JP6029540B2 - 太陽電池制御装置および太陽電池制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、太陽光発電システムにおいて、太陽電池から最大電力を取り出すために、太陽電池が最大電力点で動作するように最適動作電圧を探索して追従制御する太陽電池制御装置、および太陽電池制御方法に関するものである。

太陽光発電システムに用いられる太陽電池は、その出力電力（Ｐ）−出力電圧（Ｖ）特性は一般に山形の特性となるので、太陽電池が山形の頂上、すなわち、最大電力点で動作するように制御すれば、太陽電池の発電電力を常に最大限に有効利用することができる。そのため、太陽電池の動作点の電圧や電流を変化させ、これに伴う電力変化を検出して太陽電池が最大電力点で常に動作するように最適動作電圧を探索して追従制御する最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ制御という）が提案されている。

このようなＭＰＰＴ制御を行うための手法として、例えば、太陽電池の出力電圧の変化量ΔＶに対する太陽電池の出力電力の変化量ΔＰの増減（正負）によって太陽電池の出力電圧を変化させる方向を決定する、いわゆる山登り制御がある。

ところで、太陽電池の最大電力点は、日射量、温度などの要因により変動する。したがって、上記の山登り制御は、日射量などの要因が殆ど変化しない場合には最大電力点の探索に有効な手法であるが、山登り制御に基づく最大電力点の探索中に日射量などの変化が生じると、最大電力点も変動するので、太陽電池の出力電圧を変化させる方向が誤ったものとなり、誤動作して最大電力点から大きく離れていくという不具合を生じる。

そこで、従来技術では、出力電圧を変化させて発電電力の変化量を求め、その後、出力電圧を一定に保った状態で日射量の変化で生じる発電電力の変化量を求める。そして、出力電圧を変化させたときに得られる発電電力の変化量と、出力電圧を一定に保った状態で得られる日射量の変化による発電電力の変化量とに基づいて、出力電圧を変化させる方向を決めてＭＰＰＴ制御を行うようにしたものが提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特許第３５１６０７７号公報

上記の特許文献１記載の従来技術に基づくＭＰＰＴ制御は、日射量の変化を考慮しているので、山登り制御のように日射量の変化に起因した誤動作の発生を抑えることができる。しかし、出力電圧の変化による出力電力の変化量を測定後、必ず日射量の変化による発電電力の変化量を測定する期間を確保する必要がある。このため、ＭＰＰＴ制御を行うのに余分な時間がかかり追従応答性能が低下する。

この発明は、上記のような問題点を解決されるためになされたもので、日射量の変化を考慮したＭＰＰＴ制御を行う場合の追従応答性能を、従来よりも向上させた太陽電池制御装置、および太陽電池制御方法を提供することを目的とする。

この発明に係る太陽電池制御装置は、太陽電池からの直流電力を変換して負荷に供給する電力変換装置と、上記太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出装置と、上記電力変換装置を介して上記太陽電池の出力電圧を制御する電圧制御手段と、上記太陽電池の発電電力を演算する演算手段と、上記発電電力が最大となるように上記電圧制御手段に対して出力電圧の目標値を設定する電圧設定手段と、上記演算手段による上記太陽電池の発電電力値に基づいて日射量変化を検出する日射量変化検出手段とを備え、上記電圧設定手段は、上記日射量変化検出手段による日射量変化の検出結果に応じて、２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定とを切り替えることを特徴としている。

また、この発明に係る太陽電池制御方法は、太陽電池からの直流電力を電力変換装置で電力変換して負荷に供給する場合において、上記太陽電池が最大電力点で動作するように最適動作電圧を探索して追従制御する太陽電池制御方法であって、上記太陽電池の出力電圧と出力電流をそれぞれ検出するとともに、それらの検出値に基づいて上記太陽電池の発電電力を演算するステップと、上記太陽電池の出力電圧と出力電流の各検出値に基づいて日射量変化を検出するステップと、上記日射量変化の検出結果に応じて、２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定とを切り替えるステップと、上記切り替え設定された出力電圧の目標値となるように上記電力変換装置を介して上記太陽電池の出力電圧を制御するステップと、を含むことを特徴としている。

この発明によれば、太陽電池の出力電圧および出力電流の検出値に基づいて日射量変化を検出し、その検出結果に応じて、日射量変化が小さい場合には２測定点の発電電力の変化を用いて出力電圧の目標値を設定し、日射量変化が大きい場合には３測定点の発電電力の変化を用いて出力電圧の目標値を設定する。つまり、日射量変化の大小に応じて２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定とを切り替えるので、日射量変化に起因した誤動作の発生を防止しつつ、従来のように、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定のみを行う場合に比べて、日射量の変化を考慮したＭＰＰＴ制御を行う場合の追従応答性能を、従来よりも向上させることが可能となる。

この発明の実施の形態１における太陽電池制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１の太陽電池制御装置が備える日射量変化検出手段の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１の太陽電池制御装置におけるＭＰＰＴ制御動作の説明に供するフローチャートである。 図３のフローチャートに基づくＭＰＰＴ制御動作と太陽電池の出力電圧と出力電力の関係を示す特性図である。 図３のフローチャートに基づくＭＰＰＴ制御動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１の太陽電池制御装置における他のＭＰＰＴ制御動作の説明に供するフローチャートである。 図６のフローチャートに基づくＭＰＰＴ制御動作と太陽電池の出力電圧と出力電力の関係を示す特性図である。 図６のフローチャートに基づくＭＰＰＴ制御動作を説明するタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１の太陽電池制御装置が備える日射量変化検出手段の他の構成を示すブロック図である。 図９の日射量変化検出手段が備える判定値設定手段による判定値の設定の仕方の説明図である。 この発明の実施の形態２における太陽電池制御装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る太陽電池制御装置の構成を示すブロック図、図２は図１の太陽電池制御装置が備える日射量変化検出手段の構成を示すブロック図である。

この実施の形態１における太陽電池制御装置は、太陽光電力を発生させる太陽電池１からの直流電力を変換して負荷７に供給する電力変換装置６を備えるとともに、太陽電池１の出力電圧を検出する電圧検出装置２、太陽電池１の出力電流を検出する電流検出装置３、電力変換装置６を介して太陽電池１の出力電圧を制御する電圧制御手段５、この電圧制御手段５に対して太陽電池１の出力電圧の目標値Ｖ＊を設定する電圧設定手段４、および電圧検出装置２と電流検出装置３の各検出値に基づいて日射量変化を検出する日射量変化検出手段８を有する。

上記の電力変換装置６は、スイッチングデバイスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＡＣインバータなどが適用され、ゲートパルスのオン／オフデューティ比を変えることで太陽電池１の出力電圧や電力変換装置６の出力電圧、出力周波数などを変えることができる。

電圧制御手段５は、例えば、電圧設定手段４からの出力電圧の目標値Ｖ＊と電圧検出装置２が検出した出力電圧との差が零となるように制御するＰＩ制御手段と、このＰＩ制御手段からの出力に応じてゲート駆動用のパルスを生成するパルス生成手段（いずれも図示省略）などからなる。これにより、電力変換装置６のスイッチングデバイスのオン／オフのデューティを制御して、太陽電池１の出力電圧を制御する。

電圧設定手段４は、電圧検出装置２および電流検出装置３の各検出値に基づいて太陽電池の出力電力を算出し、太陽電池１の出力電力が最大となる出力電圧の下で動作するように出力電圧の目標値Ｖ＊を設定して電圧制御手段５に出力する。

この場合の電圧設定手段４による出力電圧の目標値Ｖ＊の設定には、後に詳述するように、２測定点の発電電力の変化を用いた設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた設定とがある。電圧設定手段４は、日射量変化検出手段８による日射量変化の検出結果に応じて、上記の２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定とを切り替えるようにしている。

ここで、２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定の仕方について、次に説明する。

先ず、電圧設定手段４において、２測定点による発電電力を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊を設定する方式として、異なる２動作点の電圧に対する発電電力の変化量の増減（正負）によって出力電圧の目標値Ｖ＊を設定する、いわゆる山登り方式がある。以下、この山登り方式をアルゴリズム０という。

また、電圧設定手段４において、３測定点による発電電力を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊を設定する方式として、ここでは２つの方式が挙げられる。

第１は、異なる２動作点の電圧に対する発電電力の変化量と、一方の動作点に出力電圧を一定期間保持した後の日射量の変化による発電電力の変化量とを用いて出力電圧の目標値Ｖ＊を設定する方式である。以下、この方式をアルゴリズム１という。

第２は、第１の動作電圧Ｖ_Ａと第２の動作電圧Ｖ_Ｂの発電電力を求め、それから一定期間後に第１の動作電圧Ｖ_Ａの発電電力を再度求め、第１の動作電圧Ｖ_Ａでの発電電力の平均値と第２の動作電圧Ｖ_Ｂの発電電力との間の変化量を用いて出力電圧の目標値Ｖ＊を設定する方式である。以下、この方式をアルゴリズム２という。

なお、このアルゴリズム２は、第１の動作電圧Ｖ_Ａでの発電電力の平均値を用いることから、一種のローパスフィルタの役目を果たし、日射量変化が短周期で変動する場合でもその変動の影響を軽減して出力電圧の目標値Ｖ＊を安定して設定できるという、アルゴリズム１に比べて有利な面がある。

日射量変化検出手段８は、電圧検出装置２および電流検出装置３の各検出値に基づいて日射量変化値を算出することにより日射量変化を検出してその大小を判定し、その判定結果を電圧設定手段４に出力する。そして、電圧設定手段４は、この判定結果に応じて、上記のアルゴリズム０に基づく出力電圧の目標値Ｖ＊の設定と、上記のアルゴリズム１またはアルゴリズム２に基づく出力電圧の目標値Ｖ＊の設定とを切り替える。

図２は、上記の日射量変化検出手段８の構成を示すブロック図である。
日射量変化検出手段８は、日射量変化値を算出する日射量変化値算出手段８１と、この日射量変化値算出手段８１で算出された日射量変化値を予め設定された判定値（固定値）Ｐ_ＴＨ０、Ｐ_ＴＨ１と比較して日射量変化の大小を判定する日射量変化判定手段８２とからなる。

日射量変化値算出手段８１は、例えば電圧検出装置２で検出された電圧値および電流検出装置３で検出された電流値に基づいて発電電力値を求め、発電電力値の電圧微分値を電流値で正規化した値を日射量変化値ｄＲとして求める。すなわち、日射量変化値算出手段８１は、次の式（１）のようにして日射量変化値ｄＲを求める。

このように、電圧検出装置２および電流検出装置３により検出した太陽電池１の出力電圧、出力電流、および算出した発電電力から日射量変化値ｄＲを算出するので、日射量変化を実時間で検出でき、日射量変化状況に見合った出力電圧の目標値Ｖ＊の設定方法が選択できる。

日射量変化判定手段８２は、日射量変化値算出手段８１で算出された日射量変化値ｄＲを予め設定された２つの判定値（固定値）Ｐ_ＴＨ０、Ｐ_ＴＨ１と比較して日射量変化の大小を判定し、その判定結果を電圧設定手段４に出力する

なお、日射量の変化に伴って太陽電池１の出力電流は大きく変化するので、日射量変化値算出手段８１は、上記の式（１）を用いる代わりに、例えば電圧検出装置２で検出された電圧値と電流検出装置３で検出された電流値とに基づいて、電流値の電圧微分値を日射量変化値ｄＲとして求めるようにすることもできる。すなわち、日射量変化値算出手段８１は、次の式（２）のようにして日射量変化値ｄＲを求めるものであってもよい。

このように、式（２）に基づいて日射量変化値ｄＲを算出する方法であっても、式（１）よりも簡便な方法で日射量変化を実時間で検出することができる。

次に、電圧設定手段４において、上記のアルゴリズム０およびアルゴリズム１に基づいて出力電圧の目標値Ｖ＊を決定する場合の処理動作について、図３に示すフローチャート、図４に示す電圧−電力特性図、および図５に示すタイムチャートを参照して説明する。なお、ここでは説明の便宜上、時刻ｔ０〜ｔ２までは日射量の変化が大きく、時刻ｔ２以降は日射量変化が少なく安定した状況の下でＭＰＰＴ制御を行う場合を例示するが、この発明は必ずしもこのような場合に限られるものではない。

太陽電池１が最大電力点で動作するように最適動作電圧を探索して追従制御するため、まず電圧設定手段４において、ある動作電圧Ｖ_０が設定される（ステップＳ１）。そして、この動作電圧Ｖ_０の下で、電圧検出装置２と電流検出装置３とにより太陽電池１の出力電圧Ｖ_０と出力電流Ｉ_０を検出し、検出した出力電圧Ｖ_０と出力電流Ｉ_０の積から太陽電池１の発電電力Ｐ_０を求める（ステップＳ２）。

次に、現在の出力電圧Ｖ_０をＶ_ｓｔｅｐ（例えば１Ｖ程度）だけ変化させた動作電圧Ｖ_１を設定する（ステップＳ３）。そして、この動作電圧Ｖ_１の下での出力電圧Ｖ_１および出力電流Ｉ_１を検出し、検出した出力電圧Ｖ_１と出力電流Ｉ_１の積から発電電力Ｐ_１を求める（ステップＳ４）。

一方、日射量変化値算出手段８１は、前記ステップＳ２またはステップＳ４で検出した出力電圧、出力電流および算出した発電電力から、前述の式（１）あるいは式（２）に基づいて日射量変化値ｄＲを求める（ステップＳ５）。次いで、日射量変化判定手段８２は、日射量変化値算出手段８１で算出した日射量変化値ｄＲと予め設定された２つの判定値Ｐ_ＴＨ０、Ｐ_ＴＨ１とを比較して、次の式（３）の関係が成り立つか否かを判定する（ステップＳ６）。

式（３）が成り立つ場合、日射量変化判定手段８２は、日射量変化が小さいと判定するので、これに応じて、電圧設定手段４は、アルゴリズム０に基づいて、２測定点による発電電力を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う。

すなわち、ステップＳ２およびステップＳ４で検出した出力電圧および算出した発電電力から、出力電圧の変化量Ｖ_ｓｔｅｐ（＝Ｖ_１−Ｖ_０）に対する出力電力の電力変化量ｄＰ（＝Ｐ_１−Ｐ_０）の増減を示すｄＰｄＶ値を、次の式（４）のようにして求める（ステップＳ７）。

次に、上記式（４）で得られたｄＰｄＶ値について、ｄＰｄＶ＜０であるかを判断し（ステップＳ８）、そうであれば、次回の出力電圧の変化方向および変化幅をＶ_ｓｔｅｐ＝−ｄＶとし（ステップＳ９）、また、ｄＰｄＶ≧０である場合には、次回の出力電圧の変化方向および変化幅をＶ_ｓｔｅｐ＝＋ｄＶとし（ステップＳ１０）、Ｖ_１の値をＶ_０へ代入し、Ｐ_１の値をＰ_０へ代入する（ステップＳ１１）。したがって、Ｖ_１の値に変更されたＶ_０が出力電圧の新たな目標値Ｖ＊として設定されたことになる。そして、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ６において、式（３）が成り立たない場合には、日射量変化判定手段８２は、日射量変化が大きいと判定するので、これに応じて、電圧設定手段４は、アルゴリズム１に基づいて、３測定点による発電電力を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う。

すなわち、日射量変化による電力変化を推測するため、ステップＳ４で設定した電圧Ｖ_１を変化させずに一定期間（例えば０．１秒〜１秒程度）が経過した後の日射量変化による出力電圧Ｖ_１および出力電流Ｉ_２を検出し、検出した出力電圧Ｖ_１と出力電流Ｉ_２の積から発電電力Ｐ_２を求める（ステップＳ１２）。そして、この場合の日射量変化に伴う電力変化量ｄＰ（＝Ｐ_２−Ｐ_１）を算出する（ステップＳ１３）。

次に、ステップＳ２で算出した発電電力Ｐ_０をｄＰで補正した発電電力Ｐ_０’（＝Ｐ_０＋ｄＰ）を求める（ステップＳ１４）。これは、最初の出力電圧Ｖ_０の下で、日射量変化を考慮した発電電力を決定することに相当する。続いて、ステップＳ４で検出した出力電圧Ｖ_１および算出した発電電力Ｐ_１、およびステップＳ１４で算出した補正した発電電力Ｐ_０’を用いて、ｄＰｄＶ値を前述の式（４）を用いて、ｄＰｄＶ＝（Ｐ_１−Ｐ_０’）／（Ｖ_１−Ｖ_０）として求める（ステップＳ１５）。

この時点で太陽電池１の発電電力はＰ_０からＰ_２に移行しているので、次に出力電圧の目標値Ｖ＊を変化させる方向を決定する上で、ステップ１２で求めた発電電力Ｐ_２の値をＰ_１へ代入した後（ステップＳ１６）、ステップＳ８へ進みステップＳ８以降の処理を続ける。したがって、この場合も、ステップＳ１１において、Ｖ_１の値に変更されたＶ_０が出力電圧の新たな目標値Ｖ＊として設定されたことになる。

図５において、日射量が大きく変化している時刻ｔ０〜時刻ｔ２まではアルゴリズム１に基づいてＭＰＰＴ制御を行うので、出力電圧の目標値Ｖ＊を順次段階的に設定する場合の各段階での設定周期がアルゴリズム０の場合よりも長くなるが、日射量の変化が小さくなって安定した時刻ｔ２以降は、アルゴリズム０に基づいてＭＰＰＴ制御を行うので、出力電圧の目標値Ｖ＊の各段階での設定周期が短縮される。

このように、日射量の変化が大きい状態から小さく安定した状態に遷移する場合に、アルゴリズム１からアルゴリズム０に切り替えてＭＰＰＴ制御を行うので、アルゴリズム０のみで出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う場合の日射量変化に起因した誤動作を防止しつつ、アルゴリズム１のみで出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う場合に比べて、ＭＰＰＴ制御を行う場合の追従応答性能を向上させることが可能となる。

次に、電圧設定手段４において、上記のアルゴリズム０およびアルゴリズム２に基づいて出力電圧の目標値Ｖ＊を決定する場合の処理動作について、図６に示すフローチャート、図７に示す電圧−電力特性図、および図８に示すタイムチャートを参照して説明する。なお、ここでは説明の便宜上、時刻ｔ０〜ｔ２までは日射量の変化が大きく、時刻ｔ２以降は日射量変化が少なく安定した状況の下でＭＰＰＴ制御を行う場合を例示するが、この発明は必ずしもこのような場合に限られるものではない。

太陽電池１が最大電力点で動作するように最適動作電圧を探索して追従制御するため、まず電圧設定手段４において、動作電圧Ｖ_０が第１の設定電圧Ｖ_Ａに設定される（ステップＳ１）。そして、この動作電圧Ｖ_０（＝Ｖ_Ａ）の下で、電圧検出装置２と電流検出装置３とにより太陽電池１の出力電圧Ｖ_０と出力電流Ｉ_０を検出し、検出した出力電圧Ｖ_０と出力電流Ｉ_０の積から太陽電池１の発電電力Ｐ_０を求める（ステップＳ２）。

次に、現在の出力電圧Ｖ_０をＶ_ｓｔｅｐ（例えば１Ｖ程度）だけ変化させた動作電圧Ｖ_１を第２の動作電圧Ｖ_Ｂとして設定する（ステップＳ３）。そして、この動作電圧Ｖ_１（＝Ｖ_Ｂ）下での出力電圧Ｖ_１および出力電流Ｉ_１を検出し、検出した出力電圧Ｖ_１と出力電流Ｉ_１の積から発電電力Ｐ_１を求める（ステップＳ４）。

日射量変化値算出手段８１は、前記ステップＳ２またはステップＳ４で検出した出力電圧、出力電流および算出した発電電力から、前述の式（１）あるいは式（２）に基づいて日射量変化値ｄＲを求める（ステップＳ５）。次いで、日射量変化判定手段８２は、日射量変化値算出手段８１で算出した日射量変化値ｄＲと予め設定された２つの判定値Ｐ_ＴＨ０、Ｐ_ＴＨ１とを比較して、前述の式（３）の関係が成り立つか否かを判定する（ステップＳ６）。

式（３）が成り立つ場合、日射量変化判定手段８２は、日射量変化が小さいと判定するので、これに応じて、電圧設定手段４は、アルゴリズム０に基づいて、２測定点による発電電力を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う。

すなわち、ステップＳ２およびステップＳ４で検出した出力電圧および算出した発電電力から、出力電圧の変化量Ｖ_ｓｔｅｐ（＝Ｖ_１−Ｖ_０）に対する出力電力の電力変化量ｄＰ（＝Ｐ_１−Ｐ_０）の増減を示すｄＰｄＶ値を、前述の式（４）に基づいて求める（ステップＳ７）。

次に、上記式（４）で得られたｄＰｄＶ値について、ｄＰｄＶ＜０であるかを判断し（ステップＳ８）、そうであれば、次回の出力電圧の変化方向および変化幅をＶ_ｓｔｅｐ＝−ｄＶとし（ステップＳ９）、また、ｄＰｄＶ≧０である場合には、次回の出力電圧の変化方向および変化幅をＶ_ｓｔｅｐ＝＋ｄＶとし（ステップＳ１０）、Ｖ_１の値をＶ_０へ代入し、Ｐ_１の値をＰ_０へ代入する（ステップＳ１１）。

そして、第１の設定電圧Ｖ_Ａおよび第２の設定電圧Ｖ_ＢをＶ_ｓｔｅｐ分だけ変化させる（ステップＳ２０）。したがって、変更後の第１の設定電圧Ｖ_Ａが出力電圧の新たな目標値Ｖ＊として設定されたことになる。そして、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ６において、式（３）が成り立たない場合には、日射量変化判定手段８２は、日射量変化が大きいと判定するので、これに応じて、電圧設定手段４は、アルゴリズム２に基づいて、３測定点による発電電力を用いた出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う。

すなわち、日射量変化による電力変化を推測するため、次の動作電圧として先のステップＳ２で設定した第１の設定電圧Ｖ_Ａ（＝Ｖ_０）に設定し（ステップ３１）、この第１の設定電圧Ｖ_Ａ（＝Ｖ_０）の下で、一定期間（例えば０．１秒〜１秒程度）が経過した後の出力電圧Ｖ_０と出力電流Ｉ_２を検出し、検出した出力電圧Ｖ_０と出力電流Ｉ_２の積から発電電力Ｐ_２を求める（ステップＳ３２）。

次に、第２の設定電圧Ｖ_Ｂの下での発電電力ＰＢとして、先のステップ４で求めた発電電力Ｐ_１を代入する（ステップＳ３３）。また、第１の設定電圧Ｖ_Ａの下での発電電力Ｐ_Ａとして、先のステップＳ２で求めた発電電力Ｐ_０とステップＳ３２で求めた発電電力Ｐ_２の平均値（＝（Ｐ_２＋Ｐ_０）／２）を求める（ステップＳ３４）。これは、第１の出力電圧Ｖ_Ａの下で、日射量変化を考慮した発電電力Ｐ_Ａを決定することに相当する。

続いて、第１の設定電圧Ｖ_Ａと第２の設定電圧Ｖ_Ｂ間の日射量変化に伴う電力変化量ｄＰ（＝Ｐ_Ｂ−Ｐ_Ａ）を算出する（ステップＳ３５）。次に、上記のｄＰ値について、ｄＰ＞０であるかを判断し（ステップＳ３６）、そうであれば、次回の出力電圧の変化方向および変化幅をＶ_ｓｔｅｐ＝−ｄＶとし（ステップＳ３７）、また、ｄＰ≦０である場合には、次回の出力電圧の変化方向および変化幅をＶ_ｓｔｅｐ＝＋ｄＶとする（ステップＳ３８）。

そして、第１の設定電圧Ｖ_Ａおよび第２の設定電圧Ｖ_ＢをＶ_ｓｔｅｐ分だけ変化させる（ステップＳ３９）。したがって、変更後の第１の設定電圧Ｖ_Ａが出力電圧の新たな目標値Ｖ＊として設定されたことになる。そして、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

図８において、日射量が大きく変化している時刻ｔ０〜時刻ｔ２まではアルゴリズム２に基づいてＭＰＰＴ制御を行うので、出力電圧の目標値Ｖ＊を順次段階的に設定する場合の各段階での設定周期がアルゴリズム０の場合よりも長くなるが、日射量が小さくなって安定した時刻ｔ２以降は、アルゴリズム０に基づいてＭＰＰＴ制御を行うので、出力電圧の目標値Ｖ＊の各段階での設定周期が短縮される。

このように、日射量の変化が大きい状態から小さく安定した状態に遷移する場合に、アルゴリズム２からアルゴリズム０に切り替えてＭＰＰＴ制御を行うので、アルゴリズム０のみで出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う場合の日射量変化に起因した誤動作を防止しつつ、アルゴリズム２のみで出力電圧の目標値Ｖ＊の設定を行う場合に比べて、ＭＰＰＴ制御を行う場合の追従応答性能を向上させることが可能となる。

なお、この実施の形態１における日射量変化検出手段８は、図２に示した構成のものに限らず、例えば図９に示すような構成のものであってもよい。

すなわち、図９に示す構成の日射量変化検出手段８は、図２に示した日射量変化値算出手段８１と日射量変化判定手段８２とに加えて、電圧検出装置２と電流検出装置３の各検出値、およびこれらの各検出値から算出される出力電力に基づいて判定値を設定する判定値設定手段８３を備えている。

この場合の判定値設定手段８３は、例えば図１０に示すように、日射量が小さい場合の太陽電池１の出力電圧−出力電力特性において、出力電圧が零ボルト近傍の２測定点間の電圧変化ΔＶに伴う発電電力の変化を一方の判定値Ｐ_ＴＨ０として、また、太陽電池１の開放電圧近傍の２測定点間の電圧変化ΔＶに伴う発電電力の変化を他方の判定値Ｐ_ＴＨ１として、算出するものである。

このように、太陽電池１の特性から判定値Ｐ_ＴＨ０、Ｐ_ＴＨ１を算出して設定するようにすれば、個々の太陽電池１の特性を事前に調べて人手で各判定値を設定する場合に比べ、太陽電池１の特性に適合した判定値を自動的に設定することができるので都合が良い。

そして、日射量変化判定手段８２は、日射量変化値算出手段８１で算出される日射量変化値ｄＲと判定値設定手段８３により設定された判定値Ｐ_ＴＨ０、Ｐ_ＴＨ１とを比較して前述の式（３）が成り立つか否かを判定する。

実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２に係る太陽電池制御装置の構成を示すブロック図であり、図１に示した実施の形態１と同様もしくは相当する構成部分には同じ符号を付す。

この実施の形態２の特徴は、実施の形態１の日射量変化検出手段８に代えて、太陽電池特性テーブル９を備えていることである。

この太陽電池特性テーブル９は、電圧検出装置２および電流検出装置３の各検出値の組み合わせに対応した日射量変化値ｄＲの関係が予め設定されている。すなわち、電圧検出装置２と電流検出装置３でそれぞれ検出された出力電圧、出力電流、およびこれらの出力電圧と出力電流から算出される発電電力に基づいて、前述の式（１）あるいは式（２）で得られるｄＲの値が予め登録されている。そして、電圧検出装置２および電流検出装置３の各検出値が入力されると、太陽電池特性テーブル９からは、これらの各検出値の組み合わせに対応した日射量変化値ｄＲが読み出されて電圧設定手段４に与えられるようになっている。

したがって、この実施の形態２における太陽電池制御装置の処理フローは、図３あるいは図６に示したフローチャートと同等のものであるが、図３あるいは図６のステップＳ２およびステップＳ４で検出した出力電圧、出力電流およびこれらの検出値から算出される発電電力が決定されると、それらの値の組み合わせに基づいて、太陽電池特性テーブル９を用いて日射量変化値ｄＲが求められる。

このように、この実施の形態２によれば、太陽電池特性テーブル９を用いて日射量変化値ｄＲが決定されるので、出力電圧および出力電流より日射量変化値ｄＲを式（１）あるいは式（２）を用いて計算する必要がない。このため、日射量変化値ｄＲの決定を迅速に行うことができる。
その他の構成、および作用効果は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

なお、この発明は、上記の実施の形態１、２の構成のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、各構成に変形を加えたり、構成を一部省略したり、さらに、各実施の形態１、２を組み合わせた構成とすることが可能である。

１ 太陽電池、２ 電圧検出装置、３ 電流検出装置、４ 電圧設定手段、
５ 電圧制御手段、６ 電力変換装置、７ 負荷、８ 日射量変化検出手段、
９ 太陽電池特性テーブル、８１ 日射量変化値算出手段、
８２ 日射量変化判定手段、８３ 判定値設定手段。

Claims (11)

1. 太陽電池からの直流電力を変換して負荷に供給する電力変換装置と、上記太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出装置と、上記電力変換装置を介して上記太陽電池の出力電圧を制御する電圧制御手段と、上記太陽電池の発電電力を演算する演算手段と、上記発電電力が最大となるように上記電圧制御手段に対して出力電圧の目標値を設定する電圧設定手段と、上記演算手段による上記太陽電池の発電電力値に基づいて日射量変化を検出する日射量変化検出手段とを備え、
   上記電圧設定手段は、上記日射量変化検出手段による日射量変化の検出結果に応じて、２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定とを切り替えることを特徴とする太陽電池制御装置。
2. 上記２測定点による発電電力の変化を用いた太陽電池の出力電圧の目標値の設定は、異なる２動作点の電圧に対する発電電力の変化量の増減によって上記目標値を設定するものである請求項１に記載の太陽電池制御装置。
3. 上記３測定点による発電電力の変化を用いた太陽電池の出力電圧の目標値の設定は、異なる２動作点の電圧に対する発電電力の変化量と、一方の動作点に出力電圧を一定期間保持した後の日射量の変化による発電電力の変化量とを用いて上記目標値を設定するものである請求項１または請求項２に記載の太陽電池制御装置。
4. 上記３測定点による発電電力の変化を用いた太陽電池の出力電圧の目標値の設定は、第１の動作電圧と第２の動作電圧の発電電力を求め、一定期間後に上記第１の動作電圧の発電電力を再度求め、上記第１の動作電圧での発電電力の平均値と上記第２の動作電圧の発電電力の変化量とを用いて上記目標値を設定するものである請求項１または請求項２に記載の太陽電池制御装置。
5. 上記日射量変化検出手段は、上記演算手段による上記太陽電池の発電電力値の電圧微分値を電流値で正規化した値を日射量変化値として算出する日射量変化値算出手段と、上記日射量変化値算出手段で算出された上記日射量変化値と予め設定された判定値とに基づいて日射量変化の大小を判定する日射量変化判定手段と、からなる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池制御装置。
6. 上記日射量変化検出手段は、上記演算手段による上記太陽電池の発電電力値の算出に用いる上記太陽電池の出力電流の電圧微分値を日射量変化値として算出する日射量変化値算出手段と、上記日射量変化値算出手段で算出された日射量変化値と予め設定された判定値とに基づいて日射量変化の大小を判定する日射量変化判定手段と、からなる請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池制御装置。
7. 上記日射量変化検出手段は、上記演算手段による上記太陽電池の発電電力値に基づいて上記判定値を設定する判定値設定手段を備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の太陽電池制御装置。
8. 上記日射量変化検出手段に代えて、上記演算手段による上記太陽電池の発電電力値に対応した日射量変化値の関係が予め設定された太陽電池特性テーブルを備え、上記太陽電池の上記発電電力値に対応した日射量変化値を太陽電池特性テーブルから読み出して上記電圧設定手段に与えるものであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池制御装置。
9. 上記太陽電池の出力電流を検出する電流検出装置を備え、上記演算手段は、上記電圧検出装置および上記電流検出装置の検出値に基づいて上記太陽電池の発電電力を演算することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の太陽電池制御装置。
10. 上記電力変換装置の出力電圧を検出する第２電圧検出装置と、上記電力変換装置の出力電流を検出する第２電流検出装置を備え、上記演算手段は、上記第２電圧検出装置および上記第２電流検出装置の検出値に基づいて上記太陽電池の発電電力を演算することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の太陽電池制御装置。
11. 太陽電池からの直流電力を電力変換装置で電力変換して負荷に供給する場合に、上記太陽電池が最大電力点で動作するように最適動作電圧を探索して追従制御する太陽電池制御方法であって、
    上記太陽電池の出力電圧と出力電流をそれぞれ検出するとともに、それらの検出値に基づいて上記太陽電池の発電電力を演算するステップと、
    上記太陽電池の出力電圧と出力電流の各検出値に基づいて日射量変化を検出するステップと、
    上記日射量変化の検出結果に応じて、２測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定と、３測定点の発電電力の変化を用いた出力電圧の目標値の設定とを切り替えるステップと、
    上記切り替え設定された出力電圧の目標値となるように上記電力変換装置を介して上記太陽電池の出力電圧を制御するステップと、
    を含むことを特徴とする太陽電池制御方法。

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