JPH02213912A - Power converter for solar battery - Google Patents

Power converter for solar battery

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JPH02213912A
JPH02213912A JP3536089A JP3536089A JPH02213912A JP H02213912 A JPH02213912 A JP H02213912A JP 3536089 A JP3536089 A JP 3536089A JP 3536089 A JP3536089 A JP 3536089A JP H02213912 A JPH02213912 A JP H02213912A
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原田 耕介
Wataru Cho
趙 亘
Mitsuo Hirakawa
平川 三男
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Kyushu University NUC
Nishimu Electronics Industries Co Inc
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Kyushu University NUC
Nishimu Electronics Industries Co Inc
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Abstract

PURPOSE:To obtain the maximum power out of a solar battery in accordance with the incident light quantity by setting a control current so as to increase the chopping frequency in response to the rise of the DC output voltage of the solar battery. CONSTITUTION:A solar battery 1 supplies the power to an inverter 2 in accordance with the incident light quantity, and a voltage/current controlled oscillator 3 oscillates at a frequency (f) in response to the output voltage Ei of the battery 1 and a control current Ic. The inverter 2 is chopped at the frequency (f) and converts the output direct current Ii received from the battery 1 into an alternating current of a frequency (f). The oscillation frequency (f) increases as the voltage Ei and the current Ic increase as long as the current Ic of a control power supply 31 is set at a proper level. Thus it is possible to obtain the maximum power out of the battery 1 in accordance with the solar radiation value.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、太陽電池用電力変換装置に関するものであり
、特に、入力光量に応じた最大電力を太陽電池から取出
すことができ、しかも、太陽電池の商用電源への接続も
可能にすることができる太陽電池用電力変換装置に関す
るものである。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a power conversion device for solar cells, and in particular, it is capable of extracting maximum power from a solar cell according to the amount of input light, and moreover, The present invention relates to a power conversion device for solar cells that can also connect a battery to a commercial power source.

(従来の技術) 太陽電池は、周知のように、太陽光を吸収して電流を発
生するものであるから、その発生電流または電力は、日
射量の変動に伴なって変動するし、夜間には電力を取出
すことができない。
(Prior Art) As is well known, solar cells absorb sunlight and generate current, so the generated current or power fluctuates with changes in the amount of solar radiation, and during the night cannot extract power.

このために、現在実用化されている太陽電池電源装置で
は、バックアップ用蓄電池を併用し、いわゆる浮動充電
回路を構成するのが普通である。
For this reason, in solar cell power supply devices currently in practical use, a backup storage battery is usually used in combination to form a so-called floating charging circuit.

このような構成にしておけば、日射量の多い昼間に充電
できるので、夜間または、雨天や曇天で、日射量の少な
いときでも、必要な電力を取出すことができるようにな
る。
With this configuration, charging can be performed during the daytime when there is a lot of solar radiation, so the necessary power can be extracted even at night or when there is little solar radiation due to rain or cloudy weather.

しかし、従来装置において、蓄電池として、一般に普及
している鉛蓄電池を用いる場合でも、水素ガスや酸素ガ
スが発生して危険を伴なうばかりでなく、電解液の補充
等の保守が必要となるので、特に、一般家庭や小規模個
所などには、事実上利用できないという欠点がある。
However, in conventional equipment, even when a commonly used lead-acid battery is used as a storage battery, hydrogen gas and oxygen gas are generated, which is not only dangerous, but also requires maintenance such as replenishing the electrolyte. Therefore, it has the disadvantage that it cannot be used in general households or small-scale places.

また、他の型式の蓄電池は高価であるばかりでなく、容
量も十分でないという問題がある。
In addition, other types of storage batteries are not only expensive, but also have problems in that they do not have sufficient capacity.

さらに、通常の電源としては商用電源(100/200
V,50/60サイクル)を利用しティることか多いの
で、このような太陽電池を商用電源と接続できることが
望まれる。
Furthermore, commercial power (100/200
50/60 cycles), it is desirable to be able to connect such solar cells to a commercial power source.

このような要求に対応するために、本発明者は先に、電
圧制御発振器の発振周波数を太陽電池の出力電圧で制御
し、この発振出力でチョッピング制御されるインバータ
を用いて太陽電池の出力直流電流を商用電源周波数の交
流に変換するように構成した太陽電池用電力変換装置を
提案した(特開昭60−79417号公報)。この装置
では、インバータの出力周波数が商用電源周波数に自動
的に引込み同期されるので、特別な制御装置を必要とせ
ずに、蓄電池の代わりに商用電源をバックアップとして
用いることができ、簡単な構成で太陽電池を商用電源に
接続することを可能とし、しかも、日射量に応じた最大
電力を太陽電池から取出すことができる。
In order to meet such demands, the present inventor first controlled the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator using the output voltage of the solar cell, and used an inverter that was chopping-controlled with this oscillation output to adjust the output DC of the solar cell. A solar cell power conversion device configured to convert current into alternating current at the commercial power frequency was proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-79417). With this device, the output frequency of the inverter is automatically synchronized with the commercial power frequency, so the commercial power source can be used as a backup instead of a storage battery without the need for a special control device, and it has a simple configuration. It is possible to connect a solar cell to a commercial power source, and moreover, it is possible to extract maximum power from the solar cell according to the amount of solar radiation.

(発明が解決しようとする課題) しかし、前記提案の装置では、従来の蓄電池バックアッ
プの場合と同様に、太陽電池から発生される電力を調整
する機能が無く、常に日射量に応じた最大電力を取出す
ので、軽負荷の場合には、太陽電池で発生された余剰電
力が商用電源に回生されてしまうことになる。ところが
、現在の商用電力系統では、このような電力の回生は法
規によって禁止されている。また、太陽電池からその日
射量に応じた最大電力を取出す場合でも、厳密には温度
変化や経年変化などによって、電圧の最大出力条件が変
動するが、前記提案の装置では、太陽電池の出力電圧に
関する動作点を移動することができなかったので、前記
のような変化が生じた場合に、これに応答して最大出力
条件を調整することができないという問題があった。
(Problem to be Solved by the Invention) However, the proposed device does not have a function to adjust the power generated from the solar cells, as in the case of conventional storage battery backup, and always outputs the maximum power according to the amount of solar radiation. Therefore, in the case of a light load, the surplus power generated by the solar cells will be regenerated to the commercial power source. However, in current commercial power systems, this type of power regeneration is prohibited by law. Furthermore, even when extracting the maximum power from a solar cell according to the amount of solar radiation, the maximum voltage output condition will vary due to temperature changes, aging, etc., but in the proposed device, the output voltage of the solar cell Since it was not possible to move the operating point with respect to the output voltage, there was a problem in that when the above-mentioned change occurred, the maximum output condition could not be adjusted in response to the change.

したがって、本発明の目的は、日射量に応じた最大電力
を太陽電池から取出せるような最適動作条件で、太陽電
池を商用電源に接続することを可能とするのみならず、
出力交流の周波数を変化すること無しに、最大出力以下
の、要求負荷に応じた電力を太陽電池から取出すことが
でき、したがって余剰電力が商用電源系統に回生される
ことを防止できるような太陽電池電力変換装置を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is not only to enable a solar cell to be connected to a commercial power source under optimal operating conditions such that the maximum power according to the amount of solar radiation can be extracted from the solar cell, but also to
A solar cell that can extract power corresponding to the required load below the maximum output from the solar cell without changing the frequency of the output AC, thus preventing surplus power from being regenerated into the commercial power system. An object of the present invention is to provide a power conversion device.

(課題を解決するための手段) 前記の目的を達成するために、本発明においては、入力
電源電圧が変動しても、制御電流を調整することによっ
てその発振周波数を一定に保持させることのできる電圧
・電流制御発振器を具備し、この電圧・電流制御発振器
を太陽電池の出力直流で駆動し、かつ電圧・電流制御発
振器の交流出力で、太陽電池の出力直流を交流(商用周
波数の)に変換するインバータをチョッピング駆動する
とともに、制御電流を調整して太陽電池から取出される
電力を、最大出力以下の任意の値に制御できるように構
成している。また、バックアップ用商用電源と負荷との
間の電流を監視し、負荷から商用電源側への電力の回生
が検知されたときには、制御電流を調整して太陽電池か
ら取出される電力を減らすように制御することにより、
商用電源側への電力の回生を防止することが可能となる
。さらば、太陽電池の温度を監視し5、温度の上昇に応
じて制御電流を調整すれば、常に太陽電池を最大出力条
件で作動させることができる。太陽電池の経年変化に対
しても同様に補正制御して最大出力条件に設定できるこ
とは明らかである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, even if the input power supply voltage fluctuates, the oscillation frequency can be kept constant by adjusting the control current. Equipped with a voltage/current controlled oscillator, this voltage/current controlled oscillator is driven by the output DC of the solar cell, and the AC output of the voltage/current controlled oscillator converts the output DC of the solar cell into AC (commercial frequency). The inverter is chopped and driven, and the control current is adjusted so that the power extracted from the solar cells can be controlled to any value below the maximum output. In addition, the current between the backup commercial power source and the load is monitored, and when regeneration of power from the load to the commercial power source is detected, the control current is adjusted to reduce the power extracted from the solar cells. By controlling
It becomes possible to prevent power regeneration to the commercial power source side. By monitoring the temperature of the solar cell 5 and adjusting the control current according to the rise in temperature, the solar cell can always be operated at maximum output conditions. It is clear that the maximum output condition can be set by similarly performing correction control for aging of the solar cell.

前記の電圧・電流制御発振器としては、例えば、パン・
アレン(van−alien )形発振器に、太陽電池
の出力電圧に応じた電流を供給するための補償巻線を付
加した変形パン・アレン形発振器を用いることができる
For example, the voltage/current controlled oscillator mentioned above is a pan/current controlled oscillator.
A modified Pan-Allen type oscillator can be used in which a compensation winding is added to the Van-Alien type oscillator to supply a current according to the output voltage of the solar cell.

(作用) 本発明では、前記のような変形パン・アレン形発振器を
インバータ駆動信号発生器として用いたので、制御電流
を調整することにより、前記変形パン・アレン形発振器
の発振周波数すなわちインバータの出力周波数を商用周
波数に合致させながら、太陽電池の出力電圧に関する動
作点を移動させて太陽電池から取出す電力量を要求負荷
に応じた値に制御することが可能となる。また、温度変
化や経年変化などによって、太陽電池から最大出力電力
を取出すための動作電圧条件が変動した場合でも、太陽
電池の出力電圧に関する動作点を移動して最大出力条件
を満足するように調整することができるようになる。
(Function) In the present invention, since the modified Pan-Allen oscillator as described above is used as an inverter drive signal generator, the oscillation frequency of the modified Pan-Allen oscillator, that is, the output of the inverter, can be adjusted by adjusting the control current. It becomes possible to control the amount of power extracted from the solar cell to a value that corresponds to the required load by moving the operating point regarding the output voltage of the solar cell while making the frequency match the commercial frequency. In addition, even if the operating voltage conditions for extracting the maximum output power from the solar cells fluctuate due to temperature changes or aging, the operating point related to the output voltage of the solar cells can be moved and adjusted to satisfy the maximum output conditions. You will be able to do this.

(実施例) 以下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の原理的構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention.

太陽電池1は、入射光量に応じた電力をインバータ2に
供給する。電圧・電流制御発振器3(例えば、後で説明
する変形パン・アレン形発振器)は太陽電池1の出力電
圧E1および制御電流1cに応じた周波数rで発振する
。前記インバータ2は前記周波数fでチョッピングされ
、太陽電池1からの出力直流電流IIを周波数rの交流
電流に変換する。後で詳述するように、制御電源31に
よる制御電流Icを適当な値に設定しておけば、前記発
振周波数「は、出力電圧Elが高く、また制御電流が大
きいほど高くなる。
Solar cell 1 supplies power to inverter 2 according to the amount of incident light. A voltage/current controlled oscillator 3 (for example, a modified Pan-Allen oscillator to be described later) oscillates at a frequency r depending on the output voltage E1 of the solar cell 1 and the control current 1c. The inverter 2 is chopped at the frequency f and converts the output DC current II from the solar cell 1 into an AC current at the frequency r. As will be described in detail later, if the control current Ic from the control power supply 31 is set to an appropriate value, the oscillation frequency becomes higher as the output voltage El becomes higher and the control current becomes larger.

インバータ2の出力(交流)電流は、インダクタ4を介
して商用電源5に接続される。負荷6はインバータ2の
出力側あるいは商用電源5に接続される。
The output (alternating current) current of the inverter 2 is connected to a commercial power source 5 via an inductor 4. The load 6 is connected to the output side of the inverter 2 or to the commercial power supply 5.

作動時に、太陽電池1の端子電圧はElであり、このと
き太陽電池1から発生される電流11は、インバータ2
および電圧・電流制御発振器3に供給される。電圧・電
流制御発振器3は、前記端子電圧E1および制御電流I
cに応じた周波数rで発振し、これにより、インバータ
2は前記周波数fの交流電圧Einv(ただし、基本周
波数成分の実効値)を発生する。
During operation, the terminal voltage of the solar cell 1 is El, and the current 11 generated from the solar cell 1 at this time is
and is supplied to the voltage/current controlled oscillator 3. The voltage/current controlled oscillator 3 has the terminal voltage E1 and the control current I.
The inverter 2 oscillates at a frequency r according to c, and thereby the inverter 2 generates an alternating current voltage Einv (however, the effective value of the fundamental frequency component) having the frequency f.

それ故に、商用電源5の電圧実効値をE Be。Therefore, the effective voltage value of the commercial power supply 5 is EBe.

またインダクタ4のインダクタンスをLとすれば、イン
ダクタ4を通してインバータ2から商用電源5の方へ、
あるいはその逆に供給される電圧Pは、良く知られてい
るように、つぎの(1)式であられされる。
Also, if the inductance of the inductor 4 is L, then from the inverter 2 to the commercial power supply 5 through the inductor 4,
Or, conversely, the voltage P supplied is expressed by the following equation (1), as is well known.

P −(Elnv  −Eac/ 2 rrr L) 
sin θ−−−−−−(1)前記(1)式において、
θはインバータ2の交流電圧Einvと商用電源5の交
流波形Eacとの位相差である。
P-(Elnv-Eac/2 rrr L)
sin θ---(1) In the above formula (1),
θ is a phase difference between the AC voltage Einv of the inverter 2 and the AC waveform Eac of the commercial power supply 5.

この式から分るように、インバータ2の交流電圧Eln
vの位相が商用電源5の交流波形Eacのそれよりも進
んでおれば、電力はインバータ2の側から商用電源5の
側へ流れ、負荷6は太陽電池1によって電力を供給され
ることになる。
As can be seen from this equation, the AC voltage Eln of inverter 2
If the phase of v is ahead of that of the AC waveform Eac of the commercial power source 5, power will flow from the inverter 2 side to the commercial power source 5 side, and the load 6 will be supplied with power by the solar cell 1. .

本発明では、インバータ2の出力周波数は、商用電源5
の周波数に自動的に同期する。以下、その原理について
説明する。
In the present invention, the output frequency of the inverter 2 is
automatically synchronizes to the frequency of The principle will be explained below.

いま、太陽電池1の出力電圧Elおよび制御電流1eに
より、電圧・電流制御発振器3が周波数rで発振し、イ
ンバータ2は基本周波数fの交流電圧Einvを出力し
ているものと仮定する。また、インバータ2の出力交流
電圧Elnvの位相は商用電源5のそれより進んでおり
、したがって、太陽電池1の側から、インダクタ4を介
して、負荷6または商用電源5の側へ電力が流れている
と仮定する。
It is now assumed that the voltage/current controlled oscillator 3 oscillates at a frequency r due to the output voltage El and the control current 1e of the solar cell 1, and that the inverter 2 outputs an alternating current voltage Einv with a fundamental frequency f. Furthermore, the phase of the output AC voltage Elnv of the inverter 2 is ahead of that of the commercial power supply 5, and therefore, power flows from the solar cell 1 side to the load 6 or the commercial power supply 5 side via the inductor 4. Assume that there is.

二の状態で、太陽電池1への入射光が増加すると、その
出力電圧Elが高くなるので、これに伴なって電圧制御
発振器3の発振周波数rも高くなろうとする。これによ
り、インバータ2の出力交流の周波数も高くなろうとし
、その位相が進む−すなわち、インバータ2の出力交流
電圧Einvの商用電源5の電圧Eacに対する進相角
が大きくなろうとする。
In the second state, when the incident light to the solar cell 1 increases, its output voltage El increases, and accordingly, the oscillation frequency r of the voltage controlled oscillator 3 also tends to increase. As a result, the frequency of the output AC of the inverter 2 also tends to increase, and its phase advances; that is, the phase advance angle of the output AC voltage Einv of the inverter 2 with respect to the voltage Eac of the commercial power supply 5 tends to increase.

そうすると、前記(1)式から明らかなように、インダ
クタ4を通して、太陽電池1から商用電源5へ供給され
る電力が増加する。
Then, as is clear from equation (1) above, the power supplied from the solar cell 1 to the commercial power source 5 through the inductor 4 increases.

これに伴なって、太陽電池1からインバータ2へ流入す
る電流が増加するので、太陽電池1の内部抵抗による電
圧降下が大きくなり、太陽電池1の出力電圧Elを減少
させるように作用し、結果として、太陽電池1の出力電
圧Eiの上昇−したがって、インバータ2の交流周波数
の増大が抑止される。
Along with this, the current flowing from the solar cell 1 to the inverter 2 increases, so the voltage drop due to the internal resistance of the solar cell 1 increases, which acts to reduce the output voltage El of the solar cell 1. As a result, an increase in the output voltage Ei of the solar cell 1--therefore, an increase in the AC frequency of the inverter 2 is suppressed.

また、前述とは逆に、太陽電池1への入射光が減少する
と、その出力電圧Elが低下するので、これに伴なって
電圧制御発振器3の発振周波数「も低くなろうとする。
Moreover, contrary to the above, when the incident light to the solar cell 1 decreases, the output voltage El decreases, and accordingly, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 3 also tends to decrease.

そうすると、インバータ2の出力交流の周波数も低くな
ろうとし、その位相が遅れる。
Then, the frequency of the output AC of the inverter 2 also tends to become low, and its phase is delayed.

その結果、インダクタ4を通して、太陽電池1から商用
電源5へ供給される電力が減少する。
As a result, the power supplied from the solar cell 1 to the commercial power supply 5 through the inductor 4 decreases.

これに伴なって、太陽電池1からインバータ2へ流入す
る電流が減少する。
Along with this, the current flowing from the solar cell 1 to the inverter 2 decreases.

したがって、太陽電池1の内部抵抗による電圧降下が小
さくなり、太陽電池1の出力電圧Elを増加させるよう
に作用し、結果として、太陽電池1の出力電圧Eiの低
下−したがって、インバータ2の交流周波数の低下が抑
止される。
Therefore, the voltage drop due to the internal resistance of the solar cell 1 becomes smaller, which acts to increase the output voltage El of the solar cell 1, and as a result, the output voltage Ei of the solar cell 1 decreases - therefore, the AC frequency of the inverter 2 The decrease in

以上のようにして、太陽電池1への入射光量が変化して
も、インバータ2の出力交流電圧Einvの周波数は、
自動的に、一定に保持され、商用電源5の周波数との同
期がとられる。
As described above, even if the amount of light incident on the solar cell 1 changes, the frequency of the output AC voltage Einv of the inverter 2 is
It is automatically held constant and synchronized with the frequency of the commercial power supply 5.

このことはまた、太陽電池1の出力電圧がほぼ一定に保
持されることを意味しており、これによってさらに、以
下に述べるような好ましい特徴をもたらす。
This also means that the output voltage of the solar cell 1 is kept approximately constant, which further brings about the favorable characteristics described below.

第2図の実線カーブは、太陽電池1の端子電圧El  
(横軸)と出力電力P11(縦軸)の関係を、入射光量
(または入射光エネルギ)をパラメータとして示したも
のである。この図から分るように、太陽電池1から取出
し得る電力は、入射光エネルギの増加に伴って増加する
のはもちろんであるが、端子電圧によっても変化する。
The solid line curve in FIG. 2 represents the terminal voltage El of the solar cell 1.
(horizontal axis) and output power P11 (vertical axis) is shown using incident light amount (or incident light energy) as a parameter. As can be seen from this figure, the power that can be extracted from the solar cell 1 not only increases as the incident light energy increases, but also changes depending on the terminal voltage.

なお、このとき、太陽電池1の温度は一定値(298’
K)である。
Note that at this time, the temperature of the solar cell 1 is a constant value (298'
K).

すなわち、入射光エネルギが一定であっても、端子電圧
の増加に伴って出力電力は増加し、また端子電圧がある
値を超えると、却って出力電力は減少する一換言すれば
、出力電力を最大にするような最適端子電圧が存在して
いる。しかも、前記最適端子電圧は、第2図から分るよ
うにほぼ一定(16ボルト付近)である。
In other words, even if the incident light energy is constant, the output power will increase as the terminal voltage increases, and if the terminal voltage exceeds a certain value, the output power will actually decrease.In other words, if the output power is There is an optimal terminal voltage such that Furthermore, the optimum terminal voltage is approximately constant (near 16 volts) as seen from FIG.

したがって、第1図の実施例において、太陽電池1の出
力電圧が前記最適端子電圧に等しくなるように、各部の
回路定数を選定しておけば、常に、そのときの入射光量
に見合った最大電力を取出すことができるようになる。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, if the circuit constants of each part are selected so that the output voltage of the solar cell 1 is equal to the optimum terminal voltage, the maximum power corresponding to the amount of incident light at that time is always achieved. You will be able to take it out.

第3図は本発明の実施例の具体的な回路例を示す図であ
る。図において、第1図と同一の符号は、同一または同
等部分をあられしている。
FIG. 3 is a diagram showing a specific example of a circuit according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same or equivalent parts.

第1の可飽和鉄心7には一次巻線8.帰還巻線9、電流
制御巻線14.補償巻線15.および出力巻線21.2
4が巻装される。また、第2の可飽和鉄心7aには一次
巻線8a、帰還巻線9a。
The first saturable core 7 has a primary winding 8. Feedback winding 9, current control winding 14. Compensation winding 15. and output winding 21.2
4 is wrapped. Further, the second saturable iron core 7a has a primary winding 8a and a feedback winding 9a.

電流制御巻114a、補償巻線15a、および出力巻線
22.23が巻装される。
A current control winding 114a, a compensation winding 15a, and output windings 22 and 23 are wound.

一次巻線8.8aの各一端は共通接続され、太陽電池1
の1端子に接続される。またその他端は、それぞれ対応
するトランジスタ12.12aのコレクタに接続される
。前記各トランジスタ12゜12aのエミッタは共通接
続されて、太陽電池1の他端子に接続される。
Each end of the primary winding 8.8a is commonly connected, and the solar cell 1
Connected to one terminal of The other ends are connected to the collectors of the corresponding transistors 12 and 12a, respectively. The emitters of each of the transistors 12 and 12a are commonly connected and connected to the other terminal of the solar cell 1.

前記各トランジスタ12.12aのベースはそれぞれ帰
還巻線9,9aの一端に接続され、前記帰還巻線9,9
aの他端は抵抗を介して共通接続され、さらに、他の抵
抗を介して太陽電池1の1端子に接続される。
The base of each of the transistors 12.12a is connected to one end of the feedback winding 9, 9a, respectively.
The other end of a is commonly connected through a resistor, and further connected to one terminal of the solar cell 1 through another resistor.

電流制御巻線14.14aは直列接続され、抵抗17を
介して制御電源31に接続される。補償巻線15、L5
aも直列接続され、抵抗18を介して太陽電池1の両端
子間に接続される。太陽電池1の両端子間にはさらに、
インバータ2を構成する4個のスイッチ素子81〜S4
がフルブリッジ接続される。前記スイッチ素子81〜S
4は、既知の方法とタイミングで、出力巻線21〜24
の出力によってオン・オフ制御される。インバータ2の
出力交流はインダクタ4を経て負荷6に供給される。前
記負荷6は、一方では、商用交流電源5にも接続される
。必要に応じては、商用交流電源5から負荷6に供給さ
れる電流を検出するための電流検出器33および/また
は太陽電池の温度を計測するための温度検出器32が設
けられる。
Current control windings 14.14a are connected in series and connected to control power source 31 via resistor 17. Compensation winding 15, L5
a is also connected in series and connected between both terminals of the solar cell 1 via a resistor 18 . Furthermore, between both terminals of the solar cell 1,
Four switch elements 81 to S4 forming inverter 2
is connected as a full bridge. The switch elements 81-S
4, the output windings 21-24 in a known manner and timing.
On/off control is performed by the output of The output AC of the inverter 2 is supplied to a load 6 via an inductor 4. The load 6 is also connected to a commercial AC power supply 5 on the one hand. If necessary, a current detector 33 for detecting the current supplied from the commercial AC power supply 5 to the load 6 and/or a temperature detector 32 for measuring the temperature of the solar cell are provided.

これらの検出器の出力の一方または両者は、後述するよ
うに、制御電流Icを制御するのに用いられることがで
きる。
One or both of the outputs of these detectors can be used to control the control current Ic, as described below.

第3図において、それぞれのトランジスタ、可飽和鉄心
、−次巻線、および帰還巻線は1対の並列インバータを
構成し、これらは、それぞれ対応する帰還巻線によるト
ランジスタのベース・エミッタ回路への帰還信号によっ
て自励発振を起こす。この場合の発振周波数は、電流制
御巻線や補償巻線に供給する制御電流1c、補償電流I
sの大きさを制御することによって制御することができ
る。太陽電池の出力電圧Eiが一定であれば、発振周波
数fは制御電流Icに比例する。
In FIG. 3, each transistor, the saturable core, the -order winding, and the feedback winding constitute a pair of parallel inverters, each of which is connected to the base-emitter circuit of the transistor by the corresponding feedback winding. Self-oscillation is caused by the feedback signal. The oscillation frequency in this case is the control current 1c supplied to the current control winding and compensation winding, and the compensation current I
This can be controlled by controlling the magnitude of s. If the output voltage Ei of the solar cell is constant, the oscillation frequency f is proportional to the control current Ic.

第3図の電圧・電流制御発振器3から補償巻線15.1
5aを除いたものは、明らかなように、公知のパン・ア
レン発振回路に相当する。パン・アレン発振回路は、電
源電圧が上昇すると発振周波数はこれに反比例して低下
する特性を有している。本発明では、補償巻線15.1
5aを付加することにより、制御電流1cをある制限さ
れた範囲に保持するだけで、電源電圧の上昇に伴って、
その発振周波数も上昇するような特性を電圧・電流制御
発振器3に持たせている。すなわち、パン・アレン発振
回路に補償巻線15.15aを付加して、いわば変形パ
ン・アレン発振回路とするとともに、制御電流Icの値
をF c / N(ただし、Nは巻線8.14.15の
巻数、またFcは過飽和磁心7に加わる起磁力である)
より大でない範囲に設定した点に、本発明の特徴がある
Compensation winding 15.1 from voltage/current controlled oscillator 3 in FIG.
As is clear, the circuit other than 5a corresponds to a known Pan-Allen oscillation circuit. The Pan-Allen oscillation circuit has a characteristic that as the power supply voltage increases, the oscillation frequency decreases in inverse proportion to this. In the invention, the compensation winding 15.1
By adding 5a, the control current 1c can be maintained within a certain limited range, and as the power supply voltage increases,
The voltage/current controlled oscillator 3 has a characteristic that its oscillation frequency also increases. That is, the compensation winding 15.15a is added to the Pan-Allen oscillation circuit to form a so-called modified Pan-Allen oscillation circuit, and the value of the control current Ic is determined by F c /N (where N is the winding 8.14 The number of turns is .15, and Fc is the magnetomotive force applied to the supersaturated magnetic core 7)
A feature of the present invention lies in that the range is set to a range that is not larger than that.

第3図の実施例に好適な主要回路定数の一例を第1表に
示す。
An example of main circuit constants suitable for the embodiment of FIG. 3 is shown in Table 1.

作動時に、電圧・電流制御発振器すなわち変形パン・ア
レン形発振器3は、はぼ商用電源周波数に等しい周波数
で発振する。発振周波数は、太陽電池1の出力電圧Ei
が一定であれば制御電流Icの上昇に伴って単調に上昇
する。また制御電流1cが一定である場合には、制御電
流1cの値をFc/N(ただし、Nは巻線8.14.1
5の巻数、またFcは過飽和磁心7に加わる起磁力であ
る)より大でない範囲に設定しておけば、電源電圧Ei
の上昇に伴って、その発振周波数も単調に増加する。
In operation, the voltage-current controlled oscillator or modified Pan-Allen oscillator 3 oscillates at a frequency approximately equal to the mains frequency. The oscillation frequency is the output voltage Ei of the solar cell 1
If is constant, it increases monotonically as the control current Ic increases. In addition, when the control current 1c is constant, the value of the control current 1c is Fc/N (however, N is the winding 8.14.1
5, and Fc is the magnetomotive force applied to the supersaturated magnetic core 7), the power supply voltage Ei
As the oscillation frequency increases, its oscillation frequency also increases monotonically.

第   1 部品名 太陽電池 直列セル数(1) 最適出力電圧 可飽和鉄心(7) (50%NlFe :励磁電流 飽和インダクタンス 制御抵抗(17) トランジスタ電流増幅率 ベース抵抗(2728) 補償抵抗(18) 商用電源実効値 適用電源周波数 インダクタ (符号) 表 数値 38個 te、yv セルデルタ) Pc/N   4.82mA 1.5a+H 38Ω β   30 560Ω 3にΩ Eac   15V fac   60Hz L    94.7m)I 電圧・電流制御発振器3の発振出力は出力巻線21〜2
4によって取出され、これによってインバータ2のスイ
ッチ素子81〜S4を所定の順序とタイミングでオン/
オフ制御する。インバータ2の交流出力は、前述の(1
)式から分るように、インダクタ4を介して負荷6に供
給される。
1st Part name Number of series solar cells (1) Optimal output voltage saturable iron core (7) (50%NlFe: Excitation current saturation inductance control resistor (17) Transistor current amplification base resistor (2728) Compensation resistor (18) Commercial Power supply frequency inductor (sign) 38 table values te, yv cell delta) Pc/N 4.82mA 1.5a+H 38Ω β 30 560Ω 3Ω Eac 15V fac 60Hz L 94.7m) I Voltage/current controlled oscillator The oscillation output of 3 is output from the output windings 21 to 2.
4, which turns on/off switch elements 81 to S4 of inverter 2 in a predetermined order and timing.
Control off. The AC output of inverter 2 is
), it is supplied to the load 6 via the inductor 4.

太陽電池1が受ける光の量が大きくなると、負荷で消費
されない余剰電力は商用電源側へ回生されようとする。
When the amount of light that the solar cell 1 receives increases, surplus power that is not consumed by the load tends to be regenerated to the commercial power source.

前述のように、このような電力回生は法規上禁止されて
いるので、負荷から商用電源へ向かう電流を電流検出手
段33によって検出し、電力回生が検知されたときは、
制御電源31を調整して制御電流1cを制御し、太陽電
池からの取出し電力が減少する方向に、太陽電池の動作
電圧点を移動させる。
As mentioned above, such power regeneration is prohibited by law, so when the current flowing from the load to the commercial power source is detected by the current detection means 33 and power regeneration is detected,
The control power source 31 is adjusted to control the control current 1c, and the operating voltage point of the solar cell is moved in a direction that reduces the power extracted from the solar cell.

第2図に実線で示したEt−Pm特性曲線から分るよう
に、太陽電池へのある一定入射光量に対して、取出し得
る電力Pmは前記動作点電圧E1の関数であり、動作点
電圧Eiが0から上昇するにつれて増加するが、最大値
に達した後は再び減少する。したがって、ある予定電力
を取出すのに適した動作電圧点は、一般には、高い電圧
点と低い電圧点の2つが存在する。単に動作電圧点を移
動させて太陽電池から取出す電力を制御するという観点
だけからみると、どちらの動作電圧点を採用しても同じ
である。
As can be seen from the Et-Pm characteristic curve shown by the solid line in FIG. It increases as the value increases from 0, but after reaching the maximum value, it decreases again. Therefore, there are generally two operating voltage points suitable for extracting a certain scheduled power: a high voltage point and a low voltage point. From the viewpoint of simply moving the operating voltage point to control the power extracted from the solar cell, it is the same no matter which operating voltage point is adopted.

しかし、制御電流1cを制御して動作点電圧を移動させ
る場合には、第2図に点線で示したEl−Ic特性曲線
から分るように、低い方の動作電圧点を採用するほうが
、高感度が得られるという点で有利である。すなわち、
僅かな制御電流Icの変化で動作電圧点を大きく移動さ
せて取出電力を大きく変化させることができる。
However, when controlling the control current 1c to shift the operating point voltage, it is better to adopt the lower operating voltage point, as seen from the El-Ic characteristic curve shown by the dotted line in Figure 2. This is advantageous in that sensitivity can be obtained. That is,
A slight change in the control current Ic can greatly shift the operating voltage point and greatly change the extracted power.

このように低い方の動作電圧点を採用した場合、前述の
ように、負荷6の側から商用電源5へ向かう電力回生が
検知されたときは、制御電流1cを増加させて動作電圧
点を低下させ、太陽電池から取出される電力を減少させ
る。
When such a lower operating voltage point is adopted, as described above, when power regeneration from the load 6 side to the commercial power supply 5 is detected, the control current 1c is increased to lower the operating voltage point. and reduce the power extracted from the solar cells.

太陽電池から取出される電力は、よく知られているよう
に、太陽電池の温度によっても変化し、温度が低い方が
発生電力は増大する。それ故に、温度検出器32によっ
て太陽電池1の温度を監視し、温度の低下が検知された
ときは、同様に制御電流1cを増加させて動作電圧点を
低下させ、太陽電池から取出される電力を減少させるの
が望ましい。
As is well known, the power extracted from a solar cell changes depending on the temperature of the solar cell, and the lower the temperature, the more the generated power increases. Therefore, the temperature of the solar cell 1 is monitored by the temperature detector 32, and when a decrease in temperature is detected, the control current 1c is similarly increased to lower the operating voltage point, and the power extracted from the solar cell is It is desirable to reduce the

高い方の動作電圧点を採用した場合は、当然のことなが
ら、前記とは反対に制御電流Icを減少させる方向に制
御して動作電圧点を上昇させ、太陽電池から取出される
電力を減少させる。
Naturally, when a higher operating voltage point is adopted, contrary to the above, the control current Ic is controlled in the direction of decreasing to raise the operating voltage point and reduce the power extracted from the solar cell. .

制御電流1cの制御は、前述のように電源31を直接制
御するほか、直列抵抗17の値を制御してもよいことは
当然である。前記抵抗17としては、半導体可変抵抗な
どが好適である。本発明のインバータとしては、以上に
例示したフルブリッジ形の外、ハーフブリッジ形やPW
M(パルス幅変調)形のものなど適宜のものが使用可能
である。
It goes without saying that the control current 1c may be controlled not only by directly controlling the power supply 31 as described above, but also by controlling the value of the series resistor 17. As the resistor 17, a semiconductor variable resistor or the like is suitable. In addition to the full bridge type exemplified above, the inverter of the present invention may be a half bridge type or a PW inverter.
An appropriate type such as an M (pulse width modulation) type can be used.

また、インバータブリッジを構成するスイッチ素子とし
ては、電圧効果トランジスタ(FET)やゲート制御サ
イリスタなどが好適である。
Further, as the switch elements constituting the inverter bridge, voltage effect transistors (FETs), gate control thyristors, and the like are suitable.

(発明の効果) 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、つぎ
のような効果が達成される。
(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the present invention, the following effects are achieved.

(1)入射光量に応じた最大電力を太陽電池から取出す
ことができると共に、太陽電池から取出、す電力を要求
負荷量に応じて制御することができる。
(1) Maximum electric power can be extracted from the solar cell according to the amount of incident light, and the electric power extracted from the solar cell can be controlled according to the required load amount.

(2太陽電池を商用電源へ接続することができる。(2 solar cells can be connected to a commercial power source.

太陽電池を商用電源と接続できれば、蓄電池等を必要と
せず、太陽電池からの電力が不足したときは、商用電源
から電力を補充することができるので便利であり、保守
などの必要もほとんど無くなる。また、太陽電池からの
電力が要求負荷量を上田るときは、太陽電池から取出す
電力を制限して余剰電力が商用電源へ回生されることを
防止できる。したがって、一般の電力諮要家の実用に供
することができるようになる。
If solar cells can be connected to a commercial power source, there will be no need for storage batteries, and when the power from the solar cells runs out, it can be replenished from the commercial power source, which is convenient, and there is almost no need for maintenance. Furthermore, when the power from the solar cells exceeds the required load amount, it is possible to limit the power taken out from the solar cells to prevent surplus power from being regenerated to the commercial power source. Therefore, it can be put to practical use by general electric power consultants.

(a 蓄電池を用いていないので、保守が簡単になり、
一般に広く利用が可能になる。
(a) Maintenance is easy because no storage batteries are used,
It will be widely available to the general public.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の原理的構成を示すブロック図、第2図
は、太陽電池の端子電圧E1  (横軸)と出力電力P
gおよび制御電流Ic  (縦軸)との関係を、入射光
量(または入射光エネルギ)をパラメータとして示した
グラフ、第3図は、本発明の具体的な一実施例の回路例
を示す図である。 1・・・太陽電池、2・・・インバータ、3・・・電圧
・電流制御発振器、4・・・インダクタ、5・・・商用
電源、6・・・負荷、7,7a・・・可飽和鉄心、14
゜14a・・・電流制御巻線、15,15a川補償巻線
Fig. 1 is a block diagram showing the basic configuration of the present invention, and Fig. 2 shows the terminal voltage E1 (horizontal axis) of the solar cell and the output power P.
Fig. 3 is a graph showing the relationship between g and control current Ic (vertical axis) using the amount of incident light (or incident light energy) as a parameter. be. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Solar cell, 2...Inverter, 3...Voltage/current control oscillator, 4...Inductor, 5...Commercial power supply, 6...Load, 7, 7a...Saturable iron core, 14
゜14a...Current control winding, 15,15a river compensation winding

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)1対の出力端子を有する太陽電池と、前記出力端
子に接続され、前記太陽電池の直流出力電圧、およびそ
こに供給される制御電流の関数である周波数で発振する
電圧・電流制御発振器と、前記電圧・電流制御発振器の
出力周波数に基づいて制御されるチョッピング周波数を
有し、かつ前記太陽電池の直流出力電流を供給されてこ
れを交流に変換するインバータと、前記インバータの交
流出力および商用電源を接続するインダクタとを具備し
、前記制御電流は、太陽電池の直流出力電圧の上昇に伴
なって前記チョッピング周波数が上昇するように設定さ
れたことを特徴とする太陽電池用電力変換装置。
(1) A solar cell having a pair of output terminals, and a voltage/current controlled oscillator connected to the output terminal and oscillating at a frequency that is a function of the DC output voltage of the solar cell and the control current supplied thereto. an inverter that has a chopping frequency controlled based on the output frequency of the voltage/current controlled oscillator and is supplied with the DC output current of the solar cell and converts it into AC; an AC output of the inverter; an inductor connected to a commercial power source, the control current being set such that the chopping frequency increases as the DC output voltage of the solar cell increases. .
(2)前記電圧・電流制御発振器の交流出力基本周波数
が商用電源の周波数に実質上等しいことを特徴とする前
記特許請求の範囲第1項記載の太陽電池用電力変換装置
(2) The power conversion device for a solar cell according to claim 1, wherein the AC output fundamental frequency of the voltage/current controlled oscillator is substantially equal to the frequency of a commercial power source.
(3)前記電圧・電流制御発振器の交流出力基本周波数
が商用電源の周波数の整数倍に実質上等しく、前記イン
バータは多重パルス幅変調型であることを特徴とする前
記特許請求の範囲第1項記載の太陽電池用電力変換装置
(3) The AC output fundamental frequency of the voltage/current controlled oscillator is substantially equal to an integral multiple of the frequency of the commercial power source, and the inverter is of a multiple pulse width modulation type. The power conversion device for solar cells described above.
(4)前記電圧・電流制御発振器は、太陽電池の出力を
作動電源とするパン・アレン形発振器の可飽和鉄心に電
流制御巻線を付加した変形パン・アレン形発振器である
ことを特徴とする前記特許請求の範囲第1または第2項
記載の太陽電池用電力変換装置。
(4) The voltage/current controlled oscillator is a modified Pan-Allen oscillator in which a current control winding is added to the saturable core of a Pan-Allen oscillator whose operating power source is the output of a solar cell. A power conversion device for a solar cell according to claim 1 or 2.
(5)商用電源とインダクタとの接続ノードに接続され
た負荷と、負荷および商用電源の間の電流を検出する手
段と、電流検出手段の検出出力を供給され、前記電流制
御巻線に流れる電流を前記電流検出手段の検出出力に応
答して制御する手段とを更に具備し、太陽電池の電圧に
関する動作点を移動させて負荷側から商用電源への電力
の回生を防止することを特徴とする前記特許請求の範囲
第1ないし第4項のいずれかに記載の太陽電池用電力変
換装置。
(5) a load connected to a connection node between a commercial power source and an inductor, a means for detecting a current between the load and the commercial power source, and a current supplied with the detection output of the current detecting means and flowing through the current control winding. and means for controlling the voltage in response to the detected output of the current detecting means, and moving the operating point regarding the voltage of the solar cell to prevent regeneration of power from the load side to the commercial power source. A power conversion device for a solar cell according to any one of claims 1 to 4.
(6)商用電源とインダクタとの接続ノードに接続され
た負荷と、太陽電池の温度を検出する手段と、前記温度
検出手段の検出出力を供給され、前記電流制御巻線に流
れる電流を前記温度検出手段の検出出力に応答して制御
する手段とを更に具備し、太陽電池の電圧に関する動作
点を最大電力が得られる点に設定することを特徴とする
前記特許請求の範囲第1ないし第4項のいずれかに記載
の太陽電池用電力変換装置。
(6) A load connected to a connection node between a commercial power source and an inductor, a means for detecting the temperature of the solar cell, and a detection output of the temperature detecting means is supplied, and the current flowing through the current control winding is controlled at the temperature of the solar cell. Claims 1 to 4 further include means for controlling in response to the detection output of the detection means, and setting an operating point regarding the voltage of the solar cell to a point at which maximum power is obtained. 2. The power conversion device for solar cells according to any one of the items.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103389467A (en) * 2012-05-08 2013-11-13 现代摩比斯株式会社 Smart storage battery sensor using Hall sensor
EP4118668A4 (en) * 2020-03-11 2024-05-08 Third Equation Ltd Electric power converter for a photovoltaic energy source

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