JP5958448B2 - 太陽電池制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池制御装置に関する。

複数の太陽電池セルを直列に接続して出力電圧を上げた太陽電池モジュールを備えた太陽電池制御装置が知られている。このような太陽電池制御装置において、影等の影響により、太陽電池モジュールの一部の太陽電池セルに照射される光量が減少した場合、照射される光量が減少した太陽電池セルが供給し得る電流は小さくなる。そのため、他の太陽電池セルに流れる電流も、照射される光量が減少した太陽電池セルが流せる電流に減少し、太陽電池モジュール全体の発電量が低下する。そこで、発電能力の低下した太陽電池セルをバイパスすることにより、太陽電池モジュール全体の発電量を高く保っている。

又、太陽電池モジュールの最大出力点は気象条件等で変動するため、太陽電池モジュールによる発電電力を最大化するＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）という制御が行われている。ＭＰＰＴでは、例えば、山登り法により、ＰＶ特性曲線（電力電圧特性曲線）の最大出力点を探す。ＭＰＰＴでは、最大出力点を捉えるのに、通常、数秒から数十秒程度の時間を要する。

特開２０１１−１８６５８３号公報

ところで、太陽電池モジュールが移動体に設置されている場合には、移動体の移動により日射量が早い周期（例えば、数十ｍｓ程度）で変化する。又、上記のように発電能力の低下した太陽電池セルをバイパスすることでＰＶ特性曲線が大きく変動した場合には、ＭＰＰＴで最大出力点を捉えるのに通常以上の時間を要するか、もしくは最大出力点を発見できないおそれがある。

すなわち、太陽電池モジュールが移動体に設置されている場合には、発電能力の低下した太陽電池セルをバイパスする方法とＭＰＰＴとを組み合わせても、早い周期での日射量の変化には追従できない。その結果、移動体の移動中に太陽電池モジュールの発電量が著しく低下する場合がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールへの日射量が変化した場合の最大出力点への追従性を向上した太陽電池制御装置を提供することを課題とする。

本太陽電池制御装置は、移動体の進行方向と交差する方向に並置され、直列に接続された複数の太陽電池クラスタ、及び、照射される光量が減少した太陽電池クラスタをバイパスするバイパス手段、を備えた太陽電池モジュールと、夫々の前記太陽電池クラスタの前記進行方向の前方に配置され、夫々の前記太陽電池クラスタに照射される光量を検出する光量検出手段と、前記太陽電池モジュールの最大電力点を決定する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記移動体の移動に伴って生じる前記光量検出手段の出力の変化に基づいてバイパスされる太陽電池クラスタの個数の変化を把握し、変化後の個数に対応する開始電圧に移動し、移動後の開始電圧から電圧を変化させながら電力を計算して前記太陽電池モジュールの最大電力点を決定することを要件とする。

開示の技術によれば、太陽電池モジュールへの日射量が変化した場合の最大出力点への追従性を向上した太陽電池制御装置を提供できる。

第１の実施の形態に係る太陽光発電システムを例示するブロック図である。 第１の実施の形態に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図である。 自動車に設置した太陽電池モジュール１１０の一部を影が通過する様子を例示する図である。 太陽電池モジュール１１０のＩＶ特性曲線を例示する図である。 制御手段１５０の動作を示すフローチャートの例（その１）である。 制御手段１５０の動作を示すフローチャートの例（その２）である。 制御手段１５０の動作を示すフローチャートの例（その３）である。 制御手段１５０の動作を示すフローチャートの例（その４）である。 制御手段１５０の動作を示すフローチャートの例（その５）である。 第２の実施の形態に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図である。 制御手段１５０の動作を示すフローチャートの例（その６）である。 自動車に設置した太陽電池モジュール１１０Ａの一部を影が通過する様子を例示する図である。 第２の実施の形態の変形例に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図（その１）である。 第２の実施の形態の変形例に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る太陽光発電システムを例示するブロック図である。図１を参照するに、太陽光発電システム１０は、太陽電池制御装置１００と、発電電圧安定化装置２００と、負荷制御装置３００とを有する。太陽電池制御装置１００は、太陽光を受光し、所定電圧で発電する装置である。

発電電圧安定化装置２００及び負荷制御装置３００は、太陽電池制御装置１００を構成する太陽電池モジュール１１０の負荷を制御する装置である。具体的には、発電電圧安定化装置２００は、太陽電池モジュール１１０の発電電圧が所定電圧と一致するように負荷制御装置３００の負荷を調整する。

負荷制御装置３００は、例えば、昇圧回路や降圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を有する。負荷制御装置３００は、等価的に太陽電池モジュール１１０のＩＶ特性（電圧電流特性）やＰＶ特性（電圧電力特性）を変化させる機能を有し、太陽電池モジュール１１０の発生する電力が最大となるように太陽電池モジュール１１０の出力電圧を制御する。なお、電池４００は、太陽電池モジュール１１０から負荷制御装置３００を介して電力を供給される対象物である。電池４００に代えて、キャパシタや他の装置等に電力を供給してもよい。

図２は、第１の実施の形態に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図である。図１及び図２を参照しながら、第１の実施の形態に係る太陽電池制御装置１００について説明する。太陽電池制御装置１００は、太陽電池モジュール１１０と、光量検出手段１２０と、電圧測定手段１３０と、電流測定手段１４０と、制御手段１５０とを有する。

太陽電池モジュール１１０は、移動体に設置される太陽電池モジュールであり、太陽電池クラスタ１１２_１、太陽電池クラスタ１１２_２、及び太陽電池クラスタ１１２_３と、バイパスダイオード１１３_１、バイパスダイオード１１３_２、及びバイパスダイオード１１３_３とを備えている。

太陽電池クラスタ１１２_１〜１１２_３は、移動体の進行方向と交差する方向（例えば、進行方向と大よそ直交する方向）に並置され、直列に接続されている。太陽電池クラスタ１１２_１〜１１２_３は、夫々複数の太陽電池セル１１１が直列に接続されたものである。太陽電池セル１１１は、例えば、単結晶シリコン等により構成できるが、特に限定されるものではない。太陽電池クラスタ１１２_１〜１１２_３を特に区別する必要がない場合には、太陽電池クラスタ１１２と称する。

なお、本実施の形態では、３つの太陽電池クラスタ１１２が直列に接続されている場合を例にして説明をするが、太陽電池モジュール１１０の備える太陽電池クラスタ１１２は２つ以上が直列に接続されたものあればよい。又、各太陽電池クラスタ１１２は１つ以上の太陽電池セル１１１を備えていればよい。又、本実施の形態では、移動体として自動車を例に挙げて以下の説明をするが、移動体は自動車には限定されず、例えば、オートバイや電車等であってもよい。

太陽電池クラスタ１１２_１には、バイパスダイオード１１３_１が並列に接続されている。同様に、太陽電池クラスタ１１２_２にはバイパスダイオード１１３_２が、太陽電池クラスタ１１２_３にはバイパスダイオード１１３_３が並列に接続されている。なお、バイパスダイオード１１３_１〜１１３_３を特に区別する必要がない場合には、バイパスダイオード１１３と称する。

バイパスダイオード１１３は、照射される光量が減少した太陽電池クラスタ１１２をバイパスするバイパス手段である。例えば、影等の影響により所定の太陽電池クラスタ１１２の出力が低下した場合に、出力が低下した所定の太陽電池クラスタ１１２をバイパスする。バイパスダイオード１１３を設け、出力が低下した所定の太陽電池クラスタ１１２をバイパスすることにより、太陽電池モジュール１１０全体の出力の低下を最小限に抑えることができる。

太陽電池クラスタ１１２_１の移動体の進行方向の前方には、光量検出手段１２０_１が配置されている。同様に、太陽電池クラスタ１１２_２の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_２が、太陽電池クラスタ１１２_３の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_３が配置されている。光量検出手段１２０_１〜１２０_３としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等を用いることができる。光量検出手段１２０_１〜１２０_３として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）や太陽電池セル（太陽電池セルの小片）を用いてもよい。なお、光量検出手段１２０_１〜１２０_３を特に区別する必要がない場合には、光量検出手段１２０と称する。

夫々の太陽電池クラスタ１１２の移動体の進行方向の前方に光量検出手段１２０を配置することにより、夫々の太陽電池クラスタ１１２に照射される光量を検出できる。具体的には、太陽電池クラスタ１１２を遮光する影が移動体の進行方向から進入することを検出できる。光量検出手段１２０による光量検出結果は、制御手段１５０に送信される。

電圧測定手段１３０は、太陽電池モジュール１１０の発電した電圧を測定する機能を有する。電圧測定手段１３０としては、例えば、太陽電池モジュール１１０に並列接続された抵抗分圧回路とＡＤコンバータとを組み合わせたもの等を用いることができる。電圧測定手段１３０による電圧測定結果は、制御手段１５０に送信される。

電流測定手段１４０は、太陽電池モジュール１１０の発電した電流を測定する機能を有する。電流測定手段１４０としては、例えば、太陽電池モジュール１１０に直列接続されたシャント抵抗とＡＤコンバータとを組み合わせたものや電流プローブ等を用いることができる。電流測定手段１４０による電流測定結果は、制御手段１５０に送信される。

制御手段１５０は、光量検出手段１２０による光量検出結果、電圧測定手段１３０による電圧測定結果、電流測定手段１４０による電流測定結果等の情報に基づいて、太陽電池モジュール１１０の最大電力点（ＭＰＰ：Maximum Power Point）を決定する機能等を有する。

制御手段１５０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、制御手段１５０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることにより実現される。但し、制御手段１５０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、制御手段１５０は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。

次に、太陽電池モジュール１１０に対する影の影響について説明する。太陽電池制御装置１００は移動体に設置されるため、移動中に遮光物の影響を受ける。移動体が自動車である場合には、遮光物としては、例えば、道路標識や電柱、歩道橋、街路樹、他の大型の自動車等を挙げることができる。

図３は、自動車５００に設置した太陽電池制御装置１００の太陽電池モジュール１１０の一部を影が通過する様子を例示している。図３の例では、太陽電池モジュール１１０の太陽電池クラスタ１１２_１を影が通過している。すなわち、自動車５００が走行するに従って、影が６００_１→６００_２→６００_３→６００_４の順に進行し、太陽電池クラスタ１１２_１を遮光する。

図４は、太陽電池モジュール１１０のＩＶ特性曲線を例示している。Ａは、３つの太陽電池クラスタ１１２_１〜１１２_３の全てが遮光されていない場合の特性の例である。Ｂは、３つの太陽電池クラスタ１１２_１〜１１２_３のうちの何れか１つが遮光されている場合（バイパスされている場合）の特性の例である。Ｃは、３つの太陽電池クラスタ１１２_１〜１１２_３のうちの何れか２つが遮光されている場合（バイパスされている場合）の特性の例である。

図４において、ＭＰＰ３は、有効な太陽電池クラスタ１１２が３個の場合（全ての太陽電池クラスタ１１２がバイパスされていない場合）の最大電力点を示している。又、ＭＰＰ２は、有効な太陽電池クラスタ１１２が２個の場合（１つの太陽電池クラスタ１１２がバイパスされており、他の２つの太陽電池クラスタ１１２がバイパスされていない場合）の最大電力点を示している。

図３のように、太陽電池クラスタ１１２_１が遮光された場合には、バイパスダイオード１１３_１が導通して太陽電池クラスタ１１２_１をバイパスする。その結果、図４のＩＶ特性曲線がＡからＢにシフトする。なお、この場合、光量検出手段１２０_１により太陽電池クラスタ１１２_１に照射される光量が減少することを検出できる。又、その結果は制御手段１５０に送信されるため、制御手段１５０は太陽電池クラスタ１１２_１がバイパスされることを知り得る。

なお、仮に、バイパスダイオード１１３_１が設けられていなければ、ＩＶ特性曲線はＡからＢ'にシフトし最大電力点がＭＰＰ２'となるため、太陽電池モジュール１１０全体として大きな発電量低下を生じる。言い換えれば、太陽電池モジュール１１０には太陽電池クラスタ１１２_１にバイパスダイオード１１３_１が設けられているため、太陽電池クラスタ１１２_１が遮光されてもバイパスダイオード１１３_１が導通してバイパスする。そのため、ＩＶ特性曲線はＡからＢにシフトしＢ'にシフトすることはない。その結果、太陽電池モジュール１１０全体としての大きな発電量低下（効率低下）を回避できる。

なお、バイパスダイオード１１３は太陽電池クラスタ１１２ごとに設けられている。そのため、他の太陽電池クラスタ１１２が遮光された場合にも対応するバイパスダイオード１１３が導通し、効率低下の要因となる（遮光された）太陽電池クラスタ１１２をバイパスするので、太陽電池モジュール１１０全体としての大きな発電量低下（効率低下）を回避できる。

ところで、従来は、最大電力点を探すのには、例えば、ＰＶ特性曲線を利用した山登り法が用いられていた。山登り法では、まず開始時点での動作電圧がＶ_０、電力がＰ_０であったとすると、動作電圧をΔＶ増加させてＶ_０＋ΔＶ＝Ｖ_１とし、そのときの電力Ｐ_１を計算し、Ｐ_０と比較する。Ｐ_０よりもＰ_１の方が大きければΔＶの符号を変更せず、動作電圧をΔＶ増加させてＶ_１＋ΔＶ＝Ｖ_２とし、そのときの電力Ｐ_２を計算し、Ｐ_１と比較する。

これをＰ_ｎ−１よりもＰ_ｎの方が小さくなるまで繰り返し、Ｐ_ｎ−１よりもＰ_ｎの方が小さくなるとΔＶの符号を反転し、Ｖ_ｎ−ΔＶ＝Ｖ_ｎ−１とし、そのときの電力Ｐ_ｎ−１を計算する（ｎは自然数、以降同様）。これにより、動作電圧Ｖ_ｎ−１とＶ_ｎとの間に最大電力点が存在することがわかったので、この後は、日射量の変動等によりＰＶ特性曲線の変化が起きるまで動作電圧Ｖ_ｎ−１とＶ_ｎとの間で行き来する。

しかしながら、このようなアルゴリズムの山登り法では、ＰＶ特性曲線の急激な変化に瞬時に追従することができない。例えば、最大電力点が図３のＭＰＰ３から影の影響でＭＰＰ２に変化すると、上記のように電圧をΔＶずつ変えながらＭＰＰ２を探すので、ＭＰＰ２を捉えるまでに数分程度の時間を要する。

本実施の形態では、割り込み制御を行うことにより、ＰＶ特性曲線が急激に変化した場合の最大出力点への追従性を向上する。これに関して、図５〜図９を参照しながら説明をする。太陽電池制御装置１００の制御手段１５０は、図５に示すフローチャート１、図６に示すフローチャート２、図７に示すフローチャート３、図８に示すフローチャート４、及び図９に示すフローチャート５を実行可能に構成されている。

まず、図５に示すフローチャート１について説明する。フローチャート１は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の何れも遮光されていない場合（何れもバイパスされていない場合）のフローチャートである。なお、制御手段１５０は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の何れも遮光されていないこと（何れもバイパスされていないこと）を、光量検出手段１２０_１、１２０_２、１２０_３による光量検出結果から知ることができる。

まず、ステップＳ１１では、制御手段１５０は、開始電圧を設定する。太陽電池クラスタが３個直列に接続されている場合の最大電力点の大よその値（ＭＰＰ近傍値）は設計的に決まるので、その値を電圧Ｖ_{３_１}（開始電圧）とする。次に、ステップＳ１２では、制御手段１５０は、電圧Ｖ_{３_１}、電流Ｉ_{３_１}を記憶し、電力Ｐ_{３_１}を計算する。制御手段１５０は、電圧測定手段１３０から電圧の値を、電流測定手段１４０から電流の値を入手できる（以降の電圧及び電流についても同様）。

なお、制御手段１５０は、バイパスされていない太陽電池クラスタ１１２の個数に対応する複数の開始電圧を予め記憶している。すなわち、太陽電池クラスタ１１２の何れもバイパスされていない場合の開始電圧（上記の電圧Ｖ_{３_１}）、太陽電池クラスタ１１２の何れか１つが遮光された場合の開始電圧（後述の電圧Ｖ_{２_１}）、太陽電池クラスタ１１２の何れか２つが遮光された場合の開始電圧（後述の電圧Ｖ_{１_１}）を予め記憶している。制御手段１５０は、太陽電池クラスタ１１２がｎ個であれば、ｎ個の開始電圧を予め記憶している。

次に、ステップＳ１３では、制御手段１５０は、電圧Ｖ_{３_１}（開始電圧）を−ΔＶ変化させた電圧Ｖ_{３_０}及びそのときの電流Ｉ_{３_０}を記憶し、電力Ｐ_{３_０}を計算する。又、電圧Ｖ_{３_１}（開始電圧）を＋ΔＶ変化させた電圧Ｖ_{３_２}及びそのときの電流Ｉ_{３_２}を記憶し、電力Ｐ_{３_２}を計算する。

次に、ステップＳ１４では、制御手段１５０は、電力Ｐ_{３_０}、電力Ｐ_{３_１}、及び電力Ｐ_{３_２}を比較し、最大値を選定する。次に、ステップＳ１５では、制御手段１５０は、電力Ｐ_{３_１}の値をステップＳ１４で選定した最大値に置き換える。その後、ステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返し実行することで、最大電力点に追従できる。

次に、図６に示すフローチャート２について説明する。フローチャート２は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の何れか１つが遮光されてバイパスされた場合のフローチャートである。つまり、２つの太陽電池クラスタのみが動作している場合のフローチャートである。なお、制御手段１５０は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の何れか１つが遮光されてバイパスされたことを、光量検出手段１２０_１、１２０_２、１２０_３による光量検出結果から知ることができる。

まず、ステップＳ２１では、制御手段１５０は、開始電圧を設定する。太陽電池クラスタが２個直列に接続されている場合の最大電力点の大よその値（ＭＰＰ近傍値）は設計的に決まるので、その値を電圧Ｖ_{２_１}（開始電圧）とする。次に、ステップＳ２２では、制御手段１５０は、電圧Ｖ_{２_１}、電流Ｉ_{２_１}を記憶し、電力Ｐ_{２_１}を計算する。

次に、ステップＳ２３では、制御手段１５０は、電圧Ｖ_{２_１}（開始電圧）を−ΔＶ変化させた電圧Ｖ_{２_０}及びそのときの電流Ｉ_{２_０}を記憶し、電力Ｐ_{２_０}を計算する。又、電圧Ｖ_{２_１}（開始電圧）を＋ΔＶ変化させた電圧Ｖ_{２_２}及びそのときの電流Ｉ_{２_２}を記憶し、電力Ｐ_{２_２}を計算する。

次に、ステップＳ２４では、制御手段１５０は、電力Ｐ_{２_０}、電力Ｐ_{２_１}、及び電力Ｐ_{２_２}を比較し、最大値を選定する。次に、ステップＳ２５では、制御手段１５０は、電力Ｐ_{２_１}の値をステップＳ２４で選定した最大値に置き換える。その後、ステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返し実行することで、最大電力点に追従できる。

次に、図７に示すフローチャート３について説明する。フローチャート３は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の何れか２つが遮光されてバイパスされた場合のフローチャートである。つまり、１つの太陽電池クラスタのみが動作している場合のフローチャートである。なお、制御手段１５０は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の何れか２つが遮光されてバイパスされたことを、光量検出手段１２０_１、１２０_２、１２０_３による光量検出結果から知ることができる。

まず、ステップＳ３１では、制御手段１５０は、開始電圧を設定する。太陽電池クラスタが１個の場合の最大電力点の大よその値（ＭＰＰ近傍値）は設計的に決まるので、その値を電圧Ｖ_{１_１}（開始電圧）とする。次に、ステップＳ３２では、制御手段１５０は、電圧Ｖ_{１_１}、電流Ｉ_{１_１}を記憶し、電力Ｐ_{１_１}を計算する。

次に、ステップＳ３３では、制御手段１５０は、電圧Ｖ_{１_１}（開始電圧）を−ΔＶ変化させた電圧Ｖ_{１_０}及びそのときの電流Ｉ_{１_０}を記憶し、電力Ｐ_{１_０}を計算する。又、電圧Ｖ_{１_１}（開始電圧）を＋ΔＶ変化させた電圧Ｖ_{１_２}及びそのときの電流Ｉ_{１_２}を記憶し、電力Ｐ_{１_２}を計算する。

次に、ステップＳ３４では、制御手段１５０は、電力Ｐ_{１_０}、電力Ｐ_{１_１}、及び電力Ｐ_{１_２}を比較し、最大値を選定する。次に、ステップＳ３５では、制御手段１５０は、電力Ｐ_{１_１}の値をステップＳ３４で選定した最大値に置き換える。その後、ステップＳ３２〜Ｓ３５を繰り返し実行することで、最大電力点に追従できる。

次に、図８に示すフローチャート４について説明する。フローチャート４は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の全てが遮光されてバイパスされた場合のフローチャートである。つまり、１つの太陽電池クラスタも動作していない場合のフローチャートである。なお、制御手段１５０は、太陽電池クラスタ１１２_１、１１２_２、１１２_３の全てが遮光されてバイパスされたことを、光量検出手段１２０_１、１２０_２、１２０_３による光量検出結果から知ることができる。

図１に示すように、太陽電池制御装置１００は、太陽電池モジュール１１０の出力部に、太陽電池モジュール１１０の負荷を制御する負荷制御装置３００を接続可能に構成されている。ステップＳ４１では、制御手段１５０は、負荷制御装置３００（図１参照）をオープン（開放：負荷のない状態）にする指令を出す。具体的には、制御手段１５０は、例えば、負荷制御装置３００の有する昇圧回路や降圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）のデューティ比をゼロ％にする指令を出す。この指令により、負荷制御装置３００はオープンになる。なお、指令は、例えば、制御手段１５０から発電電圧安定化装置２００を介して負荷制御装置３００に伝達できる。

次に、図９に示すフローチャート５について説明する。フローチャート５は、割り込み制御のフローチャートである。制御手段１５０は、光量検出手段１２０の出力の変化に基づいてバイパスされる太陽電池クラスタ１１２の個数の変化を把握し、変化後の個数に対応する開始電圧に移動（シフト）する。但し、制御手段１５０は、光量検出手段１２０の出力の変化に基づいて全ての太陽電池クラスタ１１２がパイパスされたことを把握した場合には、負荷制御装置３００をオープン（開放）にする指令を出す。

なお、制御手段１５０は、光量検出手段１２０_１、１２０_２、１２０_３による光量検出結果から、出力が１である光量検出手段１２０の個数を知ることができる。ここでは、遮光されていない場合を出力１、遮光されている場合を出力０とするが、これには限定されない。以下、具体的なステップについて説明する。

まず、ステップＳ５１では、制御手段１５０は、図５に示すフローチャート１を実行する。光量検出手段１２０の出力が変化すると、それが割り込みのトリガになり、ステップＳ８１及びＳ８２に移行する。ステップＳ８１で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数を確認し、ステップＳ８２で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスか否かを判定する。

ステップＳ８２で、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ５２に移行し、出力が1の光量検出手段１２０の個数（変化後の個数）に対応する開始電圧にシフトし、対応するフローチャート（フローチャート１〜３の何れか）を実行する。但し、出力が1の光量検出手段１２０の個数がゼロである場合には、フローチャート４を実行し、負荷制御装置をオープンにする指令を出す。

ここで、光量検出手段１２０の出力が変化すると、それが割り込みのトリガになり、ステップＳ８３及びＳ８４に移行する。ステップＳ８３で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数を確認し、ステップＳ８４で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスか否かを判定する。ステップＳ８４で、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ５２を実行する。

ステップＳ８４で、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスでないと判定した場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ５３に移行し、影の通過待ちをする（ここでは、実行するフローチャートは変化しない）。具体的には、影が太陽電池クラスタを通過するまで所定時間だけ待つ。影が通過する所定時間は、自動車の速度や太陽電池モジュール１１０の自動車の進行する方向の長さから計算で求めることができる。所定時間経過後、ステップＳ８５に移行し、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数を確認してステップＳ５１又はＳ５２に移行し、出力が1の光量検出手段１２０の個数に対応するフローチャートを実行する。

ここで、図３を参照しながら、割り込み制御について更に詳しく説明する。例えば、出力が１である光量検出手段１２０が３個の状態で、開始電圧を電圧Ｖ_{３_１}として図５のフローチャート１が実行されているとする（フローチャート５のステップＳ５１）。ここで、太陽電池モジュール１１０を設置した自動車５００が移動したことにより太陽電池モジュール１１０に影が生じ、例えば、図３の６００_１の状態になったとする。この場合、光量検出手段１２０_１の出力が１から０に変化するので、これがトリガとなり、フローチャート５のステップＳ８１及びＳ８２が実行される。

制御手段１５０は、各光量検出手段１２０からの情報に基づいて出力1の光量検出手段１２０が２個であることがわかるため、ステップＳ８２では個数変化量がマイナスであると判定され、フローチャート５のステップＳ５２に移行する。そして、ステップＳ５２により、開始電圧を図６のフローチャート２の電圧Ｖ_{２_１}の値にシフトし、図６のフローチャート２を実行する。開始電圧をシフトするには、制御手段１５０は、例えば、発電電圧安定化装置２００を介して負荷制御装置３００の有する昇圧回路や降圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）のデューティ比を変化させればよい。開始電圧のシフトに要する時間は、例えば、１ｍｓ程度である。

次に、影が図３の６００_２の状態になると、光量検出手段１２０_１の出力が０から１に変化するので、これがトリガとなり、フローチャート５のステップＳ８３及びＳ８４が実行される。図３の場合には、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスにはならないので、フローチャート５のステップＳ５３に移行して影が太陽電池クラスタを通過するまで所定時間だけ待つ。つまり、影が図３の６００_３の状態から図３の６００_４の状態になるまで待つ。

所定時間経過後（影が図３の６００_４の状態）、フローチャート５のステップＳ８５に移行する。すなわち、制御手段１５０は、各光量検出手段１２０からの情報に基づいて出力1の光量検出手段１２０が３個であることがわかるため、フローチャート５のステップＳ５１に移行して、図５のフローチャート１を実行する。

このような割り込み制御を行うことにより、例えば影の影響でＰＶ特性曲線が急激に変化した場合でも、最大電力点の近傍であると想定される開始電圧にシフトしてからＭＰＰ制御を再開するので、従来よりも短い時間で最大電力点を捉えることができる。すなわち、太陽電池モジュール１１０への日射量が急激に変化した場合の最大出力点への追従性を従来よりも向上した太陽電池制御装置１００を実現できる。その結果、影の影響による太陽電池モジュール１１０の発電効率の低下を抑制可能な太陽電池制御装置１００を実現できる。

なお、上記の例では、図５のフローチャート１を実行中に図６のフローチャート２の開始電圧にシフトする例を示したが、各光量検出手段１２０からの情報に基づいて、図５のフローチャート１を実行中に図７のフローチャート３の開始電圧にシフトしたり、図８のフローチャート４の負荷制御装置オープンの状態にシフトすることもできる。同様に、各光量検出手段１２０からの情報に基づいて、図６のフローチャート２を実行中に図５のフローチャート１や図７のフローチャート３の開始電圧にシフトしたり、図８のフローチャート４の負荷制御装置オープンの状態にシフトすることもできる。

又、光量検出手段１２０からの情報に基づいて、図７のフローチャート３を実行中に図５のフローチャート１や図６のフローチャート２の開始電圧にシフトしたり、図８のフローチャート４の負荷制御装置オープンの状態にシフトすることもできる。又、光量検出手段１２０からの情報に基づいて、図８のフローチャート４の負荷制御装置オープンの状態から図５のフローチャート１や図６のフローチャート２や図７のフローチャート３の開始電圧にシフトすることもできる。

なお、太陽電池モジュールがｎ個の太陽電池クラスタを有する場合には、図５から図７に相当するｎ個のフローチャートと図８のフローチャートが存在し、図９の割り込み制御により、光量検出手段１２０からの情報に対応するフローチャートに移行できる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、移動体の進行方向の後方にも光量検出手段を設ける例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。

図１０は、第２の実施の形態に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図である。図１０を参照するに、第２の実施の形態に係る太陽電池モジュール１１０Ａは、光量検出手段１２５_１〜１２５_３が追加された点が、第１の実施の形態に係る太陽電池モジュール１１０（図２参照）と相違する。

太陽電池クラスタ１１２_１の移動体の進行方向の後方には、光量検出手段１２５_１が配置されている。同様に、太陽電池クラスタ１１２_２の移動体の進行方向の後方には光量検出手段１２５_２が、太陽電池クラスタ１１２_３の移動体の進行方向の後方には光量検出手段１２５_３が配置されている。光量検出手段１２５_１〜１２５_３としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等を用いることができる。光量検出手段１２５_１〜１２５_３として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）や太陽電池セル（太陽電池セルの小片）を用いてもよい。なお、光量検出手段１２５_１〜１２５_３を特に区別する必要がない場合には、光量検出手段１２５と称する。光量検出手段１２５は、本発明に係る第２の光量検出手段の代表的な一例である。

夫々の太陽電池クラスタ１１２の移動体の進行方向の後方に光量検出手段１２５を配置することにより、夫々の太陽電池クラスタ１１２に照射される光量を検出できる。具体的には、太陽電池クラスタ１１２を遮光する影が移動体の進行方向の後方に通過したことを検出できる。光量検出手段１２５による光量検出結果は、制御手段１５０に送信される。

次に、図１１に示すフローチャート６について説明する。フローチャート６は、割り込み制御のフローチャートである。制御手段１５０は、光量検出手段１２５の出力の変化に基づいてバイパスされる太陽電池クラスタ１１２の個数の変化を把握し、変化後の個数に対応する開始電圧に移動（シフト）する。以下、具体的なステップについて説明する。

まず、ステップＳ６１では、制御手段１５０は、図５に示すフローチャート１を実行する。移動体の進行方向の前方に配置した光量検出手段１２０の出力が変化すると、それが割り込みのトリガになり、ステップＳ９１及びＳ９２に移行する。ステップＳ９１で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数を確認し、ステップＳ９２で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスか否かを判定する。

ステップＳ９２で、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ６２に移行し、出力が1の光量検出手段１２０の個数（変化後の個数）に対応する開始電圧にシフトし、対応するフローチャート（フローチャート１〜３の何れか）を実行する。但し、出力が1の光量検出手段１２０の個数がゼロである場合には、フローチャート４を実行し、負荷制御装置をオープンにする指令を出す。

ここで、移動体の進行方向の前方に配置した光量検出手段１２０の出力が変化すると、それが割り込みのトリガになり、ステップＳ９３及びＳ９４に移行する。ステップＳ９３で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数を確認し、ステップＳ９４で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスか否かを判定する。ステップＳ９４で、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ６２を実行する。

ステップＳ９４で、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスでないと判定した場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ６３に移行し、影の通過待ちをする（ここでは、実行するフローチャートは変化しない）。

ここで、移動体の進行方向の後方に配置した光量検出手段１２５の出力が変化すると、それが割り込みのトリガになり、ステップＳ９５及びＳ９６に移行する。ステップＳ９５で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２５の個数を確認し、ステップＳ９６で、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２５の個数変化量がマイナスか否かを判定する。ステップＳ９６で、出力が1の光量検出手段１２５の個数変化量がマイナスであると判定した場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ６３を実行する。

ステップＳ９６で、出力が1の光量検出手段１２５の個数変化量がマイナスでないと判定した場合（Ｎｏの場合）には、ステップＳ９７に移行し、制御手段１５０は出力が1の光量検出手段１２０（移動体の進行方向の前方に配置した光量検出手段）の個数を確認してステップＳ６１又はＳ６２に移行し、出力が1の光量検出手段１２０の個数に対応するフローチャートを実行する。なお、光量検出手段１２５の出力が１から０に変化し、その後０から１に変化することは、光量検出手段１２５が影で遮光され、その後、影が光量検出手段１２５の位置を通過したことを意味する。

ここで、図１２を参照しながら、割り込み制御について更に詳しく説明する。例えば、出力が１である光量検出手段が３個の状態で、開始電圧を電圧Ｖ_{３_１}として図５のフローチャート１が実行されているとする（フローチャート６のステップＳ６１）。ここで、太陽電池モジュール１１０Ａを設置した自動車５００が移動したことにより太陽電池モジュール１１０Ａに影が生じ、例えば、図１２の６００_１の状態になったものとする。この場合、移動体の進行方向の前方に配置した光量検出手段１２０_１の出力が１から０に変化するので、これがトリガとなり、フローチャート６のステップＳ９１及びＳ９２が実行される。

制御手段１５０は、各光量検出手段１２０からの情報に基づいて出力1の光量検出手段１２０が２個であることがわかるため、ステップＳ９２では個数変化量がマイナスであると判定され、フローチャート６のステップＳ６２に移行する。そして、ステップＳ６２により、開始電圧を図６のフローチャート２の電圧Ｖ_{２_１}の値にシフトし、図６のフローチャート２を実行する。開始電圧をシフトする方法等は、前述の通りである。

次に、影が図１２の６００_２の状態になると、移動体の進行方向の前方に配置した光量検出手段１２０_１の出力が０から１に変化するので、これがトリガとなり、フローチャート６のステップＳ９３及びＳ９４が実行される。図１２の場合には、出力が1の光量検出手段１２０の個数変化量がマイナスにはならないので、フローチャート６のステップＳ６３に移行して影が太陽電池クラスタを通過するまで待つ。

次に、影が図１２の６００_３の状態になると、移動体の進行方向の後方に配置した光量検出手段１２５_１の出力が１から０に変化するので、これがトリガとなり、フローチャート６のステップＳ９５及びＳ９６が実行される。６００_３が光量検出手段１２５_１を通過するまでは光量検出手段１２５_１の出力が０であるためステップＳ９６では個数変化量がマイナスであると判定され、ステップＳ６３に移行して影の通過待ち状態が継続する。

次に、影が図１２の６００_４の状態になると、移動体の進行方向の後方に配置した光量検出手段１２５_１の出力が０から１に変化するので、これがトリガとなり、フローチャート６のステップＳ９５及びＳ９６が再び実行される。ここでは光量検出手段１２５_１の出力が１であるためステップＳ９６では個数変化量がマイナスでないと判定され、フローチャート６のステップＳ９７に移行する。

すなわち、制御手段１５０は、太陽電池クラスタ１１２を遮光する影が移動体の進行方向の後方に通過したことを把握し（出力1の光量検出手段が３個であることを把握し）、フローチャート６のステップＳ６１に移行して、図５のフローチャート１を実行する。

このような割り込み制御を行うことにより、第１の実施の形態と同様に、例えば影の影響でＰＶ特性曲線が急激に変化した場合でも、最大電力点の近傍であると想定される開始電圧にシフトしてからＭＰＰ制御を再開するので、従来よりも短い時間で最大電力点を捉えることができる。その結果、影の影響による太陽電池モジュール１１０Ａの発電効率の低下を抑制できる。

又、第１の実施の形態とは異なり、夫々の太陽電池クラスタ１１２の移動体の進行方向の後方に光量検出手段１２５を配置することにより、制御手段１５０が太陽電池クラスタ１１２を遮光する影が移動体の進行方向の後方に通過したことを把握できるため、より精度のよいタイミングで開始電圧をシフトできる。

〈第２の実施の形態の変形例〉
第２の実施の形態では、光量検出手段を夫々の太陽電池クラスタの前方及び後方に１つずつ配置する例を示した。第２の実施の形態の変形例では、光量検出手段を前方及び後方に夫々複数個設けた太陽電池クラスタを備えた太陽電池モジュールの例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する。

図１３は、第２の実施の形態の変形例に係る太陽電池制御装置を構成する太陽電池モジュール及び光量検出手段を例示する模式図である。図１３を参照するに、第２の実施の形態の変形例に係る太陽電池モジュール１１０Ｂは、光量検出手段１２０_４〜１２０_６及び１２５_４〜１２５_６が追加された点が、第２の実施の形態に係る太陽電池モジュール１１０Ａ（図１０参照）と相違する。

太陽電池クラスタ１１２_１の１列目の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_１が配置されており、後方には光量検出手段１２５_１が配置されている。又、太陽電池クラスタ１１２_１の２列目の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_２が配置されており、後方には光量検出手段１２５_２が配置されている。

同様に、太陽電池クラスタ１１２_２の１列目の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_３が配置されており、後方には光量検出手段１２５_３が配置されている。又、太陽電池クラスタ１１２_２の２列目の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_４が配置されており、後方には光量検出手段１２５_４が配置されている。

同様に、太陽電池クラスタ１１２_３の１列目の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_５が配置されており、後方には光量検出手段１２５_５が配置されている。又、太陽電池クラスタ１１２_３の２列目の移動体の進行方向の前方には光量検出手段１２０_６が配置されており、後方には光量検出手段１２５_６が配置されている。

夫々の太陽電池クラスタ１１２の各列の移動体の進行方向の前方に光量検出手段１２０を配置することにより、太陽電池クラスタ１１２を遮光する影が移動体の進行方向から進入することを列ごとに検出できるため、影の検出精度を向上できる。又、夫々の太陽電池クラスタ１１２の各列の移動体の進行方向の後方に光量検出手段１２５を配置することにより、太陽電池クラスタ１１２を遮光する影が移動体の進行方向の後方に通過したことを列ごとに検出できるため、影の検出精度を向上できる。

このように、太陽電池クラスタ１１２の列ごとに光量検出手段１２０及び１２５を配置して、影の検出精度を向上してもよい。なお、太陽電池クラスタ１１２の列ごとに複数個の光量検出手段１２０及び１２５を配置して、更に影の検出精度を向上してもよい。

但し、全ての太陽電池クラスタ１１２において、列ごとに光量検出手段１２０及び１２５を配置せずに、図１４に示すように、特定の太陽電池クラスタ１１２において、列ごとに光量検出手段１２０及び１２５を配置してもよい。物理的に１つずつの光量検出手段１２０及び１２５しか配置するスペースがないような場合に有効である。

又、太陽電池クラスタ１１２の列ごとに光量検出手段１２０のみを配置して、影の検出精度を向上してもよい。つまり、第１の実施の形態のように、移動体の進行方向の後方には光量検出手段を設けないようにしてもよい。

以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０ 太陽光発電システム
１００ 太陽電池制御装置
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ 太陽電池モジュール
１１１ 太陽電池セル
１１２_１〜１１２_３ 太陽電池クラスタ
１１３_１〜１１３_３ バイパスダイオード
１２０、１２０_１〜１２０_６、１２５_１〜１２５_６ 光量検出手段
１３０ 電圧測定手段
１４０ 電流測定手段
１５０ 制御手段
２００ 発電電圧安定化装置
３００ 負荷制御装置
４００ 電池

Claims (5)

1. 移動体の進行方向と交差する方向に並置され、直列に接続された複数の太陽電池クラスタ、及び、照射される光量が減少した太陽電池クラスタをバイパスするバイパス手段、を備えた太陽電池モジュールと、
   夫々の前記太陽電池クラスタの前記進行方向の前方に配置され、夫々の前記太陽電池クラスタに照射される光量を検出する光量検出手段と、
   前記太陽電池モジュールの最大電力点を決定する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記移動体の移動に伴って生じる前記光量検出手段の出力の変化に基づいてバイパスされる太陽電池クラスタの個数の変化を把握し、変化後の個数に対応する開始電圧に移動し、移動後の開始電圧から電圧を変化させながら電力を計算して前記太陽電池モジュールの最大電力点を決定する太陽電池制御装置。
2. 夫々の前記太陽電池クラスタの前記進行方向の後方に配置され、夫々の前記太陽電池クラスタに照射される光量を検出する第２の光量検出手段を有し、
   前記光量検出手段が所定の太陽電池クラスタの光量の減少を検出後光量の増加を検出し、更に、前記第２の光量検出手段が前記所定の太陽電池クラスタの光量の減少を検出後光量の増加を検出した場合に、
   前記制御手段は、前記第２の光量検出手段の出力の変化に基づいてバイパスされていない太陽電池クラスタの個数の変化を把握し、前記個数に対応する第２の開始電圧に移動し、移動後の前記第２の開始電圧から電圧を変化させながら電力を計算して前記太陽電池モジュールの最大電力点を決定する請求項１記載の太陽電池制御装置。
3. 前記太陽電池モジュールの負荷を制御する負荷制御装置を接続可能に構成されており、
   前記制御手段は、前記光量検出手段の出力に基づいて全ての太陽電池クラスタがバイパスされたことを把握した場合には、前記負荷制御装置を開放にする指令を出す請求項１又は２記載の太陽電池制御装置。
4. 前記制御手段は、バイパスされていない太陽電池クラスタの個数に対応する複数の開始電圧を予め記憶している請求項１乃至３の何れか一項記載の太陽電池制御装置。
5. 複数の前記光量検出手段が設けられた太陽電池クラスタを備えた請求項１乃至４の何れか一項記載の太陽電池制御装置。

Images