooling the solar battery 32, and the cooling capacity when the set cooling energy amount is supplied to the cooling water pump 40. Is calculated. The cooling ECU 44 refers to the performance curve of the cooling water pump 40, calculates the discharge flow rate of the cooling water pump 40, and calculates the cooling capacity.

また、冷却用ECU44は、設定された冷却エネルギ量を供給した場合の太陽電池32の温度低下を予測して太陽電池32の温度を算出し、冷却後の発電量を各々算出する。そして、冷却用ECU44は、設定された複数の冷却エネルギ量のうち、冷却によって増加する発電量(予測値)と冷却エネルギ量(設定値)との差が最大となる冷却エネルギ量を選択し、選択された冷却エネルギ量に基づいて、太陽電池32の冷却を制御する。具体的には、選択された冷却エネルギ量を消費するように駆動信号を送信して冷却水ポンプ40を制御する。   Further, the cooling ECU 44 calculates a temperature of the solar cell 32 by predicting a temperature drop of the solar cell 32 when the set amount of cooling energy is supplied, and calculates a power generation amount after cooling. Then, the cooling ECU 44 selects a cooling energy amount that maximizes the difference between the power generation amount (predicted value) and the cooling energy amount (setting value) that increase due to cooling, from among the plurality of cooling energy amounts that are set. The cooling of the solar cell 32 is controlled based on the selected amount of cooling energy. Specifically, the drive signal is transmitted to control the cooling water pump 40 so as to consume the selected amount of cooling energy.

次に、冷却水ポンプ40を作動させた場合の太陽電池温度の算出について説明する。図5は、太陽電池の熱計算モデルを説明するための概略図である。図5に示すように、太陽光エネルギ(日射量)Qは、太陽電池32によって変換されて電力として出力される発電エネルギPと、大気に放熱される大気放熱エネルギQと、太陽電池冷却部38aに放熱される冷却部放熱エネルギQとに分けられる。 Next, calculation of the solar cell temperature when the cooling water pump 40 is operated will be described. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a thermal calculation model of a solar cell. As shown in FIG. 5, solar energy (amount of solar radiation) Q L is generated power P that is converted by solar cells 32 and output as electric power, atmospheric heat radiation energy Q A radiated to the atmosphere, and solar cell cooling. is radiated to the part 38a is divided into a cooling unit radiating energy Q C.

日射量Qは、Q=Q+Q+P…(1)によって示すことができる。また、大気放熱エネルギQは、Q=hSASA(T−T)…(2)によって表現することができる。ただし、hSAは大気と太陽電池32との間の熱伝達率(大気熱伝達率)であり、大気状態、車両100の車速によって変動するものである。ASAは太陽電池32と大気との接触面積である。Tは、太陽電池32の温度であり、Tは、大気温度である。図6は、車速と大気熱伝達率との関係を示すマップの一例である。冷却用ECU44は、記憶部に記憶されたマップを参照して、車両100の車速に応じて大気熱伝達率を設定する。 The solar radiation amount Q L can be represented by Q L = Q A + Q C + P (1). The atmospheric heat radiation energy Q A can be expressed by Q A = h SA A SA (T S −T A ) (2). However, h SA is a heat transfer coefficient (atmospheric heat transfer coefficient) between the atmosphere and the solar battery 32, and varies depending on the atmospheric condition and the vehicle speed of the vehicle 100. A SA is a contact area between the solar cell 32 and the atmosphere. T S is the temperature of the solar cell 32 and T A is the atmospheric temperature. FIG. 6 is an example of a map showing the relationship between vehicle speed and atmospheric heat transfer coefficient. The cooling ECU 44 refers to the map stored in the storage unit and sets the atmospheric heat transfer coefficient according to the vehicle speed of the vehicle 100.

冷却部放熱エネルギQは、Q=hSWSW(T−T)…(3)によって表現することができる。ただし、hSWは冷却水と太陽電池32との間の熱伝達率であり、冷却水の流速によって変動するものである。ASWは太陽電池32と太陽電池冷却部38aとの接触面積である。Tは、太陽電池32の温度であり、Tは、大気温度である。これらの式(1)〜(3)を用いて、冷却後の太陽電池32の温度を算出することができる。 The cooling part heat radiation energy Q C can be expressed by Q C = h SW A SW (T S −T W ) (3). However, hSW is a heat transfer coefficient between the cooling water and the solar cell 32, and varies depending on the flow rate of the cooling water. A SW is a contact area between the solar cell 32 and the solar cell cooling unit 38a. T S is the temperature of the solar cell 32 and T A is the atmospheric temperature. Using these equations (1) to (3), the temperature of the solar cell 32 after cooling can be calculated.

次に、冷却後の太陽電池の発電量P21〜P51の算出について説明する。図7は、太陽電池温度Tと太陽電池効率ηとの関係を示すマップの一例である。図7では、横軸に太陽電池温度Tを示し、縦軸に太陽電池効率ηを示し、グラフL1は、太陽電池温度Tと太陽電池効率ηとの関係を示している。例えば、Si結晶系太陽電池では、一般に、太陽電池温度が10℃上昇すると、太陽電池効率ηが約5%低下する。冷却用ECU44は、記憶部に記憶されたマップを参照し、太陽電池温度Tにおける太陽電池効率η(例えばn=2〜5)を、設定された複数の冷却エネルギ量Q21〜Q41に対応して各々決定する。冷却用ECU44は、決定された太陽電池効率ηと、日射量Qに基づいて、冷却後の太陽電池の発電量P21〜P51を算出する。冷却後の太陽電池の発電量P21〜P51は、Pn1=Q×η…(4)によって求めることができる。 Next, calculation of the power generation amounts P 21 to P 51 of the solar cell after cooling will be described. Figure 7 is an example of a map showing the relationship between the solar battery temperature T S and the solar cell efficiency eta. In Figure 7, the horizontal axis shows the solar cell temperature T S, the vertical axis shows the solar cell efficiency eta, the graph L1 shows the relationship between the solar battery temperature T S and the solar cell efficiency eta. For example, in a Si crystal solar cell, generally, when the solar cell temperature increases by 10 ° C., the solar cell efficiency η decreases by about 5%. Cooling ECU44 refers to the map stored in the storage unit, the solar cell temperature T solar cell efficiency eta n of S (for example n = 2 to 5), the set plurality of cooling energy amount Q 21 to Q 41 Each is determined corresponding to. The cooling ECU 44 calculates the power generation amounts P 21 to P 51 of the solar cells after cooling based on the determined solar cell efficiency η and the solar radiation amount Q L. The power generation amounts P 21 to P 51 of the solar cell after cooling can be obtained by P n1 = Q L × η n (4).

次に、太陽光発電システム30におけるエネルギ収支の一例について図8を参照して説明する。図8は、冷却エネルギ量とエネルギ収支との関係を示すマップの一例である。図8では、横軸に冷却エネルギ量を示し、縦軸にエネルギ量を示している。図8のグラフL2は、太陽電池32の発電量を示し、グラフL3は、エネルギ収支(太陽電池32の発電量P21〜P51と冷却エネルギ量との差)を示している。縦軸上に示すQ21〜Q51は、設定された複数の冷却エネルギ量Q21〜Q51を示すものであり、冷却水ポンプ40に供給可能なエネルギ量である。なお、冷却エネルギ量Q21〜Q51の設定間隔は、等間隔でなくても良い。また、冷却エネルギ量の設定数を増やして、細かく設定することで、制御精度を一層向上させることができる。 Next, an example of the energy balance in the solar power generation system 30 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an example of a map showing the relationship between the cooling energy amount and the energy balance. In FIG. 8, the horizontal axis represents the cooling energy amount, and the vertical axis represents the energy amount. Graph L2 in FIG. 8 shows the amount of power generated by the solar cell 32, the graph L3 indicates the energy balance (difference between the power generation quantity P 21 to P 51 of the solar cell 32 cooling energy amount). Q 21 to Q 51 shown on the vertical axis represent a plurality of set cooling energy amounts Q 21 to Q 51 , and are energy amounts that can be supplied to the cooling water pump 40. The set intervals of the cooling energy amounts Q 21 to Q 51 do not have to be equal. Further, the control accuracy can be further improved by increasing the number of cooling energy amounts to be set finely.

図8に示すマップでは、冷却エネルギがQ41の場合に、エネルギ収支が最大となる。冷却用ECU44は、設定された複数の冷却エネルギ量Q21〜Q51のうち、エネルギ収支が最大となる冷却エネルギ量Q41を選択し、駆動信号を送信して、冷却水ポンプ40で消費される冷却エネルギ量がQ41となるように制御する。 In the map shown in FIG. 8, the cooling energy in the case of Q 41, energy balance is maximized. The cooling ECU 44 selects the cooling energy amount Q 41 that maximizes the energy balance among the set cooling energy amounts Q 21 to Q 51 , transmits a drive signal, and is consumed by the cooling water pump 40. that amount cooling energy is controlled to be Q 41.

次に、冷却用ECU44で実行される制御処理の一例について図9のフローチャートに沿って説明する。図9は、本発明の第2実施形態に係る冷却用ECUで実行される制御処理を示すフローチャートである。   Next, an example of a control process executed by the cooling ECU 44 will be described along the flowchart of FIG. FIG. 9 is a flowchart showing a control process executed by the cooling ECU according to the second embodiment of the present invention.

まず、冷却用ECU44は、太陽電池32の発電量P、太陽電池温度T、車速、大気温T、日射量Qを各センサから入力する(S11)。次に、冷却用ECU44は、冷却水ポンプ40に供給可能な冷却エネルギ量Q21〜Q41を複数設定する(S12)。続いて、冷却用ECU44は、設定された複数の冷却エネルギ量Q21〜Q41を供給した場合の冷却水ポンプ40の冷却能力C〜Cを各々算出する(S13)。次に、冷却用ECU44は、冷却水ポンプ40の冷却能力C〜Cに基づいて、冷却後の太陽電池温度TS2〜TS5を算出する(S14)。 First, the cooling ECU 44 inputs the power generation amount P 0 of the solar cell 32, the solar cell temperature T S , the vehicle speed, the atmospheric temperature T S , and the solar radiation amount Q L from each sensor (S11). Next, the cooling ECU44 is a cooling energy amount Q 21 to Q 41 capable of supplying a plurality of sets to the cooling water pump 40 (S12). Subsequently, cooling ECU44 is respectively calculated cooling capacity C 2 -C 5 of the cooling water pump 40 in the case of providing a plurality of cooling energy amount Q 21 to Q 41, which is set (S13). Next, the cooling ECU 44 calculates the solar cell temperatures T S2 to T S5 after cooling based on the cooling capacities C 2 to C 5 of the cooling water pump 40 (S14).

続いて、冷却用ECU44は、冷却後の太陽電池32の発電量P21〜P51を算出(予測)する(S15)。次に、冷却用ECU44は、発電増加量Q20〜Q50を算出し(S16)、エネルギ収支が最大となる冷却エネルギ量(例えばQ41)を選択する(S17)。続いて、冷却用ECU44は、S17で選択された冷却エネルギ量を設定して(S18)、冷却ポンプ40に駆動信号を送信する。以下、冷却用ECU44は、S11〜S19の処理を繰り返し、設定した冷却エネルギ量の最適化を行う。 Subsequently, the cooling ECU 44 calculates (predicts) the power generation amounts P 21 to P 51 of the solar cell 32 after cooling (S15). Next, the cooling ECU 44 calculates the power generation increase amounts Q 20 to Q 50 (S16), and selects the cooling energy amount (for example, Q 41 ) that maximizes the energy balance (S17). Subsequently, the cooling ECU 44 sets the amount of cooling energy selected in S17 (S18) and transmits a drive signal to the cooling pump 40. Thereafter, the cooling ECU 44 repeats the processes of S11 to S19 to optimize the set amount of cooling energy.

このような第2実施形態の太陽光発電システム30では、冷却エネルギ量と冷却によって増加する発電量とを比較し、エネルギ収支が最大となるように冷却エネルギ量を制御することができる。これにより、冷却効果による発電量の増加を見込んで、冷却エネルギ量を調整することができるので、制御精度を向上させて、無駄なエネルギ消費が抑えられる。その結果、発電効率の向上が図られている。   In such a photovoltaic power generation system 30 of the second embodiment, the amount of cooling energy can be controlled so as to maximize the energy balance by comparing the amount of cooling energy with the amount of power generated by cooling. As a result, the amount of cooling energy can be adjusted in anticipation of an increase in the amount of power generation due to the cooling effect, so that control accuracy can be improved and wasteful energy consumption can be suppressed. As a result, the power generation efficiency is improved.

また、第2実施形態の太陽光発電システム30では、車両100の車速を考慮して、太陽電池の温度低下を予測している。このように、車両100の走行風による冷却効果を見込んで、太陽電池温度を算出することができるので、制御精度を向上させて、無駄なエネルギ消費が抑えられる。   Moreover, in the solar power generation system 30 of 2nd Embodiment, the temperature fall of a solar cell is estimated in consideration of the vehicle speed of the vehicle 100. FIG. Thus, since the solar cell temperature can be calculated in anticipation of the cooling effect of the traveling wind of the vehicle 100, the control accuracy can be improved and wasteful energy consumption can be suppressed.

次に、太陽光発電システムにおけるエネルギ収支の他の例について図面を参照して説明する。図10は、冷却エネルギ量とエネルギ収支との関係を示すマップの他の例である。図10では、横軸に冷却エネルギ量を示し、縦軸にエネルギ量を示している。図10のグラフL4は、太陽電池の発電量を示し、グラフL5は、エネルギ収支を示している。図10に示すマップでは、冷却エネルギ量が0の場合に、エネルギ収支が最大であるため、冷却用ECUは、冷却装置を作動させないようにする。   Next, another example of the energy balance in the solar power generation system will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is another example of a map showing the relationship between the cooling energy amount and the energy balance. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the cooling energy amount, and the vertical axis indicates the energy amount. A graph L4 in FIG. 10 shows the power generation amount of the solar cell, and a graph L5 shows the energy balance. In the map shown in FIG. 10, when the amount of cooling energy is 0, the energy balance is maximum, so the cooling ECU does not operate the cooling device.

次に、本発明の第3実施形態に係る太陽電池制御装置について、図面を参照しながら説明する。図11は、本発明の第3実施形態に係る太陽光発電システムを備えた車両を示す斜視図、図12は、図11中の太陽電池、及びこの太陽電池の裏面に設けられた冷却用空気流路を示す断面図である。この第3実施形態の太陽光発電システム60が第2実施形態太陽光発電システム30と違う点は、冷却水ポンプ40を有し太陽電池32を水冷する冷却装置34に代えて、ブロワ70を有し太陽電池62を空冷する冷却装置64を用いた点である。   Next, a solar cell control device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a perspective view showing a vehicle equipped with a solar power generation system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12 is a solar cell in FIG. 11 and cooling air provided on the back surface of the solar cell. It is sectional drawing which shows a flow path. The solar power generation system 60 of the third embodiment is different from the solar power generation system 30 of the second embodiment in that a blower 70 is provided instead of the cooling device 34 that has the cooling water pump 40 and cools the solar battery 32 with water. However, a cooling device 64 for air-cooling the solar cell 62 is used.

図11に示すように、車両102に搭載された太陽光発電システム60は、車両102の屋根部102aの外面に設置された太陽電池62を冷却する冷却装置64を備えている。冷却装置64は、太陽電池62の裏面に設けられ車両102の前後方向に空気を流通させる冷却用空気流路68、ブロア70を備えている。   As shown in FIG. 11, the solar power generation system 60 mounted on the vehicle 102 includes a cooling device 64 that cools the solar cell 62 installed on the outer surface of the roof portion 102 a of the vehicle 102. The cooling device 64 includes a cooling air passage 68 and a blower 70 that are provided on the back surface of the solar cell 62 and allow air to flow in the front-rear direction of the vehicle 102.

冷却用空気流路68は、図11及び図12に示すように、太陽電池62の裏面に隣接して形成された空間である太陽電池冷却部68a、屋根部102aの太陽電池62より前側に開口された通気口68b、屋根部102aの太陽電池62より後側に開口された排気口68cを有している。ブロア70は、排気口68cに設置されている。通気口68bから流入した外気は、太陽電池冷却部68aを通過しながら太陽電池62の裏面と熱交換して、太陽電池62を冷却する。太陽電池冷却部68aを通過した外気は、ブロア70によって送風され、通気口68bを通過して排出される。   As shown in FIGS. 11 and 12, the cooling air flow path 68 is opened to the front side of the solar cell 62 in the solar cell cooling portion 68a and the roof portion 102a, which is a space formed adjacent to the back surface of the solar cell 62. The vent hole 68b and the exhaust port 68c opened to the rear side of the solar cell 62 of the roof portion 102a are provided. The blower 70 is installed in the exhaust port 68c. The outside air flowing in from the vent 68b exchanges heat with the back surface of the solar cell 62 while passing through the solar cell cooling unit 68a, thereby cooling the solar cell 62. The outside air that has passed through the solar cell cooling section 68a is blown by the blower 70, and is discharged through the vent hole 68b.

このように構成された本実施形態に対して本発明の太陽電池制御装置を適用してもよい。この場合、太陽電池制御装置である冷却用ECUは、ブロア70によって消費されるエネルギ量である冷却エネルギ量と、冷却による温度低下によって増加する発電量である発電エネルギ量とを比較して、発電エネルギ量が冷却エネルギ量より大きくなるように、ブロア70による消費エネルギ量を制御する。このように構成しても第1実施形態及び第2実施形態の太陽電池制御装置と同様に、冷却によって増加する発電量に見合うように、冷却のための消費エネルギ量を調節することができるので、発電効率を向上させることができる。   You may apply the solar cell control apparatus of this invention with respect to this embodiment comprised in this way. In this case, the cooling ECU, which is a solar cell control device, compares the cooling energy amount that is the amount of energy consumed by the blower 70 with the power generation energy amount that is the amount of power generation that increases due to a temperature decrease due to cooling, and generates power. The amount of energy consumed by the blower 70 is controlled so that the amount of energy is greater than the amount of cooling energy. Even with this configuration, the amount of energy consumed for cooling can be adjusted to match the amount of power generated by cooling, as in the solar cell control devices of the first and second embodiments. , Power generation efficiency can be improved.

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態において、太陽電池を冷却する冷却手段として、冷却水ポンプ、ファン、ブロア等を複数備える構成としてもよい。この場合、太陽電池制御装置は、ポンプ、ファン、ブロアで消費されるエネルギの合計を冷却エネルギ量として、冷却エネルギ量と増加する発電量とを比較する。   As mentioned above, although this invention was concretely demonstrated based on the embodiment, this invention is not limited to the said embodiment. In the said embodiment, it is good also as a structure provided with multiple cooling water pumps, a fan, a blower, etc. as a cooling means to cool a solar cell. In this case, the solar cell control device compares the amount of cooling energy with the amount of power generation that increases with the total energy consumed by the pump, fan, and blower as the amount of cooling energy.

また、上記第2及び第3実施形態において、移動体を車両としているが、移動体は車両に限定されず、例えば船舶等その他の移動体に、本発明の太陽電池制御装置を適用してもよい。   Moreover, in the said 2nd and 3rd embodiment, although the moving body is made into the vehicle, a moving body is not limited to a vehicle, For example, even if it applies the solar cell control apparatus of this invention to other moving bodies, such as a ship. Good.

本発明の第1実施形態に係る太陽電池制御装置を備えた太陽光発電システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the solar energy power generation system provided with the solar cell control apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 太陽電池の発電量と冷却の有無の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric power generation amount of a solar cell, and the presence or absence of cooling. 本発明の第1実施形態に係る冷却用ECUで実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed with cooling ECU which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る太陽電池制御装置を備えた車両を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vehicle provided with the solar cell control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 太陽電池の熱計算モデルを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the thermal calculation model of a solar cell. 車速と大気熱伝達率との関係を示すマップの一例である。It is an example of the map which shows the relationship between a vehicle speed and an atmospheric heat transfer coefficient. 太陽電池温度Tと太陽電池効率ηとの関係を示すマップの一例である。It is an example of a map showing the relationship between the solar battery temperature T S and the solar cell efficiency eta. 冷却エネルギとエネルギ収支との関係を示すマップの一例である。It is an example of the map which shows the relationship between cooling energy and energy balance. 本発明の第2実施形態に係る冷却用ECUで実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing performed with cooling ECU which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 冷却エネルギ量とエネルギ収支との関係を示すマップの他の例である。It is another example of the map which shows the relationship between a cooling energy amount and an energy balance. 本発明の第3実施形態に係る太陽光発電システム備えた車両を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the vehicle provided with the solar energy power generation system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図11中の太陽電池、及びこの太陽電池の裏面に設けられた冷却用空気流路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solar cell in FIG. 11, and the air flow path for cooling provided in the back surface of this solar cell.

符号の説明Explanation of symbols

10,30,60…太陽光発電システム、12,32,62…太陽電池、14,34,64…冷却装置、16…電気機器、18,38…冷却用配管、18a,38a,68a…太陽電池冷却部、20,40…冷却水ポンプ、22,42…放熱器、24,44…冷却用ECU(制御手段)、46…温度センサ、48…車速センサ、50…外気温センサ、52…日射量センサ、54…水温センサ、68b…通気口、68c…排気口、70…ブロア、100,102…車両(移動体)、100a,102a…屋根部、P…発電エネルギ、Q…日射量、Q…大気放熱エネルギ、Q…冷却部放熱エネルギ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 30, 60 ... Photovoltaic power generation system, 12, 32, 62 ... Solar cell, 14, 34, 64 ... Cooling device, 16 ... Electric equipment, 18, 38 ... Piping for cooling, 18a, 38a, 68a ... Solar cell Cooling unit, 20, 40 ... cooling water pump, 22, 42 ... radiator, 24, 44 ... cooling ECU (control means), 46 ... temperature sensor, 48 ... vehicle speed sensor, 50 ... outside air temperature sensor, 52 ... solar radiation amount sensor, 54 ... water temperature sensor, 68b ... vent, 68c ... exhaust port, 70 ... blower, 100, 102 ... vehicle (mobile body), 100a, 102a ... roof, P ... power energy, Q L ... insolation, Q A ... the atmosphere heat radiation energy, Q C ... cooling unit heat radiation energy.

Claims (3)

太陽電池の冷却を制御する太陽電池制御装置であって、
前記冷却のために消費されるエネルギ量である冷却エネルギ量と、前記冷却による温度低下によって増加する発電量である発電エネルギ量とを比較して、前記発電エネルギ量が前記冷却エネルギ量より大きくなるように前記冷却を制御する制御部と、
前記太陽電池に対する外気流速を検出可能な風速センサーと、
日射量を計測する日射量センサーと、
前記太陽電池の温度を検出する太陽電池温度センサーと、
大気温を検出する大気温センサーとを備え、
前記制御部は、前記風速センサーによって検出された前記外気流速に応じて、大気と前記太陽電池との間の熱伝達率を設定する熱伝達率設定部と、
前記熱伝達率設定部によって設定された前記熱伝達率、前記大気温センサーによって検出された前記大気温、及び前記太陽電池温度センサーによって検出された前記太陽電池の温度に基づいて、大気に放熱される大気放熱エネルギを算出する大気放熱エネルギ算出部とを有し、
前記制御部は、前記日射量センサーによって計測された前記日射量、前記大気放熱エネルギ算出部によって算出された前記大気放熱エネルギ、及び前記冷却による放熱エネルギに基づいて、冷却後の前記太陽電池の温度を算出し前記発電エネルギ量を算出することを特徴とする太陽電池制御装置。
A solar cell control device for controlling cooling of a solar cell,
The amount of generated energy becomes larger than the amount of cooling energy by comparing the amount of cooling energy that is consumed for cooling with the amount of generated energy that is the amount of generated power that increases due to a temperature drop due to cooling. A controller for controlling the cooling,
A wind speed sensor capable of detecting an outside air flow rate with respect to the solar cell;
A solar radiation sensor for measuring solar radiation,
A solar cell temperature sensor for detecting the temperature of the solar cell;
With an atmospheric temperature sensor that detects the atmospheric temperature,
The control unit sets a heat transfer rate between the atmosphere and the solar cell according to the outside air flow rate detected by the wind speed sensor, and
The heat transfer coefficient set by the heat transfer coefficient setting unit, the atmospheric temperature detected by the atmospheric temperature sensor, and the temperature of the solar cell detected by the solar cell temperature sensor are radiated to the atmosphere. An atmospheric heat radiation energy calculating unit for calculating the atmospheric heat radiation energy.
The control unit, based on the solar radiation amount measured by the solar radiation amount sensor, the atmospheric heat radiation energy calculated by the atmospheric heat radiation energy calculation unit, and the heat radiation energy by the cooling, the temperature of the solar cell after cooling And the amount of generated power is calculated.
供給可能な前記冷却エネルギ量を複数設定して、設定された前記冷却エネルギ量を供給した場合の前記発電エネルギ量を各々算出し、
設定された複数の前記冷却エネルギ量のうち、前記発電エネルギ量と前記冷却エネルギ量との差が最大となる前記冷却エネルギ量を選択し、選択された前記冷却エネルギ量に基づいて前記冷却を制御することを特徴とする請求項1記載の太陽電池制御装置。
A plurality of cooling energy amounts that can be supplied, and each of the generated energy amounts when the set cooling energy amount is supplied;
The cooling energy amount that maximizes the difference between the power generation energy amount and the cooling energy amount is selected from the set plurality of cooling energy amounts, and the cooling is controlled based on the selected cooling energy amount. The solar cell control device according to claim 1.
前記太陽電池は移動体に搭載され、
前記風速センサーは、前記移動体の移動速度を検出し前記太陽電池に対する外気流速を検出可能な速度センサーであり、
前記制御部は、前記速度センサーによって検出された前記移動体の前記移動速度に応じて前記冷却エネルギ量を調節することを特徴とする請求項1又は2記載の太陽電池制御装置。
The solar cell is mounted on a moving body,
The wind speed sensor is a speed sensor capable of detecting a moving speed of the moving body and detecting an outside air flow velocity with respect to the solar cell,
The solar cell control device according to claim 1, wherein the control unit adjusts the cooling energy amount according to the moving speed of the moving body detected by the speed sensor.
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