JP6173099B2

JP6173099B2 - 太陽光電源の最大電力点を検出するための電力曲線測定の発生を制御する装置及び方法

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Publication number: JP6173099B2
Application number: JP2013158930A
Authority: JP
Inventors: ニコラ・ボワイエ; ナディーヌ・シャパラン
Original assignee: Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Current assignee: Mitsubishi Electric R&D Centre Europe BV Netherlands
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: JP2014081921A; EP2722726A1; EP2722726B1

Description

本発明は、包括的には、太陽電池セル又はセルアレイのような太陽光電源の最大電力点を求めるための電力曲線測定の発生を制御する装置に関する。

太陽電池セルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。太陽電池セルによって生成される電気エネルギーを経時的に抽出し、電力の形態で使用することができる。太陽電池セルによって供給される直流電力は、ＤＣ−ＤＣアップ／ダウンコンバータ回路及び／又はＤＣ／ＡＣインバータ回路のようなエネルギー変換デバイスに供給される。

しかしながら、太陽電池の電流−電圧特性により、出力電力は太陽電池セルから引き出される電流とともに非線形に変化する。電力−電圧曲線は、光放射レベルや動作温度のような気候変動に従って変化する。

太陽電池セル又はセルアレイを動作させる準最適点は、電力が最大となる電流−電圧曲線の領域又はその近傍である。この点は最大電力点（ＭＰＰ）と称される。

最大電力点の場所は未知であるが、計算モデルを通して又は探索アルゴリズムによって、その場所を特定することができる。

それゆえ、太陽電池セル又はセルアレイの動作点をその最大電力点に維持するために、最大電力点追跡技法が必要とされる。

電力−電圧曲線が気候変動に従って変化する際、最大電力点もまた気候変動に従って変化する。

そのため、常に最大電力点を特定することができる必要がある。

太陽電池アレイが部分的に陰になるとき、電流−電圧特性の形状は変更され、２つ以上の極大値を示す可能性がある。山登り法のような従来の最大電力点追跡法は、第２の極大値に捕捉される可能性があり、結果として不要な電力損につながる。

電力曲線測定を定期的に発生させることによって、最大電力追跡法を改善することができる。曲線が測定されると、全ての極大値を特定するように処理され、最も高い極大値が最大電力点として特定される。しかしながら、電力曲線の作成中、発電は必然的に中断及び／又は低減され、結果として幾らかの電力低下につながる。

発生頻度が高すぎる場合には、太陽光電源が陰になっていないときでも発電が著しく低下することになる。発生頻度が低すぎる場合には、太陽光電源が第２の極大値で運用されていることを推測できなくなり、結果として発電の低下につながる。

さらに、広い電圧範囲にわたって電力曲線測定を実現するには、エネルギー変換デバイスの入力キャパシタを放電及び充電させる必要がある。キャパシタ電圧の充放電サイクルを頻繁に繰り返すと、キャパシタの寿命に影響が及ぶ。

本発明は、陰が存在しても正しく動作し、陰が存在しない場合の電力低下を抑制し、入力キャパシタの寿命に及ぼす影響が限定的である、ＭＰＰの追跡を提供可能な装置を提供することを目的とする。

この目的のために、本発明は、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する装置に関する。この装置は、
− 太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段と、
− 第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段と、
− 陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングする手段と
を備える。

また、本発明は、太陽光電源の最大電力点を決定するための電力曲線測定の発生を制御する方法に関する。この方法は、
− 太陽光電源の第１の電力曲線を取得するステップと、
− 第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出するステップと、
− 陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングするステップと
を含むことを特徴とする。

したがって、陰が存在するとき、電力曲線測定の頻繁なスケジューリングを実現することができる。陰が徐々に大きくなり、最大電力点追跡アルゴリズムが第２の極大値に捕捉されるとき、本発明は、第２の電力曲線から正しい極大値を検出し、電源の電圧を検出された極大値に適合させることができる。

特定の特徴によれば、陰の存在が検出された場合に、第２の電力曲線取得プロセスは、陰の存在が検出されない場合に第２の電力曲線がスケジューリングされる時間よりも早くスケジューリングされる。

したがって、陰が存在しないとき、電力曲線の少ない頻度のスケジューリングを実現することができる。陰が存在しないとき、電力曲線測定は少ない頻度で実現され、結果としてエネルギー変換デバイスの入力キャパシタの充電と放電のサイクルの回数が少なくなるとともに、電力曲線測定中の電力断から生じる電力低下が小さくなる。

特定の特徴によれば、装置は、
− 太陽光電源によって供給される電力の減少が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
− 電力の減少が所定の閾値を上回るときに第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備える。

したがって、陰の存在が検出されず、電力曲線測定が少ない頻度で実行される間であっても、新たな陰の発生を調べることができる。電力低下が発生する場合には、本発明は、電力低下が新たな陰の発生から生じているか否かを調べるために、スケジューリングよりも早く電力曲線測定をトリガーすることができる。結果として、陰がソーラーアレイを覆い始め、それにより電力が低下するとき、本発明は陰の存在を検出し、電力曲線測定が早くなるようにスケジューリングし直すことができる。本発明は複数の極大値の存在を見逃さず、太陽光電源上に陰が出現すると直ちに第１の極大値を選択する。

特定の特徴によれば、装置は、
− 最大電力追跡プロセス中の電圧変動が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
− 電圧変動が所定の閾値を上回るときに第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備える。

したがって、陰の存在が検出されず、電力曲線測定が少ない頻度で実行される間であっても、陰が著しい電力低下をもたらしていない場合でも、新たな陰の発生を調べることができる。新たな陰の発生から生じる電圧変動が検出される場合には、本発明は、検出された電圧変動が新たな陰の発生から生じているか否かを調べるために、スケジューリングよりも早く電力曲線測定をトリガーすることができる。結果として、陰がソーラーアレイを覆い始め、それにより最大電力点電圧が変動すると、本発明は陰の存在を検出し、電力曲線測定が早くなるようにスケジューリングし直すことができる。本発明は複数の極大値の存在を見逃さず、太陽光電源上に陰が出現すると直ちに第１の極大値を選択する。

特定の特徴によれば、太陽光電源の電力曲線を取得する手段は、太陽光電源の出力のキャパシタの電圧を監視する。

したがって、入力キャパシタがソーラーアレイにのみ接続されているとき、入力キャパシタ電圧の電圧時間変動はソーラーアレイの電流レベルを示しており、入力キャパシタの電圧の経時的変化から太陽光電源の電圧−電流特性を決定することができる。

特定の特徴によれば、太陽光電源によって供給される電流は、キャパシタの充電中に当該キャパシタの電圧を測定することによって取得される。

したがって、入力キャパシタが太陽光電源にのみ接続されているとき、入力キャパシタ電圧の電圧時間変動は太陽光電源の電流レベルを示しており、入力キャパシタの電圧の経時的変化から太陽光電源の電圧−電流特性を決定することができる。太陽光電源の電圧−電流特性の収集が迅速であるので、結果として発電の低下が抑制される。

特定の特徴によれば、装置は、
− 太陽光電源によって供給される電力を求める手段と、
− 太陽光電源によって供給されて求められた電力から第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電圧及び最小電流を求める手段と
を更に備える。

したがって、電力曲線測定のための電圧範囲を狭くすることができ、結果として、入力キャパシタの寿命が延長されるとともに、入力キャパシタの充電時間が短縮される。電力曲線測定から生じる発電低下が抑制される。

特定の特徴によれば、装置は電力調整器の一部であり、当該電力調整器は最大電流レベルまで動作可能であり、第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電圧は、太陽光電源によって供給されて求められた電力を電力調整器の最大電流レベルで除算した値に等しい。

したがって、電力調整器によって現時点で運用されている電力よりも低い電力を生じることになる電圧範囲では、電力曲線測定は実現されない。

特定の特徴によれば、装置は電力調整器の一部であり、当該電力調整器は最小電圧レベルまで動作可能であり、第２の電力曲線取得プロセス中に用いられることになる最小電流は、太陽光電源によって供給されて求められた電力を電力調整器の最大電圧レベルで除算した値に等しい。

したがって、電力調整器によって現時点で運用されている電力よりも低い電力を
生じることになる電流範囲では、電力曲線測定は実現されない。

本発明の特徴は、実施形態例の以下の説明を読むことからより明確になる。この説明は、添付図面を参照して行われる。

（１ａ）は、太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。（１ｂ）は、太陽光電源の表面上に陰が存在するときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。（２ａ）は、陰が存在しない太陽光電源の表面を表す図である。（２ｂ）は、太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。（３ａ）は、大部分が陰で覆われている太陽光電源の表面を表す図である。（３ｂ）は、太陽光電源の表面の大部分が陰で覆われるときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。（４ａ）は、部分的に陰で覆われている太陽光電源の表面を表す図である。（４ｂ）は、太陽光電源の表面が部分的に陰で覆われているときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例を示す図である。本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例を示す図である。本発明による太陽光電源の最大電力点を決定するために用いられる電力曲線測定の発生を制御するためのアルゴリズムを示す図である。太陽光電源の端子に接続されるキャパシタの充電及び放電中に太陽光電源の電力曲線を決定するためのアルゴリズムの一例を示す図である。（８ａ）は、太陽光電源上の陰の発生の一例を示す図である。（８ｂ）は、本発明が実施されないときの、最大電力点曲線決定の発生例を示す図である。（８ｃ）は、本発明が実施されるときの、最大電力点曲線決定の発生例を示す図である。

図１ａは、太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。

図１ａの横軸には電圧値が示されている。電圧値はゼロ（null）値と開回路電圧Ｖ_ＯＣの間に含まれる。

図１ａの縦軸には電力値が示されている。電力値はゼロ値と最大電力点値の間に含まれる。図１ａにおいて、最大電力点値は１０で表されている。

図１ａに示される曲線は、１つの最大値１０のみを呈している。このような挙動は、太陽光電源上に陰が存在しない場合を表している。

図１ｂは、太陽光電源の表面上に陰が存在するときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。

図１ｂの横軸には電圧値が示されている。電圧値はゼロ値と開回路電圧Ｖ_ＯＣの間に含まれる。

図１ｂの縦軸には電力値が示されている。

図１ｂに示される曲線は、２つの極大値１１と１２を呈している。このような挙動は、太陽光電源上に陰が存在する場合を表している。

図２ａは、陰が存在しない太陽光電源の表面を表している。

図２ｂは、図２ａに示されるように太陽光電源の表面上に陰が存在しないときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。

図２ｂの曲線は図１ａの曲線に類似であり、これ以上説明しない。

図３ａは、大部分が陰で覆われている太陽光電源の表面を表している。

図３ａの例では、太陽光電源の表面の６０％が陰で覆われている。

図３ｂは、太陽光電源の表面の大部分が陰で覆われているときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。

図３ｂに示される曲線は、図２ｂにおいて太陽光電源によって供給される電力と比べて、太陽光電源によって供給される電力が著しく低下していることを示している。

図３ｂに示される曲線は、２つの極大値１４と１５を呈している。このような挙動は、太陽光電源上に陰が存在する状況を表している。

図４ａは、部分的に陰で覆われている太陽光電源の表面を表している。

図４ａの例では、太陽光電源の表面の４０％が陰で覆われている。

図３ａと図４ａの間の変化は、例えば、上空の太陽が動くことによって太陽光電源の表面上の陰になる部分が動くことに起因する。

図４ｂは、太陽光電源の表面が部分的に陰で覆われるときの、太陽光電源の出力電圧に対する太陽光電源の出力電力変動を表す曲線の一例である。

図４ｂに示される曲線は、図２ｂにおいて太陽光電源ＰＶによって供給される電力と比べて、太陽光電源ＰＶによって供給される電力が著しく低下していることを示しており、図３ｂにおいて太陽光電源によって供給される電力と比べて、太陽光電源ＰＶによって供給される電力が増加していることを示している。

図４ｂに示される曲線は、２つの極大値１６と１７を呈している。このような挙動は、太陽光電源ＰＶ上に陰が存在する状況を表している。

図５は、本発明を実施することができるエネルギー変換システムの一例である。

エネルギー変換システムは、太陽電池セル若しくはセルアレイ又は燃料電池セルのような太陽光電源ＰＶを含んでいる。太陽光電源ＰＶは、ＤＣ−ＤＣステップダウン／ステップアップコンバータ及び／又はインバータとも呼ばれるＤＣ／ＡＣコンバータのようなエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに接続されている。エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの出力は、負荷Ｌｏに電気エネルギーを供給する。

エネルギー変換デバイスＣｏｎｖは、少なくとも１つのスイッチＳと、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力端子間に接続される少なくとも１つのキャパシタＣ_ｉｎとを備えている。

太陽光電源ＰＶは、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力端子に接続されている。

太陽光電源ＰＶは、負荷Ｌｏに向けて電流を供給する。太陽光電源ＰＶによって供給される電流Ｉ_ｉｎ及び電圧Ｖ_ｉｎは、負荷Ｌｏによって使用される前に、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖによって出力電流Ｉ_ｏｕｔ及び出力電圧Ｖ_ｏｕｔに変換される。

本発明によれば、エネルギー変換システムは、コントローラデバイス５０を更に備えている。

コントローラデバイス５０は、一連の電力測定から調整電圧値を求める。調整電圧値は、太陽光電源ＰＶによって生成されるエネルギーを最大にする入力電圧値の推定値である。

ここで、コントローラデバイス５０によって用いられる一連の電力測定は、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力又は出力において実現することができることに留意されたい。

コントローラデバイス５０は、調整電圧値Ｖ_{ｐｖｒｅｆ}に従ってデューティサイクルを制御することによって、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力電圧を制御する。

デューティサイクルは、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの少なくとも１つのスイッチＳのオン／オフ状態を駆動する。

コントローラデバイス５０は、例えば、バス５０１によって互いに接続されたコンポーネントと、図６及び図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムによって制御されるプロセッサ５００とに基づくアーキテクチャを有している。

ここで、プロセッサ５００は、一変形では、後に開示するようなプロセッサ５００によって実行されるものと同じ動作を実行する、１つ又は幾つかの専用集積回路の形態で実装されることに留意されたい。

バス５０１は、プロセッサ５００を、リードオンリーメモリＲＯＭ５０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ５０３、アナログ／ディジタルコンバータＡＤＣ５０６、及びインターフェース５０５に連結する。

リードオンリーメモリＲＯＭ５０２は、図６及び図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含んでおり、これらの命令はコントローラデバイス５０に電源が投入されるとランダムアクセスメモリＲＡＭ５０３に転送される。

ＲＡＭメモリ５０３は、変数を受け取るように意図されたレジスタと、図６及び図７に開示するようなアルゴリズムに関連するプログラムの命令とを含んでいる。

アナログ／ディジタルコンバータ５０６は、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力と出力に接続され、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖの入力と出力において電圧及び電流を２値情報に変換する。

プロセッサ５００は、インターフェースモジュール５０５を通して、エネルギー変換デバイスＣｏｎｖによって適用されることになるデューティサイクルＤを転送する。

本発明によれば、コントローラデバイス５０は、
− 太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段と、
− 第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段と、
− 陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線取得プロセスをスケジューリングする手段と
を備えている。

図６は、本発明による、太陽光電源の最大電力点を決定するために用いられる電力曲線測定の発生を制御するためのアルゴリズムである。

より厳密には、本アルゴリズムは、コントローラデバイス５０のプロセッサ５００によって実行される。

ステップＳ６００において、本アルゴリズムが開始され、変数ｔ_ＰＣＥがゼロ値に初期化される。

次のステップＳ６０１において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶの出力電圧に対する太陽光電源ＰＶの出力電流変動を表す曲線を取得する時刻であるか否かを調べる。

この目的のために、プロセッサ５００は、現在の時刻が所定の時刻ｔ_ＰＣＥよりも大きいか否かを調べる。

現在の時刻がｔ_ＰＣＥよりも大きい場合には、プロセッサ５００はＳ６０４に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０２に進む。

ステップＳ６０２において、プロセッサ５００は、スイッチＳのデューティサイクルを変更するようにインターフェース５０５に指示し、太陽光電源ＰＶによって供給される電圧Ｖ_ｉｎを、例えば１ボルトの増加量又は減少量だけ増加又は減少させる。このようなプロセスは、最大電力点の小さな変動を追跡するために用いられる。

次のステップＳ６０３において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶによって供給される電流値Ｉ_ｉｎを取得するようにＡＤＣ５０６に指示し、太陽光電源ＰＶによって供給される電力を求める。

同じステップにおいて、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶによって供給される電力の電力降下が生じているか否かを調べる。

この目的のために、プロセッサ５００は、求められた電力が、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３によって構成されるループの前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を下回るか否かを調べる。

例えば、プロセッサ５００は、求められた電力が、前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を少なくとも２％〜７％下回るか否か、又は前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を少なくとも３％下回るか否かを調べる。

電力降下が生じている場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０４に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０１に戻る。

電力降下が生じていないか、又は現在の時刻がｔ_ＰＣＥよりも小さい限り、プロセッサ５００はステップＳ６０１〜Ｓ６０３を実行し、求められた電力が、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３によって構成されるループの前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を上回る場合には、太陽光電源ＰＶによって供給される電圧をインクリメントし、求められた電力が、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３によって構成されるループの前回の反復時に太陽光電源ＰＶによって供給された電力を上回る場合には、太陽光電源ＰＶによって与えられる電圧をデクリメントする。

ステップＳ６０４において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶの最大電力点を求めるための電力曲線測定値を取得するようにインターフェース５０５及びＡＤＣ５０６に指示する。

本発明の第１の実現形態によれば、プロセッサ５００は、スイッチＳのデューティサイクルを変更するように連続的にインターフェース５０５に指示し、コンバータＣｏｎｖの最小動作電圧から最大動作電圧までの一連の電圧をＶ_ｉｎに印加し、各印加電圧において太陽光電源ＰＶによって供給される電流値Ｉ_ｉｎをＡＤＣ５０６から取得する。

本発明の第２の実現形態によれば、プロセッサ５００は、スイッチＳのデューティサイクルを変更するように連続的にインターフェース５０５に指示し、ステップＳ６０２において最後に印加された電圧Ｖ_Ｓ６０２及びステップＳ６０３において測定された最後の電流Ｉ_Ｓ６０３から求められた最小電圧Ｖ_ｍｉｎから、ステップＳ６０２において最後に印加された電圧Ｖ_Ｓ６０２及びステップＳ６０３において測定された最後の電流Ｉ_Ｓ６０３から求められた最小電流Ｉ_ｍｉｎまでの一連の電圧をＶ_ｉｎに印加する。

最小電圧Ｖ_ｍｉｎは、以下の式に従って求められる。

ただし、Ｉ_{Ｃｏｎｖｍａｘ}はエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに入力することができる最大電流である。

最小電流Ｉ_ｍｉｎは、以下の式に従って求められる。

ただし、Ｖ_{Ｃｏｎｖｍａｘ}はエネルギー変換デバイスＣｏｎｖに入力することができる最大電圧である。

図７を参照しながら開示されることになる第３の実現形態によれば、プロセッサ５００は、電力曲線測定値を取得するようにインターフェース５０５及びＡＤＣ５０６に指示する。そのために、インターフェース５０５は、最小電圧Ｖ_ｍｉｎまでの電圧ランプを指示し、ＡＤＣ５０６は、キャパシタＣ_ｉｎの放電中に電圧Ｖ_ｉｎのサンプルを取り込む。電圧Ｖ_ｉｎのサンプルが最小電圧Ｖ_ｍｉｎに達したことを示すと、インターフェース５０５は、太陽光電源ＰＶによって入力キャパシタＣ_ｉｎを充電するように指示する。ＡＤＣ５０６は、キャパシタＣ_ｉｎの充電中に電圧Ｖ_ｉｎのサンプルを取り込み、プロセッサ５００は、電圧のサンプルから電流Ｉ_ｉｎを導出する。電流Ｉ_ｉｎのサンプルが最小電流Ｉ_ｍｉｎに達したことを示すと、インターフェース５０５は、キャパシタＣ_ｉｎの充電を中止する。

次のステップＳ６０５では、プロセッサ５００は、ステップＳ６０４において取得された電圧／電流の対を用いて解析を実行する。

プロセッサ５００は、電力曲線内に１つ又は複数の極大値が存在するか否かを判断するために、電圧／電流の対を解析することができる。

プロセッサ５００は、電圧／電流の対から取得された電力曲線の曲線因子を求めることができる。

この目的のために、プロセッサ５００は、最大電力点電流Ｉ_ＭＰ値及び電圧値Ｖ_ＭＰを求め、以下の式を計算することができる。

ただし、Ｉ_ＳＣは太陽光電源の短絡電流であり、Ｖ_ＯＣは太陽光電源ＰＶの開放電圧である。

プロセッサ５００は、電力曲線の不連続な凹部があるか否かを調べることができる。

次のステップＳ６０６において、プロセッサ５００は、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在するか否かを判断する。

プロセッサ５００は、電力曲線内に２つ以上の極大値が存在する場合には、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在すると判断する。

プロセッサ５００は、曲線因子が所定の値、例えば０．７未満である場合には、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在すると判断することができる。

プロセッサ５００は、電力曲線に不連続な凹部が存在する場合には、太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在すると判断することができる。

太陽光電源ＰＶの表面上に少なくとも一つの陰が存在する場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０７に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ６０８に進む。

ステップＳ６０７において、プロセッサ５００は、変数ｔ_ＰＣＥを第１の所定の値Ｔ_{ｓｈａｄｏｗ}だけインクリメントする。

その後、プロセッサ５００はステップＳ６０９に進む。

ステップＳ６０８において、プロセッサ５００は、変数ｔ_ＰＣＥを第２の所定の値Ｔ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}だけインクリメントする。第１の所定の値Ｔ_{ｓｈａｄｏｗ}は、第２の所定の値Ｔ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}よりも小さい。例えば、Ｔ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}は１分間に等しく、Ｔ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}は１時間に等しい。

その後、プロセッサ５００はステップＳ６０９に進む。

ステップＳ６０９において、プロセッサ５００は、ステップＳ６０４において取得された電圧及び電流サンプルから、最大電力点電流Ｉ_ＭＰ値及び電圧値Ｖ_ＭＰを求める。

次のステップＳ６１０において、プロセッサ５００は、最大電力点電圧値Ｖ_ＭＰに対応するデューティサイクルをスイッチＳに印加するようにインターフェース５０５に指示する。

その後、プロセッサ５００はステップＳ６０１に戻る。

図７は、太陽光電源の端子に接続されているキャパシタの充電中及び放電中に太陽光電源の電力曲線を決定するためのアルゴリズムの一例である。

本アルゴリズムは、第３の実現形態に従って、図６のアルゴリズムのステップＳ６０４の代わりに実行される。

ステップＳ７００において、アルゴリズムが開始される。

次のステップＳ７０１において、プロセッサ５００は、ステップＳ６０３において測定された最後の電流Ｉ_Ｓ６０３と、ステップＳ６０２における最後の印加電圧Ｖ_Ｓ６０２とを取得する。

次のステップＳ７０２において、プロセッサ５００は、以下の式に従って、最小電圧Ｖ_ｍｉｎ及び最小電流Ｉ_ｍｉｎを求める。

次のステップＳ７０３において、プロセッサ５００は、インターフェース５０５及びスイッチＳを通して、キャパシタＣ_ｉｎを放電するように指示する。

時間のアフィン関数のような放電曲線を取得するために、キャパシタＣ_ｉｎの放電はスイッチＳのデューティサイクルを連続的に変更することによって実行される。

次のステップＳ７０４において、プロセッサ５００は、キャパシタＣ_ｉｎの放電中に電圧Ｖ_ｉｎのサンプルを取り込むようにＡＤＣ５０６に指示する。

次のステップＳ７０５において、プロセッサ５００は、電圧Ｖ_ｉｎが最小電圧Ｖ_ｍｉｎよりも小さいか否かを調べる。

電圧Ｖ_ｉｎが最小電圧Ｖ_ｍｉｎよりも小さい場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０６に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０３に戻る。

ステップＳ７０６において、プロセッサ５００は、インターフェース５０５及びスイッチＳを通して、キャパシタＣ_ｉｎを充電するように指示する。スイッチＳに指示すると、キャパシタＣ_ｉｎは太陽光電源ＰＶにのみ接続され、太陽光電源ＰＶの電流によって充電される。

キャパシタＣ_ｉｎを太陽光電源ＰＶ以外にも接続するようにスイッチＳの状態が変更されるまで、キャパシタＣ_ｉｎの電圧は、太陽光電源ＰＶの電流がキャパシタＣ_ｉｎを充電するにつれて、時間の経過とともに連続的に増加する。一例として、スイッチＳの状態は、ステップＳ６１０において開示されたように変更される。

次のステップＳ７０７において、プロセッサ５００は、キャパシタＣ_ｉｎの充電中に電圧Ｖ_ｉｎのサンプルを取り込むようにＡＤＣ５０６に指示する。

次のステップＳ７０８において、プロセッサ５００は、キャパシタＣ_ｉｎを通って流れる電流Ｉ_ｉｎを推定するだけの十分な数のＶ_ｉｎサンプルが取り込まれたか否かを調べる。

例えば、キャパシタＣ_ｉｎを通って流れる電流Ｉ_ｉｎを確実に推定するためには、Ｎ＝４個のサンプルが必要である。

Ｖ_ｉｎのサンプルが受ける雑音レベルによっては、更に多くのサンプル数Ｎが用いられる場合もある。

十分な数のＶ_ｉｎサンプルが取り込まれた場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０９に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０７に戻る。

次のステップＳ７０９において、プロセッサ５００は、キャパシタＣ_ｉｎを通って流れる電流を推定する。

電圧導関数を取得するために、キャパシタＣ_ｉｎの静電容量値に直前に測定されたＮ個の電圧サンプルの時間導関数を乗算することによって、キャパシタ電流Ｉ_ｉｎが求められる。電圧導関数は、フィッティング数学的関数、例えば実数の係数を有する多項式関数を通して取得される。

フィッティング数学関数は、所与の時間サンプルに対する処理された電圧を取得するために、連続的な時間サンプルｘ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）において測定された電圧サンプルｙ_ｉと数学関数ｆ（ｘ_ｉ）との差の二乗和を最小化することによって取得される。これは、以下のように行われる。

Ｎ個のサンプル（ｘ_１，ｙ_１），（ｘ_２，ｙ_２）．．．（ｘ_Ｎ，ｙ_Ｎ）が与えられると、必要なフィッティング数学関数を、例えば以下の形に書くことができる。

ただし、ｆ_ｊ（ｘ）（ｊ＝１，２．．．Ｋ）はｘの数学関数であり、Ｃ_ｊ（ｊ＝１，２．．．Ｋ）は当初は未知の定数である。

ｆ（ｘ）とｙの実際の値との差の二乗和は、以下によって与えられる。

この誤差項は、定数Ｃ_ｊ（ｊ＝１，２，．．．Ｋ）の各々についてＥの１階偏導関数を取り、その結果をゼロにすることによって最小化される。したがって、対称なＫ元連立方程式が得られ、これがＣ_１、Ｃ_２、．．．、Ｃ_Ｋについて解かれる。この手順は、最小平均二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムとしても知られている。

Ｖ_ｉｎの電圧サンプルを用いて、各サンプルに対して移動する所定の窓において、適切な数学関数、例えば実係数を有する多項式関数のフィッティングに基づいて曲線が取得される。したがって、電圧はフィルタリングされ、その導関数を窓の中心点すべてに対して非常に簡単かつ直接的な方法で同時に計算することができ、それにより、いかなる追加の電流センサも必要とすることなく電流Ｉ_ｉｎが求められる。

次のステップＳ７１０において、プロセッサ５００は、ステップＳ７０９において推定された電流値がステップＳ７０２において求められた最小電流Ｉ_ｍｉｎよりも小さいか否かを調べる。

ステップＳ７０９において推定された電流値が最小電流Ｉ_ｍｉｎよりも小さい場合には、プロセッサ５００は図６のステップＳ６０５に進む。そうでない場合には、プロセッサ５００はステップＳ７０７に戻る。

図８ａは、太陽光電源上において陰が生じる一例である。

横軸には時間が表されており、縦軸には太陽光電源ＰＶによって供給される最大電力が示されている。

図８ａにおいて、８００と８０２で表される２つの期間中に、太陽光電源ＰＶの表面上に陰がある。期間８０１中に太陽光電源ＰＶ上を雲が通過する。

図８ａに示されるように、太陽光電源ＰＶによって供給される電力は、これらの期間中に大きく変化して低下する。

図８ｂは、本発明が実施されない場合における、最大電力点曲線決定の発生の一例である。

横軸には時間が表されており、縦軸には電力曲線の決定の発生が表されており、同一のタイミングＴ_{ｓｈａｄｏｗ}及びＴ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}が用いられる。

図８ｂにおいて見ることができるように、電力曲線の決定の発生頻度は高い。そのような場合、太陽光電源ＰＶは電力曲線の決定中に負荷Ｌｏに電力を供給しないので、太陽光電源ＰＶによって供給される全エネルギーは減少する。

図８ｃは、本発明が実施される場合における、最大電力点曲線決定の発生の一例である。

横軸には時間が表されており、縦軸にはステップＳ６０４において開示されたような電力曲線の決定の発生が表されている。ステップＳ６０４では、異なるタイミングＴ_{ｓｈａｄｏｗ}及びＴ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}が用いられる。

期間８００が終わると、プロセッサ５００は、陰が存在しないことを検出し、長いタイミングＴ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}による電力曲線推定のスケジューリングを開始する。

期間８０１において、雲の存在に起因する電力降下が検出され、電力曲線が直ちに作成される。プロセッサ５００は、測定された電力曲線を解析し、複数の極大値が存在しないと判断する。プロセッサ５００は、長いタイミングＴ_{ｎｏｓｈａｄｏｗ}による電力曲線推定のスケジューリングを再開する。

期間８０２において、太陽光電源ＰＶに夕暮れの陰がかかることに起因する電力降下が検出され、電力曲線が直ちに作成される。プロセッサ５００は、測定された電力曲線を解析し、太陽光電源ＰＶに夕暮れの陰がかかることから生じる複数の極大値が存在すると判断する。プロセッサ５００は、短いタイミングＴ_{ｓｈａｄｏｗ}による電力曲線推定のスケジューリングを再開する。図８ｃにおいて見ることができるように、本発明によれば、太陽光電源ＰＶの表面上に陰がない限り、電力曲線の決定の発生は大きく減少するか又はゼロ値まで減少する。太陽光電源ＰＶの表面上に陰が検出されると直ちに、本発明は電力曲線の決定の発生頻度を高める。

当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、上述した本発明の実施形態に対して多くの変更を行うことができる。

Claims

太陽光電源の最大電力点を決定するための前記太陽光電源の出力電圧と出力電力との関係を示す電力曲線の測定の発生を制御する装置であって、該装置は、
− 前記太陽光電源の第１の電力曲線を取得する手段と、
− 前記第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出する手段と、
− 陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線の取得プロセスをスケジューリングする手段と
を備え、
前記第２の電力曲線の取得プロセスは、陰の存在が検出された場合には、第１の所定時間後にスケジューリングされ、陰の存在が検出されない場合には、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間後にスケジューリングされることを特徴とする、太陽光電源の最大電力点を決定するための太陽光電源の出力電圧と出力電力との関係を示す電力曲線の測定の発生を制御する装置。
− 前記太陽光電源によって供給される電力の減少が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
− 前記電力の減少が所定の閾値を上回るときに前記第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
− 最大電力追跡プロセス中の電圧変動が所定の閾値を上回ることを検出する手段と、
− 前記電圧変動が所定の閾値を上回るときに前記第２の電力曲線を取得する手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記太陽光電源の電力曲線を取得する手段は、前記太陽光電源の出力のキャパシタの電圧を監視することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
前記太陽光電源によって供給される電流は、前記キャパシタの充電中に該キャパシタの電圧を測定することによって取得されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
前記太陽光電源によって供給される電圧は、前記キャパシタの放電中に該キャパシタの電圧を測定することによって取得されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の装置。
− 前記太陽光電源によって供給される電力を求める手段と、
− 前記求められた電力から前記第２の電力曲線の取得プロセス中に用いられることになる前記太陽電池によって供給される最小電圧及び最小電流を求める手段と
を更に備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
前記装置は電力調整器の一部であり、該電力調整器は最大電流レベルまで動作可能であり、
前記第２の電力曲線の取得プロセス中に用いられることになる前記最小電圧は、前記求められた電力を前記電力調整器の前記最大電流レベルで除算した値に等しいことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
前記装置は電力調整器の一部であり、該電力調整器は最大電圧レベルまで動作可能であり、
前記第２の電力曲線の取得プロセス中に用いられることになる前記最小電流は、前記求められた電力を前記電力調整器の前記最大電圧レベルで除算した値に等しいことを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置。
太陽光電源の最大電力点を決定するための前記太陽光電源の出力電圧と出力電力との関係を示す電力曲線の測定の発生を制御する方法であって、該方法は、
− 前記太陽光電源の第１の電力曲線を取得するステップと、
− 前記第１の電力曲線に基づいて陰の存在を検出するステップと、
− 陰の検出の結果にしたがって第２の電力曲線の取得プロセスをスケジューリングするステップと
を含み、
前記第２の電力曲線の取得プロセスは、陰の存在が検出された場合には、第１の所定時間後にスケジューリングされ、陰の存在が検出されない場合には、前記第１の所定時間よりも長い第２の所定時間後にスケジューリングされることを特徴とする、太陽光電源の最大電力点を決定するための太陽光電源の出力電圧と出力電力との関係を示す電力曲線の測定の発生を制御する方法。