JP6307334B2 - 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し、特に、太陽電池から出力される電力を制御する装置に関する。 The present invention relates to a solar cell control device, and more particularly to a device that controls electric power output from a solar cell.
オフィス、工場、一般家庭等の電力需要者に電力を供給する設備として火力発電所、原子力発電所等の発電所がある。しかし、これらの設備を運用するに際しては様々な問題がある。例えば、火力発電所については、将来における石油の枯渇、二酸化炭素排出量の増加等の問題がある。また、原子力発電所については、安全性管理の強化等の問題がある。 There are power plants such as thermal power plants and nuclear power plants as facilities for supplying power to power consumers such as offices, factories and general households. However, there are various problems in operating these facilities. For example, thermal power plants have problems such as oil depletion and increased carbon dioxide emissions in the future. In addition, nuclear power plants have problems such as enhanced safety management.
このような背景の下、太陽電池に関する研究開発が広く行われている。例えば、太陽電池を電力需要者ごとに設けることで、各発電所で発電すべき電力を低減するという提案がなされている。 Under such a background, research and development related to solar cells are widely performed. For example, a proposal has been made to reduce the power to be generated at each power plant by providing a solar cell for each power consumer.
太陽電池については、出力電力の増大、高効率化等が課題となっている。一般に、太陽電池から最大の電力が得られるときの出力電圧、出力電流、負荷インピーダンス等の負荷状態は、太陽電池に照射される光の照度、温度等の環境条件の変化に応じて変化する。そこで、特許文献1および2に示されているように、太陽電池に対する負荷状態を制御する装置が考えられている。特許文献1に記載の装置では、太陽電池の出力電力が増大するように、太陽電池の動作電圧(出力電圧)が段階的に調整される。動作電圧が、増加方向または減少方向のいずれか一方の方向のみに、予め定められた回数だけ変化した場合に、動作電圧の変化幅が大きくなるように制御され、動作電圧が、増加方向と減少方向とを繰り返すように変化した場合に、動作電圧の変化幅が小さくなるように制御される。特許文献2に記載の装置では、太陽電池の出力電圧が、その出力電力を最大にする最大動作電圧に調整される。太陽電池の出力電圧が最大動作電圧から離れている程、太陽電池の出力電圧を調整する周期が短くされる。
For solar cells, increasing output power, increasing efficiency, and the like are issues. In general, load conditions such as output voltage, output current, and load impedance when the maximum electric power is obtained from a solar cell change according to changes in environmental conditions such as illuminance and temperature of light irradiated on the solar cell. Therefore, as shown in
特許文献1および2に記載されているような従来の太陽電池制御装置では、太陽電池の出力電圧を調整する際の変化幅の大きさによっては、出力電力を最大に調整する処理に長時間を要することがある。
In the conventional solar cell control device as described in
本発明は、太陽電池から出力される電力を迅速に制御することを目的とする。 An object of this invention is to control rapidly the electric power output from a solar cell.
本発明は、太陽電池と負荷装置との間に設けられ、前記太陽電池から出力される電圧をスイッチングにより調整して前記負荷装置に出力する電圧調整部を備え、前記電圧調整部は、スイッチング状態を調整して、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電圧を最大電圧から所定の変化幅で減少させ、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電力が目標条件を満たすときの最適スイッチング状態を探索する制御部を備え、前記最大電圧は、前記太陽電池が最小負荷状態にあるときに前記太陽電池から出力される電圧であり、前記制御部は、前記最大電圧を基準として前記出力電圧に対して定められた目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されたときは、前記最適スイッチング状態に前記スイッチング状態を設定し、前記電圧調整部が前記スイッチング状態を調整したとしても、前記負荷装置の状態によって、前記目標範囲内における限界値よりも前記出力電圧が小さくならず、前記目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されないときは、前記最大電圧から前記限界値までの範囲で前記出力電力が最大となるときの状態に前記スイッチング状態を設定し、前記目標範囲内に前記出力電圧が含まれるか否かに基づいて前記変化幅を設定する、ことを特徴とする。 The present invention includes a voltage adjustment unit that is provided between a solar cell and a load device, adjusts a voltage output from the solar cell by switching, and outputs the voltage to the load device, and the voltage adjustment unit is in a switching state. The output voltage output from the solar cell to the voltage adjustment unit is decreased from the maximum voltage with a predetermined change width, and the output power output from the solar cell to the voltage adjustment unit satisfies the target condition. A control unit that searches for an optimum switching state when the maximum voltage is a voltage output from the solar cell when the solar cell is in a minimum load state, and the control unit is based on the maximum voltage. When the optimum switching state is searched for within the target range determined for the output voltage, the switching state is set to the optimum switching state. Said even as the voltage adjusting unit to adjust the switching state, the state of the load device, not the output voltage is smaller than the limit value within the target range, the optimum switching state within the target range can not be searched When setting the switching state to a state when the output power is maximum in the range from the maximum voltage to the limit value, based on whether the output voltage is included in the target range A change width is set.
望ましくは、前記目標条件は、前記出力電力が前記出力電圧の変化範囲における最大値となるという条件である。 Preferably, the target condition is a condition that the output power becomes a maximum value in a change range of the output voltage.
望ましくは、前記目標条件は、前記出力電力が極大値となるという条件であり、前記制御部は、前記スイッチング状態を調整することで前記出力電圧を前記変化幅で減少させ、前記出力電力が極大値となったときは、その極大値が得られるときの前記スイッチング状態を前記最適スイッチング状態とする。また、望ましくは、前記制御部は、前記出力電圧が前記目標範囲内にあるときは、前記出力電圧が前記目標範囲内の値よりも大きいときに比べて前記変化幅を小さい値とする。
Preferably, the target condition is a condition that the output power becomes a maximum value, and the control unit adjusts the switching state to decrease the output voltage by the change width, and the output power is a maximum value. When the value is reached, the switching state when the maximum value is obtained is set as the optimum switching state. Preferably, when the output voltage is within the target range, the control unit sets the change width to a smaller value than when the output voltage is larger than a value within the target range.
望ましくは、前記電圧調整部は、スイッチング素子を含む電圧コンバータを備え、前記制御部は、前記スイッチング素子に対するデューティ比を設定する。 Preferably, the voltage adjusting unit includes a voltage converter including a switching element, and the control unit sets a duty ratio for the switching element.
本発明によれば、太陽電池から出力される電力を迅速に制御することができる。 According to the present invention, the power output from the solar cell can be quickly controlled.
図1には、本発明の実施形態に係る太陽電池制御装置10が示されている。太陽電池制御装置10は、太陽電池12と負荷装置42との間に設けられた電圧調整部20を備えている。電圧調整部20は、太陽電池12から出力される電圧をスイッチングにより調整して負荷装置42に出力する。太陽電池制御装置10は、さらに、太陽電池12から電圧調整部20に出力される電圧を検出する電圧検出部としての電圧計18、および太陽電池12から電圧調整部20に流れる電流を検出する電流検出部としての電流計16を備える。電圧計18による電圧検出値Vdと、電流計16による電流検出値Idとの積から太陽電池12の出力電力が求められ、電圧計18および電流計16は電力検出部を構成する。
FIG. 1 shows a solar cell control device 10 according to an embodiment of the present invention. The solar cell control device 10 includes a
太陽電池12から最大の電力が得られるときの負荷インピーダンスは、太陽電池12に照射される光の照度、温度等の環境条件の変化に応じて変化する。そこで、太陽電池制御装置10は、太陽電池12の出力電力が適切となるように、太陽電池12に対する負荷インピーダンスを電圧調整部20によって調整する。
The load impedance when the maximum electric power is obtained from the
電圧調整部20は、電圧コンバータ22および制御部32を備える。電圧コンバータ22は、制御部32の制御によってスイッチングを行い、太陽電池12の出力電圧を調整して負荷装置42に出力する。電圧コンバータ22としては、太陽電池12の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ、または、太陽電池12の出力電圧を降圧する降圧コンバータが用いられる。
The
電圧コンバータ22は、昇圧または降圧の他、平均的な負荷インピーダンスを変換する機能を有する。電圧コンバータ22の動作によって、太陽電池12に対する負荷インピーダンスが制御される。なお、太陽電池12に流れる電流はリプル成分を含むものであるため、負荷インピーダンスは、例えば、太陽電池12の出力電圧の実効値の2乗を太陽電池12の出力電力で割ったものとして定義される。
The
太陽電池制御装置10の具体的な構成および動作について説明する。太陽電池12の正極端子には、電池側ダイオード14のアノード端子が接続されている。電池側ダイオード14のカソード端子は、電流計16を介して電圧コンバータ22のプラス入力端子24に接続されている。太陽電池12の負極端子には、電圧コンバータ22のマイナス入力端子26が接続されている。電圧コンバータ22のプラス入力端子24およびマイナス入力端子26との間には、電圧計18が接続されている。なお、電圧計18は、電池側ダイオード14のカソード端子と電圧コンバータ22のマイナス入力端子26との間に接続されてもよい。
A specific configuration and operation of the solar cell control device 10 will be described. The anode terminal of the
電圧コンバータ22のプラス出力端子28には、負荷側ダイオード34のアノード端子が接続されている。負荷側ダイオード34のカソード端子は、プラス負荷端子38に接続されている。電圧コンバータ22のマイナス出力端子30には、マイナス負荷端子40が接続されている。プラス負荷端子38とマイナス負荷端子40との間には、それぞれ、バッテリ36の正極端子および負極端子が接続されている。さらに、プラス負荷端子38とマイナス負荷端子40との間には負荷装置42が接続されている。バッテリ36は、太陽電池12に光が照射されていない等、太陽電池12が電力を出力しない場合に負荷装置42に電力を供給するためのバックアップ電源装置として機能する。負荷装置42は、電力供給先の装置であり、例えば、オフィス、工場、一般家庭等に設けられた電気機器である。
The anode terminal of the
太陽電池12は、電池側ダイオード14を介して、電圧コンバータ22のプラス入力端子24とマイナス入力端子26との間に電圧を印加する。電池側ダイオード14は、太陽電池12への電流の逆流を防ぐ。制御部32は、電圧計18から出力された電圧検出値Vd、および電流計16から出力された電流検出値Idに基づいて電圧コンバータ22を制御する。電圧コンバータ22は、制御部32の制御に応じてスイッチングを行い、プラス入力端子24とマイナス入力端子26との間に印加された電圧を昇圧または降圧し、昇圧後または降圧後の電圧をプラス出力端子28およびマイナス出力端子30に出力する。プラス出力端子28およびマイナス出力端子30から出力されたコンバータ出力電圧がバッテリ36の端子間電圧よりも大きい場合には、負荷側ダイオード34が順方向バイアス状態となり、コンバータ出力電圧がバッテリ36および負荷装置42に印加される。バッテリ36は、コンバータ出力電圧によって充電され、負荷装置42には、コンバータ出力電圧に基づく電力が供給される。コンバータ出力電圧が、バッテリ36の端子間電圧以下である場合には、負荷側ダイオード34が逆方向バイアス状態となり、コンバータ出力電圧はバッテリ36および負荷装置42に印加されない。この場合、負荷装置42にはバッテリ36から電力が供給される。
The
図2には、電圧コンバータ22の例として降圧コンバータ22Aが示されている。プラス入力端子24には、スイッチング素子44の一端が接続されている。スイッチング素子44の他端には、スイッチング素子46の一端およびインダクタ48の一端が接続されている。スイッチング素子46の他端には、マイナス入力端子26およびマイナス出力端子30が接続されている。インダクタ48の他端にはプラス出力端子28が接続されている。プラス出力端子28とマイナス出力端子30との間には、コンデンサ50が接続されている。
FIG. 2 shows a step-
スイッチング素子44およびスイッチング素子46には、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等の半導体素子が用いられる。スイッチング素子44およびスイッチング素子46は、制御部32によって交互にオン/オフされる。
As the switching
スイッチング素子44がオン、スイッチング素子46がオフであるときは、プラス入力端子24からインダクタ48に電流が流れる。この状態で、スイッチング素子44がオフとなり、スイッチング素子46がオンとなると、インダクタ48に誘導起電力が発生する。この誘導起電力によって、インダクタ48、コンデンサ50、およびスイッチング素子46を流れてインダクタ48に戻る誘導電流が流れ、コンデンサ50が充電される。再び、スイッチング素子44がオン、スイッチング素子46がオフとなると、インダクタ48には、スイッチング素子44側を正とする誘導起電力が発生し、この誘導起電力とコンデンサ50の充電電圧とを併せた電圧が、プラス入力端子24およびマイナス入力端子26に印加されているコンバータ入力電圧Viに等しくなる。スイッチング素子44およびスイッチング素子46が交互にオン/オフされることによって、コンデンサ50には、コンバータ入力電圧Viより小さい電圧が充電され、その充電電圧が、プラス出力端子28およびマイナス出力端子30からコンバータ出力電圧Voとして出力される。スイッチング素子44がオンになる時間をオン/オフの1周期で割ったデューティ比をαとすると、コンバータ出力電圧VoはVo=α・Viである。スイッチング素子44およびスイッチング素子46は交互にオン/オフされるため、スイッチング素子46のデューティ比は、(1−α)である。デューティ比αは、降圧コンバータ22Aのスイッチング状態を設定する値であるといえる。
When the switching
プラス出力端子28とマイナス出力端子30との間の電圧が一定である場合には、デューティ比αを増加させる程、コンバータ入力電圧Viは減少し、プラス入力端子24に流入する電流は増加する。これによって、プラス入力端子24およびマイナス入力端子26から降圧コンバータ22A側を見たインピーダンスは小さくなる。一方、デューティ比αを減少させる程、コンバータ入力電圧Viは増加し、プラス入力端子24に流入する電流は減少する。これによって、プラス入力端子24およびマイナス入力端子26から降圧コンバータ22A側を見たインピーダンスは大きくなる。
When the voltage between the
なお、スイッチング素子46の代わりにダイオードが用いられてもよい。この場合、マイナス入力端子26およびマイナス出力端子30の側にダイオードのアノード端子が接続される。
A diode may be used instead of the switching
太陽電池の出力電力の制御について説明するため、ここでは太陽電池の特性について説明する。図3には太陽電池の電圧電流特性が示されている。電圧電流特性は、太陽電池の出力電圧と、太陽電池の正極端子から流出する出力電流との関係を示す特性である。横軸は出力電圧を示し、縦軸は出力電流を示す。ここでは、インピーダンスが変化する負荷装置が太陽電池に接続されているものとする。 In order to describe the control of the output power of the solar cell, the characteristics of the solar cell will be described here. FIG. 3 shows the voltage-current characteristics of the solar cell. The voltage-current characteristic is a characteristic indicating the relationship between the output voltage of the solar cell and the output current flowing out from the positive terminal of the solar cell. The horizontal axis indicates the output voltage, and the vertical axis indicates the output current. Here, it is assumed that the load device whose impedance changes is connected to the solar cell.
点QSで示されているように、太陽電池が開放状態とされ、太陽電池の出力電流が0であるときは太陽電池における電圧降下はなく、出力電圧は最大電圧VSとなる。このとき、太陽電池の出力電力は0である。太陽電池に対する負荷インピーダンスが変化することによって出力電流が増加すると、太陽電池における電圧降下が大きくなり、矢印52で示されているように出力電圧が小さくなる。太陽電池の出力電力は、電圧電流特性上の点Qにおける出力電圧と出力電流との積であり、ハッチングが施された長方形の面積で表される。この面積が最大となる電圧電流特性上の点では太陽電池の出力電力が最大になる。このような点は最大電力点MPP(Maximum Power Point)と称される。出力電流が、最大電力点MPPにおける値よりもさらに大きくなると、点QEで示されているように出力電圧は0まで減少し、太陽電池の出力電力は0となる。
As indicated by the point QS, when the solar cell is in an open state and the output current of the solar cell is 0, there is no voltage drop in the solar cell, and the output voltage becomes the maximum voltage VS. At this time, the output power of the solar cell is zero. When the output current increases due to a change in the load impedance to the solar cell, the voltage drop in the solar cell increases and the output voltage decreases as indicated by the
このように、太陽電池には内部抵抗があり、太陽電池に電流が流れると電圧降下によって太陽電池の出力電圧が減少する。電圧電流特性上には出力電力が最大となる最大電力点MPPが存在し、出力電圧および出力電流が最大電力点MPPにおける値となるよう、太陽電池に対する負荷インピーダンスを調整することで、太陽電池から最大の出力電力が得られる。 Thus, the solar cell has an internal resistance, and when a current flows through the solar cell, the output voltage of the solar cell decreases due to a voltage drop. By adjusting the load impedance for the solar cell so that the maximum power point MPP where the output power is maximum exists on the voltage-current characteristics and the output voltage and the output current are the values at the maximum power point MPP, Maximum output power is obtained.
図4には、負荷インピーダンスを変化させて、出力電圧を最大値VSから0まで減少させた場合における、出力電圧に対する出力電力の特性(電圧電力特性)が示されている。横軸は出力電圧を示し、縦軸は出力電力を示す。出力電圧が最大値VSから減少するに従って出力電力は増加し、最大電力点MPPにおいて最大値に達した後、減少して0に達する。図5には、照射される光の照度が異なる3つの場合について、電圧電力特性54A、54Bおよび54Cが例示されている。電圧電力特性54Aは、電圧電力特性54Bよりも照度が大きい場合の特性であり、電圧電力特性54Bは、電圧電力特性54Cよりも照度が大きい場合の特性である。照度が大きい程、出力電力は大きくなり、照度の変化に応じて最大電力点MPPに対応する出力電圧および負荷インピーダンスが変化する。
FIG. 4 shows a characteristic (voltage power characteristic) of the output power with respect to the output voltage when the output voltage is decreased from the maximum value VS to 0 by changing the load impedance. The horizontal axis indicates the output voltage, and the vertical axis indicates the output power. The output power increases as the output voltage decreases from the maximum value VS, reaches a maximum value at the maximum power point MPP, and then decreases to zero. FIG. 5 illustrates
最大電力点MPPは、最大電圧VSを基準とした一定の目標範囲内にあることが多い。すなわち、最大電圧VSに対し、a・VS以上、b・VS以下の目標範囲内に最大電力点MPPが存在することが多い。例えば、aが0.7であり、bが0.9である太陽電池が広く生産されている。この場合、最大電圧VSの70%以上、90%以下の目標範囲内に最大電力点MPPが存在する。 The maximum power point MPP is often within a certain target range with the maximum voltage VS as a reference. That is, the maximum power point MPP often exists within a target range of a · VS or more and b · VS or less with respect to the maximum voltage VS. For example, solar cells in which a is 0.7 and b is 0.9 are widely produced. In this case, the maximum power point MPP exists within a target range of 70% or more and 90% or less of the maximum voltage VS.
このように、太陽電池の出力電力が最大となる負荷インピーダンスは、環境条件の変化に応じて変化する。そこで、本発明の実施形態に係る太陽電池制御装置10では、電圧コンバータ22の制御によって、太陽電池12に対する負荷インピーダンスを適切に制御する。ここでは、電圧コンバータ22として、図2に示されている降圧コンバータ22Aを用いた場合の制御について説明する。
Thus, the load impedance at which the output power of the solar cell is maximized changes according to changes in environmental conditions. Therefore, in the solar cell control device 10 according to the embodiment of the present invention, the load impedance for the
降圧コンバータ22Aのスイッチング素子44およびスイッチング素子46は交互にオン/オフされるため、スイッチング素子44のデューティ比をαとした場合には、スイッチング素子46のデューティ比は(1−α)となる。
Since the switching
最初に制御部32は、スイッチング素子44のデューティ比αを0とする。これによって太陽電池12は開放状態となり、電圧検出値Vdは最大検出値VSとなる。制御部32は、電圧検出値Vdが最大検出値VSから目標範囲内の値に達するまで、降圧コンバータ22Aを制御して電圧検出値Vdを所定の第1変化幅Δ1で減少させる。この際、制御部32は、デューティ比αを増加させることで、電圧検出値Vdを第1変化幅Δ1で減少させる。
First, the
制御部32は、電圧検出値Vdを第1変化幅Δ1で減少させるごとに、電圧検出値Vdおよび電流検出値Idを取得して電力検出値W=Id・Vdを求める。そして、電圧検出値Vdを第1変化幅Δ1で減少させるごとに、電圧検出値Vd、デューティ比αおよび電力検出値Wを対応付けて記憶する。
The
図6には、電圧検出値Vdを、最大検出値VSから第1変化幅Δ1で減少させる処理が、Vd軸上の矢印によって概念的に示されている。各電圧検出値Vdに対しては、電圧電力特性に応じた電力検出値Wが求められ、電圧検出値Vd、デューティ比α、および電力検出値Wが対応付けられる。 In FIG. 6, the process of decreasing the voltage detection value Vd from the maximum detection value VS by the first change width Δ1 is conceptually indicated by an arrow on the Vd axis. For each voltage detection value Vd, a power detection value W corresponding to the voltage power characteristic is obtained, and the voltage detection value Vd, the duty ratio α, and the power detection value W are associated with each other.
制御部32は、電圧検出値Vdが目標範囲内の値に達した後は、電圧検出値Vdが目標範囲の下限値a・VS未満の最初の値(最小検出値)に達するまで、降圧コンバータ22Aを制御して電圧検出値Vdを所定の第2変化幅Δ2で減少させる。第2変化幅Δ2は、上記の第1変化幅Δ1よりも小さい値とする。例えば、第2変化幅Δ2は、第1変化幅Δ1の5分の1とする。この際、制御部32は、デューティ比αを増加させることで、電圧検出値Vdを第2変化幅Δ2で減少させる。
After the voltage detection value Vd reaches a value within the target range, the
制御部32は、電圧検出値Vdを第2変化幅Δ2で減少させるごとに、電圧検出値Vdおよび電流検出値Idを取得して電力検出値Wを求める。そして、電圧検出値Vdを第2変化幅Δ2で減少させるごとに、電圧検出値Vd、デューティ比α、および電力検出値Wを対応付けて記憶する。
The
図6には、電圧検出値Vdを、目標範囲内の値から最小検出値に達するまで第2変化幅Δ2で電圧検出値Vdを減少させる処理が、Vd軸上の矢印によって概念的に示されている。各電圧検出値Vdに対しては、電圧電力特性に応じた電力検出値Wが求められ、電圧検出値Vd、デューティ比α、および電力検出値Wが対応付けられる。 In FIG. 6, the process of decreasing the voltage detection value Vd with the second change width Δ2 until the voltage detection value Vd reaches the minimum detection value from the value within the target range is conceptually indicated by an arrow on the Vd axis. ing. For each voltage detection value Vd, a power detection value W corresponding to the voltage power characteristic is obtained, and the voltage detection value Vd, the duty ratio α, and the power detection value W are associated with each other.
制御部32は、電圧検出値Vdの変化範囲において記憶された、電圧検出値Vd、デューティ比α、および電力検出値Wの対応関係に基づいて、電圧検出値Vdの変化範囲において電力検出値Wが最大値となるときの最適化デューティ比を求める。そして、降圧コンバータ22Aのスイッチング素子44のデューティ比を最適化デューティ比に設定し、スイッチング素子46のデューティ比を、最適化デューティ比を1から減じた値に設定する。図6に示される例では、最大電力点MPPにおけるデューティ比が最適化デューティ比として求められる。
Based on the correspondence relationship between the voltage detection value Vd, the duty ratio α, and the power detection value W stored in the change range of the voltage detection value Vd, the
各スイッチング素子のデューティ比が、最適化デューティ比に従って設定されることで、電力検出値Wが最大値となるという目標条件が満たされ、太陽電池12からは最大の電力が出力される。
By setting the duty ratio of each switching element in accordance with the optimized duty ratio, the target condition that the power detection value W becomes the maximum value is satisfied, and the
制御部32は、上記の処理に従って最適化デューティ比を求め、最適化デューティ比に従って各スイッチング素子のデューティ比を設定する処理を所定の時間間隔で繰り返し実行する。なお、スイッチング素子46の代わりにダイオードが用いられる場合には、デューティ比の設定は、スイッチング素子44についてのみ行えばよい。
The
このような処理によれば、最大検出値VSを基準として定められた目標範囲内に電圧検出値Vdが含まれるか否かに基づいて変化幅が設定される。すなわち、電圧検出値Vdが目標範囲内の値よりも大きいときは、目標範囲内で設定される第2変化幅よりも大きい第1変化幅が設定される。これによって、目標範囲内にある最大電力点が迅速に探索されると共に、目標範囲内にある最大電力点の探索分解能が向上する。 According to such processing, the change width is set based on whether or not the voltage detection value Vd is included in the target range determined with the maximum detection value VS as a reference. That is, when the voltage detection value Vd is larger than a value within the target range, a first change width larger than the second change width set within the target range is set. As a result, the maximum power point within the target range is quickly searched, and the search resolution of the maximum power point within the target range is improved.
太陽電池には、図7に示されているように、最大電力点MPPに対応する出力電圧が目標範囲内の電圧よりも低いものがある。この場合、電圧検出値Vdの変化範囲内には、電圧電力特性の最大電力点MPPが見出されない。そして、電圧電力特性上の点56で示されているように、電圧検出値Vdが最小検出値に達したときに、電力検出値Wが、電圧検出値Vdの変化範囲における最大値となる。この場合、電圧検出値Vdが最小検出値に達したときのデューティ比αが最適化デューティ比として求められる。各スイッチング素子のデューティ比が、最適化デューティ比に従って設定されることで、電力検出値Wが、電圧検出値Vdの変化範囲における最大値となるという目標条件が満たされる。
Some solar cells have an output voltage corresponding to the maximum power point MPP lower than a voltage within a target range, as shown in FIG. In this case, the maximum power point MPP of the voltage power characteristic is not found within the change range of the voltage detection value Vd. As indicated by a
また、バッテリの出力電圧、負荷装置で発生する起電力等、降圧コンバータ22Aよりも負荷側の回路の状態によっては、降圧コンバータ22Aのスイッチング素子44のデューティ比αに関わらず、電圧検出値Vdがある限界値VLより小さくならない場合がある。この場合、制御部32は、最大検出値VSから限界値VLまで電圧検出値Vdを減少させ、この範囲において電力検出値Wが最大値となるときのデューティ比αを最適化デューティ比として求める。図8には、電圧検出値Vdが限界値VLより小さくならない場合の電圧電力特性の例が示されている。この例では、限界値VLは目標範囲内の値であり、デューティ比αを増加させたとしても、電圧検出値Vdは下限値VLよりも小さくならない。この場合、下限値VLに対応する電圧電力特性上の点58におけるデューティ比αが、最適化デューティ比として求められる。各スイッチング素子のデューティ比が、最適化デューティ比に従って設定されることで、電力検出値Wが下限値VLにおける値となるという目標条件が満たされる。なお、限界値VLが目標範囲内の値よりも大きい場合についても、同様の処理によって最適化デューティ比が求められる。
Further, depending on the state of the circuit on the load side of the step-down
上記では、電圧検出値Vdの変化範囲において、電圧検出値Vd、デューティ比α、および電力検出値Wを対応付けて記憶した後に、電力検出値Wが最大値となるときの最適化デューティ比を求める処理について説明した。このような処理の他、電圧検出値Vdを減少させる過程において、電力検出値Wの極大値が見出されたときは、その極大値に対応するデューティ比αを最適化デューティ比とする処理を実行してもよい。 In the above, after the voltage detection value Vd, the duty ratio α, and the power detection value W are stored in association with each other in the change range of the voltage detection value Vd, the optimized duty ratio when the power detection value W becomes the maximum value is calculated. The processing to be obtained has been described. In addition to such processing, when the maximum value of the power detection value W is found in the process of decreasing the voltage detection value Vd, processing for setting the duty ratio α corresponding to the maximum value as the optimized duty ratio is performed. May be executed.
この場合、制御部32は、電圧検出値Vdを所定の変化幅で減少させる前後について電力検出値Wを比較する。そして、電圧検出値Vdを減少させた後の電力検出値W2が、電圧検出値Vdを減少させる前の電力検出値W1よりも小さい場合には、電力検出値W1を電力検出値Wの極大値として認識し、電力検出値W1に対応するデューティ比αを最適化デューティ比として求める。
In this case, the
このような処理によれば、必ずしも電圧検出値Vdを最大検出値VSから最小検出値に達するまでの全範囲に亘って減少させる必要がない。そのため、迅速に最適化デューティ比が求められる。 According to such processing, it is not always necessary to decrease the voltage detection value Vd over the entire range from the maximum detection value VS to the minimum detection value. Therefore, an optimized duty ratio is quickly required.
上記では、太陽電池12を開放状態としたときの電圧検出値Vdを最大検出値VSとした。最大検出値VSは、太陽電池12の出力電力が予め定められた最小値となるとき、すなわち、太陽電池12が最小負荷状態(開放状態を含む。)にあるときの電圧検出値Vdとして定義してもよい。
In the above description, the voltage detection value Vd when the
また、上記では、電圧コンバータ22として降圧コンバータ22Aを用いた例について説明した。電圧コンバータ22として昇圧コンバータを用いた場合にも同様の処理によって、最適化デューティ比を求めることができる。この場合、昇圧コンバータに含まれるスイッチング素子のデューティ比を変化させることで、電圧検出値Vdを最大検出値VSから所定の変化幅で減少させて、電力検出値Wが目標条件を満たすときのデューティ比が最適デューティとして求められる。
In the above description, the example in which the step-down
10 太陽電池制御装置、12 太陽電池、14 電池側ダイオード、16 電流計、18 電圧計、20 電圧調整部、22 電圧コンバータ、22A 降圧コンバータ、24 プラス入力端子、26 マイナス入力端子、28 プラス出力端子、30 マイナス出力端子、32 制御部、34 負荷側ダイオード、36 バッテリ、38 プラス負荷端子、40 マイナス負荷端子、42 負荷装置、44,46 スイッチング素子、48 インダクタ、50 コンデンサ、52 矢印、54A,54B,54C 電圧電力特性、56 検出電圧の変化範囲の最小値に対応する電圧電力特性上の点、58 下限値VLに対応する電圧電力特性上の点。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Solar cell control apparatus, 12 Solar cell, 14 Battery side diode, 16 Ammeter, 18 Voltmeter, 20 Voltage adjustment part, 22 Voltage converter, 22A Buck converter, 24 Plus input terminal, 26 Negative input terminal, 28 Plus output terminal , 30 Negative output terminal, 32 Control unit, 34 Load side diode, 36 Battery, 38 Positive load terminal, 40 Negative load terminal, 42 Load device, 44, 46 Switching element, 48 Inductor, 50 Capacitor, 52 Arrow, 54A, 54B , 54C Voltage power characteristics, 56 Points on voltage power characteristics corresponding to the minimum value of the detection voltage change range, 58 Points on voltage power characteristics corresponding to the lower limit value VL.
Claims (4)
前記電圧調整部は、
スイッチング状態を調整して、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電圧を最大電圧から所定の変化幅で減少させ、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電力が目標条件を満たすときの最適スイッチング状態を探索する制御部を備え、
前記最大電圧は、前記太陽電池が最小負荷状態にあるときに前記太陽電池から出力される電圧であり、
前記制御部は、
前記最大電圧を基準として前記出力電圧に対して定められた目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されたときは、前記最適スイッチング状態に前記スイッチング状態を設定し、
前記電圧調整部が前記スイッチング状態を調整したとしても、前記負荷装置の状態によって、前記目標範囲内における限界値よりも前記出力電圧が小さくならず、前記目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されないときは、前記最大電圧から前記限界値までの範囲で前記出力電力が最大となるときの状態に前記スイッチング状態を設定し、
前記目標範囲内に前記出力電圧が含まれるか否かに基づいて前記変化幅を設定する、ことを特徴とする太陽電池制御装置。 A voltage adjustment unit is provided between the solar cell and the load device, and adjusts a voltage output from the solar cell by switching and outputs the voltage to the load device.
The voltage regulator is
By adjusting the switching state, the output voltage output from the solar cell to the voltage adjustment unit is decreased from the maximum voltage with a predetermined change width, and the output power output from the solar cell to the voltage adjustment unit is a target condition. A control unit that searches for an optimal switching state when satisfying
The maximum voltage is a voltage output from the solar cell when the solar cell is in a minimum load state,
The controller is
When the optimum switching state is searched for within the target range determined for the output voltage with reference to the maximum voltage, the switching state is set to the optimum switching state,
Even if the voltage adjustment unit adjusts the switching state, the output voltage is not smaller than the limit value in the target range depending on the state of the load device , and the optimum switching state is not searched for in the target range. When the switching state is set to the state when the output power is maximum in the range from the maximum voltage to the limit value,
The variation range is set based on whether or not the output voltage is included in the target range.
前記目標条件は、前記出力電力が極大値となるという条件であり、
前記制御部は、前記スイッチング状態を調整することで前記出力電圧を前記変化幅で減少させ、前記出力電力が極大値となったときは、その極大値が得られるときの前記スイッチング状態を前記最適スイッチング状態とする、ことを特徴とする太陽電池制御装置。 In the solar cell control apparatus according to claim 1 ,
The target condition is a condition that the output power becomes a maximum value,
The controller reduces the output voltage by the change width by adjusting the switching state, and when the output power reaches a maximum value, the switching state when the maximum value is obtained is the optimum A solar cell control device characterized by being in a switching state.
前記制御部は、前記出力電圧が前記目標範囲内にあるときは、前記出力電圧が前記目標範囲内の値よりも大きいときに比べて前記変化幅を小さい値とする、ことを特徴とする太陽電池制御装置。 In the solar cell control device according to claim 1 or 2 ,
The control unit, when the output voltage is within the target range, makes the change width smaller than that when the output voltage is larger than a value within the target range. Battery control device.
前記電圧調整部は、スイッチング素子を含む電圧コンバータを備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子に対するデューティ比を設定することを特徴とする太陽電池制御装置。 In the solar cell control device according to any one of claims 1 to 3 ,
The voltage adjusting unit includes a voltage converter including a switching element,
The said control part sets the duty ratio with respect to the said switching element, The solar cell control apparatus characterized by the above-mentioned.
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