JPH06250750A - 太陽光発電システム - Google Patents

太陽光発電システム

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JPH06250750A
JPH06250750A JP5335566A JP33556693A JPH06250750A JP H06250750 A JPH06250750 A JP H06250750A JP 5335566 A JP5335566 A JP 5335566A JP 33556693 A JP33556693 A JP 33556693A JP H06250750 A JPH06250750 A JP H06250750A
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solar cell
solar cells
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solar
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Hiroyuki Kurokawa
裕之 黒川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に太陽電池の最適動作点を正確に追尾し、
かつ汎用性の極めて高い蓄電池充電システムを提供する
こと。 【構成】 太陽電池を左右2つに分割し蓄電池を流れる
電流の大きさを比較して最適動作点が設定電圧の高い側
にあるか低い側に有るのかを検出する手段を備え太陽電
池の端子電圧を与えられた指令値に制御する機構を備え
た電力変換手段に指令を与えて太陽電池の最大出力点に
自動追尾するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、常に最大電力を安定し
て供給し得るように、太陽電池の最大出力点を自動的に
追尾できるようにした太陽光発電システムに関する。
【0002】
【従来の技術とその問題点】従来、太陽電池から最大電
力が得られるように制御するシステムとして、図7に示
すものが提案されている。このシステムは、太陽電池P
が適宜チョッパ,インバータ等の変換器Hを介して、独
立負荷L及び他の電源系統Aにそれぞれ接続されて給電
システムを構成するものであって、さらに太陽電池Pが
最大電力を出力し得る電圧値を設定する電圧指令器DS
と、太陽電池Pの出力電圧を検出する電圧検出器DV
と、この電圧検出器DVで検出された電圧値と電圧指令
器DSの設定電圧値とを比較して、変換器Hの出力電圧
または出力電流を調整する調節器REとを設けたもので
ある(特開昭56-91630号公報等参照)。
【0003】通常、太陽電池の出力特性は気温や日射等
の環境変化、太陽電池の受光面の汚れ、太陽電池の経年
変化等の変化により大きく変動する。したがって、上記
従来のシステムではこのような変化に追従するような機
構はなく、太陽電池のきめ細かな出力制御を行うことは
できず、常に高い効率を維持できないのである。
【0004】また、例えば太陽電池の裏面温度を計測し
て予め実験で求めた太陽電池の特性データを参照しなが
ら太陽電池の動作点を求める方法や、太陽電池の動作点
を故意に移動させ、移動前後の発生電力の差異を比較し
最大出力点をサーチする方法等もあるが、特性の不明な
太陽電池を動作させることが困難であったり、仮に実験
で求めたデータ等が豊富に用意されていても、経年変化
によって太陽電池の特性が変化したり受光面の汚れ等で
特性が劣化した場合などは最適動作点を誤ってしまうこ
とがある。
【0005】また、太陽電池の動作点を故意に移動さ
せ、移動前後の発生電力の差異を比較する方法では、経
年変化による太陽電池の特性変化や受光面の汚れ等によ
る特性劣化の問題を避けることができるが、動作点の移
動時に俄雨や雲が移動する等の自然環境変化が発生した
場合、何に起因してシステムの出力変動があったのかを
明確に知ることができないという問題があり、これを解
決するには多数決論理やファジー論理等により論理を構
築する必要があり、構成が著しく複雑化するなどして問
題である。
【0006】
【目的】そこで、本発明は上記従来システムの問題点に
鑑み案出されたものであり、環境条件、太陽電池の経年
変化等に左右されず、常に高い効率を維持できる太陽光
発電システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の太陽光発電システムは、少なくとも太陽電
池と該太陽電池に接続された電力変換手段とから成る回
路ブロックを複数設け、各電力変換手段の出力を負荷に
供給するように構成した太陽光発電システムであって、
各電力変換手段は各回路ブロックの太陽電池の端子電圧
を所定の指令値に制御し、その結果生じた各電力変換手
段の出力電流の差から各回路ブロックの太陽電池の最大
出力点を自動追尾するようにしたことを特徴とする。
【0008】なおここで、負荷は通常の電気器具等に限
定されるものではなく、蓄電池,インバータ,電源系統
等にも適用することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明に係る一実施例について詳細に
説明する。簡単のため太陽電池及びその電力変換手段を
左右二つの回路ブロックに分割した例について説明す
る。図1に示すように、第1の負荷である蓄電池BTは
左右の回路ブロックに分割した太陽電池PR,PLによ
り充電されるが、これら各太陽電池と蓄電池BTとは、
それぞれ逆流防止ダイオードDR,DLを介して、電力
変換手段(DC/DC コンバーター)CR,CLに接続され
ており、蓄電池BTは各電力変換手段CR,CLによっ
て電力変換された後、電流検出用の微小抵抗RR, RL
を経由して合成した電流により充電されるように構成さ
れている。
【0010】ここで、微小抵抗RR, RLは、電流検出
用のシャント抵抗器として一般的なものであり、第2の
負荷LDにほとんど影響を与えない程の微小抵抗値を有
する。微小抵抗RRの両端には、蓄電池BTを流れる右
側の太陽電池PRで発電された電流分の電圧が発生す
る。また同様に、微小抵抗RLの両端には左側の太陽電
池PLで発電された電流分の電圧が発生する。このよう
に構成すれば、左右の太陽電池PR,PLの効率の違い
を、電流検出用の微小抵抗RR, RLの両端の電圧差を
計測することによって容易に検出することが可能とな
る。
【0011】また、電力変換手段CR,CLは、各太陽
電池PR,PLの動作点を制御できる機構を備えてい
る。このように各太陽電池の動作点を左右異なった値に
指令しておくと、比較器CPが両太陽電池の効率の違い
を検出して、左右の太陽電池のいずれかがより沢山の電
流を蓄電池BTに流しているかを検出できる。そして、
比較器CPの出力値に基づいて制御回路CCの信号によ
り電力変換手段CR,CLを通じて各太陽電池の動作電
圧を変更する。
【0012】次に、制御回路CCの作動について詳細に
説明する。代表的な太陽電池特性は、図2に示すように
温度が一定であれば日射量に応じて最適動作点(最大電
力出力点)が変動する。また、この動作点は温度変化に
応じても変動する。図3に示すように、ある温度におけ
る電力変化の電圧依存性のカーブにおいて、例えば左側
の電力変換手段CLの指令値をa−点に設定し、右側の
電力変換手段CRの指令値をa−点よりΔVだけ高いa
+の点に設定するとする。このように左右の電圧指令値
をΔVだけ差をつけた場合、図3に示すa−点とa+点
では、図1で示した微小抵抗RR,RLを流れる充電電
流IR,ILには、左右の太陽電池の動作点の違いから
発生する充電電流の差が生じ、この例ではIL<IRと
なり、電圧を上昇させる方向に最適動作点(最大出力
点;以下MP点)があることがわかる。また同様にし
て、左側の電力変換手段CLの指令値をc−点に設定
し、右側の電力変換手段CRの指令値をΔVだけ高いc
+の点に設定した場合、IL>IRとなり、電圧を下降
させる方向にMP点があることがわかる。
【0013】すなわち具体的には、以下のようにしてM
P点を容易に探すことができる。例えば図4のフローチ
ャートに示すように、まず太陽電池PR,PLの初期電
圧値を設定し(ステップ10,20)、例えば太陽電池
PRの電圧を前記初期値からΔVだけ増大させる(ステ
ップ30)。次に、太陽電池PR,PL間で電流の比較
を行い(ステップ40)、IR>ILであるならば、左
側の電力変換手段DLの指令値を右側の電力変換手段C
Rの指令値に設定し(ステップ50)、電力変換手段C
Rの指令値は、現在の指令値にさらにΔVだけ高い値を
加えた値に設定する(ステップ60)。また、逆にIL
>IRであるならば、右側の電力変換手段CRの指令値
を左側の電力変換手段CLの指令値に設定し(ステップ
70)、電力変換手段CLの指令値は、現在の指令値に
さらにΔVだけ低い値に設定して(ステップ80)、M
P点に近づけることが可能となる。
【0014】このように、上記一連の動作を繰り返し行
うと、各電力変換手段の指令値は次第に太陽電池の最適
動作点(MP点)に到達する。そして、MP点近傍での
動きは図5のごとくとなる。例えば、ケース1は太陽電
池PLの電圧(以下、PL)<MP点の電圧(以下、M
P)<太陽電池PRの電圧(以下、PR) → MP<
PL<PR → PL<MP<PR ・・・の繰り返し
を行う場合、ケース2はPL<PR<MP → PL<
MP<PR → PL<PR<MP ・・・の繰り返し
を行う場合、ケース3はPL<PR(=MP) → P
L(MP)<PR → PL<PR(=MP) ・・・
の繰り返しを行う場合である。いずれにせよ、MP点の
近傍では2ΔVの範囲で動作点が移動することになる。
【0015】上記作動を行わせる制御回路CCの具体例
は、図6に示すように、まず、初期値を設定するディッ
プスイッチD1によって初期値が指定される。又電力変
換手段の指令値に差を設けΔVだけ高い又は低い等の指
示を出す設定はディップスイッチD2によって設定され
る。これらによって初期設定された値は加算器A1によ
って演算され、左側の電力変換手段CRの指令値には初
期値が指令されてデーター保持器Kによって保持されて
出力される。一方、右側の指令値は加算器A2によって
ΔVだけ加算されて右側の電力変換手段の指令値として
出力される。この時、ΔVだけ高い指令値を与えた右側
の充電電流が大きい場合には左側の指令値は加算器A1
によってΔVだけ加算される。また、同時に右側の指令
値は左側の加算された指令値にさらにΔVだけ加算する
為に加算器A2によって加算される。又逆に左側の充電
電流が大きくなった場合にはΔVの補数を作る回路Hに
よってつくられた値を加算器A1が加算動作を行い結果
として−ΔVの演算を行う。このように動作すると太陽
電池の最大電力出力点を中心に上下ΔVの範囲を行き来
することになる。この時ΔVの値を充分小さい値に設定
すれば、本制御装置でコントロールされた電力変換手段
はほぼ最大電力出力点を維持することになる。
【0016】このように、本実施例では充電電流の絶対
値を比較せずに、単に充電電流の大小を比較して制御を
行う。従来では実験で求めた特性をデーターとし、別の
温度センサーで検出した値から最適動作点を推定する方
法が知られているが、これでは特性の変化した太陽電池
では最適動作点を誤ることになる。また,故意に動作点
を変動させて変動前後の電力差を比較する方法では絶え
ず変化している太陽電池の動作点に自動追尾することが
困難であった。本方式ではこのような従来の問題を解消
することができ、発電電力の大小比較のみを同時に行う
だけの単純な比較で、日射の急変等の影響は左右の太陽
電池にほぼ同時に発生し、発電量の大小比較を誤ること
は無く日射の変化や風の影響によって生じる温度変化に
おいても素早く追従可能でありシステムの効率を常に高
く維持できる。
【0017】なお、上記実施例においては太陽電池を2
つの回路ブロックに分割した例について示したが、3つ
以上の回路ブロックに分割しても同様にして太陽電池の
最大出力点を追尾することが可能であり、また、太陽電
池は上記のように並列だけでなく、直列または直並列で
も適用が可能であり、さらに、蓄電池のかわりに、イン
バータや他の電源系統を接続してもよく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内で適宜変更し実施可能である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽光発
電装置によれば、日射のダイナミックな変動や特性劣化
の変動に正確に対応することができるので、常に太陽電
池のほぼ100%近い発電量を蓄電池に蓄えることが可
能となり、従来より効率を著しく向上させた太陽光発電
装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽光発電装置の一実施例を示す
全体構成図である。
【図2】太陽電池の電流,電力−電圧特性を示すグラフ
である。
【図3】太陽電池の出力電力カーブの一例を説明するグ
ラフである。
【図4】本発明の最大出力点を求めるフローチャートを
示した図である。
【図5】本発明の太陽電池出力カーブの最大出力点近傍
の様子を示した図である。
【図6】制御回路の具体例を示す回路図である。
【図7】従来の給電システム例を示す回路である。
【符号の説明】
PR,PL ・・・ 太陽電池 BT ・・・ 蓄電池 DR,DL ・・・ 逆流防止ダイオード CR,CL ・・・ 電力変換手段 RR,RL ・・・ 微小抵抗 CP ・・・ 比較器 CC ・・・ 制御回路 A1,A2 ・・・ 加算器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも太陽電池と該太陽電池に接続
    された電力変換手段とから成る回路ブロックを複数設
    け、前記各電力変換手段の出力を負荷に供給するように
    構成した太陽光発電システムであって、前記各電力変換
    手段は各回路ブロックの太陽電池の動作電圧を所定の指
    令値に制御し、その結果生じた各電力変換手段の出力電
    流の差に応じて各回路ブロックの太陽電池の最大出力点
    を自動追尾するようにしたことを特徴とする太陽光発電
    システム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014215793A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 独立行政法人産業技術総合研究所 太陽電池ストリングの電圧調整回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014215793A (ja) * 2013-04-25 2014-11-17 独立行政法人産業技術総合研究所 太陽電池ストリングの電圧調整回路

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