JPH07302129A

JPH07302129A - 太陽電池発電量測定装置

Info

Publication number: JPH07302129A
Application number: JP6114112A
Authority: JP
Inventors: Masashige Tamechika; 正成爲近; Nobuyoshi Takehara; 信善竹原; Kimitoshi Fukae; 公俊深江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-04-30
Filing date: 1994-04-30
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】手軽に設置でき、安価でかつ正確な太陽電池
発電量測定装置を提供する。【構成】太陽電池１１を負荷１２に接続する。太陽電
池１１が出力する電圧値および電流値を検出部１３によ
り検出し、Ａ／Ｄ変換部１４でデジタルデータに変換
し、制御部１５に入力する。制御部１５は内部で電力値
として演算し、その電力値が最大となる点を探して負荷
１２を制御する。最大電力点を見つけた時点の電圧値お
よび電流値を記録部１６にデータとして送って記録す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池発電量測定装置
に関し、特に太陽電池の発電量を長期にわたって測定す
る測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増加に伴い、大規模発
電所を補完する役割を持つ、系統連系分散型発電システ
ムが注目されてきている。この種のシステムでは特に新
エネルギーとして太陽電池を電力として利用する試みが
進められている。

【０００３】ところが、太陽電池はそのエネルギー源を
太陽光という自然エネルギーを使い、また太陽光は場所
や時間などにより一定でなく、太陽電池が設置される土
地によって得られる電力が異なる。このため、その土地
に最適なシステム設計を行うことが重要である。そのた
めには気象庁などで日射計により測定している日射量デ
ータなどを参考にすることもできるものの、日射計の出
力は太陽電池の出力とは必ずしも比例せず、季節によっ
てその割合は大きく変化する。これは太陽電池の温度特
性や太陽光のスペクトルの変化によるところが大きい。

【０００４】また、英弘精機社製のＩＶ−ＣＵＲＶＥ
ＴＲＡＣＥＲＭＰ−１２３のような太陽電池特性を測
定するための測定器で発電量を計測する方法もあるが、
この方法では太陽電池の動作点がＩ_sc（短絡電流）から
Ｖ_oc（開放電圧）まで変化し、また次の計測時まではＶ
_ocの状態のまま保持されてしまう。ところが実際のシス
テムの動作状態においては、Ｖ_ocやＩ_scの状態はほとん
ど存在せず、太陽電池は一定動作電圧もしくは最大電力
点において動作していることから、実際の発電システム
の動作を厳密には模擬できないという欠点があった。

【０００５】特にアモルファス太陽電池を使用する場合
には動作状態とＩ_sc状態やＶ_oc状態とでは劣化の条件が
異なり、このため例えば測定を開始してから１カ月後の
測定データと実際の発電システムを設置してから１カ月
後の発電量とが大きく違ったものになってしまう。

【０００６】これらの問題から、従来は、実際のシステ
ムを模擬した測定用模擬システムを各所に設置し、そこ
で発電した発電データを収集することで、多くの地点に
おけるデータを収集し、太陽電池の発電量を測定する方
法が取られていた。図９にこの種の一般的な測定用模擬
システムを示した。この例は、一般家庭に設置する系統
連系発電システムを模擬したもので、通常想定される規
模である３［ｋＷ］の半分の規模の１．５［ｋＷ］の模
擬システムを構築したものである。

【０００７】図９において、太陽電池アレイ１は、５０
［Ｗ］の太陽電池モジュールを３０枚を組み合わせて１
５００［Ｗ］のアレイを構成したものである。太陽電池
アレイ１の出力は、インバータ２によって交流電力に変
換され、例えば冷蔵庫やテレビのような、またはそれら
を模擬した負荷３に供給されるとともに、電力系統と連
系される。

【０００８】そして、太陽電池アレイ１から得られた電
力は検出部４によって検出され、測定器５によってデー
タ化され、データ記録用パソコン６によって記録され
る。ここで、実用上は、パソコン内部のプログラムによ
りデータを圧縮できるので、１〜２年といった長い期間
でもデータを保存することができる。またこれら測定器
５やパソコン６も一つの負荷として、インバータ２に接
続されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ような測定用模擬システムは、これを一つ設定すると莫
大な費用がかかる。このため、本来の目的である多くの
地点におけるデータを収集するということはコスト的に
困難であるという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、手軽に設置でき、また安
価でかつ正確な太陽電池発電量測定装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの手段として、本発明は、太陽電池と、負荷と、前記
太陽電池の出力する電流値、または電圧値と電流値を検
出する手段と、前記検出した電流値、または電圧値と電
流値を長期間記録するデータ記録手段を備えてなること
を特徴とする太陽電池発電量測定装置を提供するもので
ある。

【００１２】

【作用】本発明の太陽電池発電量測定装置では、太陽電
池と負荷を使い、実際に設置する発電システムの動作に
合わせて負荷の制御を行う。なお、本発明の測定装置
は、太陽電池が動作可能な限りは、ある値以上の日射量
下において、太陽電池が開放電圧および短絡電流以外の
動作点にて持続的に動作するものである。このため、従
来のような日射計による測定や太陽電池の特性だけの測
定と違い、データの信頼性が高く、季節変動や劣化によ
るデータの修正を行う必要が無い。またこれら太陽電池
と負荷は小型ですませることができる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００１４】（実施例１）図１に本発明に係る太陽電池
発電量測定装置の実施例を示した。この実施例は最大出
力点制御を行うシステムを模擬したもので、これにより
例えば系統連系発電システムなどを模擬することができ
る。

【００１５】図１において、例えば太陽電池セル１枚に
より構成された太陽電池１１の出力を、例えばトランジ
スタや電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などから構成さ
れる負荷１２に接続し、またこれら太陽電池１１と負荷
１２との間に設けた検出部１３により、太陽電池１１が
出力する電圧値および電流値を検出している。

【００１６】検出部１３が検出した電圧値および電流値
は、Ａ／Ｄ変換部１４でデジタルデータに変換され、ま
たＣＰＵおよびその周辺機器からなる制御部１５に入力
される。

【００１７】制御部１５は、入力された電圧値および電
流値を内部で電力値として演算し、その電力値が最大と
なる点を探して負荷１２を制御する。ここで、制御部１
５が最大電力点を見つけたら、その時点の電圧値および
電流値が、例えばフロッピーディスク駆動装置やディジ
タルレコーダなどで構成される記録部１６に、データと
して送られる。記録部１６は、入力された電圧値と電流
値のデータをフロッピーディスクやレコーダ用紙といっ
た記録媒体に記録する。

【００１８】ここで、制御部１５および記録部１６は、
例えばリチウム電池などを使用した電源部１７より、駆
動用電力を供給されて別途駆動される。また、例えば負
荷１２に充電可能な２次電池とスイッチング電源等を用
い、そこで変換された電力を制御部１５や記録部１６に
供給することで、負荷１２によって消費するはずの電力
を駆動用電力に使うこともできる。

【００１９】図２は、上記システムをより具体的に示し
たものである。即ち、太陽電池１１にはUnited Solar S
ystems社製のアモルファス太陽電池セルを使用した。こ
のように構成すると、太陽電池１１が太陽電池セル１枚
のみですみ、サイズは３１［ｃｍ］×９［ｃｍ］と非常
に小さくできる。この太陽電池１１の出力定格電圧／電
流は１．２［Ｖ］／１．４［Ａ］の１．６８［Ｗ］、開
放電圧は１．７［Ｖ］、また短絡電流は１．８［Ａ］で
ある。

【００２０】図２の場合、負荷１２は、０．２［Ω］
（０．５［Ｗ］）の固定抵抗１２１と可変負荷としての
ＭＯＳ−ＦＥＴ（２ＳＫ９７４）１２３を直列に接続
し、これらの直列負荷に２．５［Ω］（１［Ｗ］）の固
定抵抗１２２を並列に接続している。この構成により、
０〜５［Ｖ］の制御信号を入力することで、太陽電池１
１端の電圧を約０．５［Ｖ］から１．５［Ｖ］まで変化
させることができる。なお、ここではＭＯＳ−ＦＥＴ１
２３の制御性を良くするために固定抵抗１２１、１２２
を２つ接続する構成としたが、後述するＤ／Ａ変換器１
５２の制御信号を細かく制御することができるなら、こ
れらの抵抗は無くてもかまわない。また、このようにＭ
ＯＳ−ＦＥＴ１２３を用いることで、負荷１２の負荷量
を外部信号により制御することができ、太陽電池１１の
出力を所望の値になるようにできる。

【００２１】検出部１３は、電圧検出としては固定抵抗
１２２の両端の電圧をそのまま検出し、また電流検出と
してはホールセンサ１３１を使用している。ホールセン
サ１３１は１［Ａ］を１［Ｖ］の検出信号として出力す
るものである。

【００２２】Ａ／Ｄ変換部１４は、電流・電圧それぞれ
をディジタルデータに変換する機能を持った一般的なＡ
／Ｄ変換器１４１、１４２を使用した。

【００２３】制御部１５は、ＣＰＵ１５１、Ｄ／Ａ変換
器１５２、一時記憶用メモリ１５３から構成され、例え
ば特開昭６２−８５３２１号公報に記載されているよう
な制御方法で、最大出力点追尾制御を行い、ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ１２３を制御する。制御部１５は、最大出力点が得
られたならば、その時点での入力データを出力する。な
お、最近はＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、一時記憶用メ
モリ等を内蔵したＣＰＵも売られているので、そのよう
なＣＰＵを使えば回路を更に小型化できる。

【００２４】記録部１６はここでは光磁気ディスク駆動
装置１６１を用い、ＣＰＵ１５１からのデータを光磁気
ディスクに記録する。ここで、上記の一時記憶用メモリ
が数１００ｋＢｙｔｅと大きく取れる様ならば、直接デ
ィスクに書き込まずに一旦メモリに書き込んでおき、ま
た例えば夜間に圧縮処理を行いデータサイズを小さくし
てからディスクに書き込めば、フロッピーディスクのよ
うな記憶容量の小さい媒体でも長期間の記録が可能であ
る。また、データはシーケンシャルに書き込まれるだけ
なので、ディスク媒体でなくともＤＡＴや８ｍｍテープ
のようなテープ媒体であってもかまわない。もちろん必
要に応じてデジタルレコーダ等を使い、レコーダ用紙に
記録してもかまわない。

【００２５】このように本発明による太陽電池発電量測
定装置は小型の部品だけを使用している。このため、本
体を非常に小型化でき、例えば屋根の上に一年間置いて
おくだけでその場所での一年間の発電データを得ること
ができるものである。

【００２６】（実施例２）図３に本発明に係る太陽電池
発電量測定装置の実施例２を示した。この実施例２の装
置は、上記実施例１の装置において、検出部１３と負荷
１２との間に、これらの間の回路接続をする開閉器１８
を設けたものである。開閉器１８は、制御部１５により
開閉制御されるここで、実施例１の構成の場合、夜間な
ど太陽電池が動作不可能な状態である場合を除いて太陽
電池は最大出力点で制御されるので、例えば系統連系発
電システムなど最大出力点制御を行うシステムを模擬す
ることができる。本実施例の場合には、模擬されるシス
テムとして、ある電圧値以上で起動しまた別のある電圧
値以下で停止するシステムを模擬しているものである。

【００２７】例えば模擬されるシステムの起動電圧が２
００［Ｖ］、停止電圧が１６０［Ｖ］で、太陽電池アレ
イの定格動作電圧が１８０［Ｖ］であり、また本実施例
の太陽電池に実施例１と同じものを使っている場合に
は、この測定装置の起動電圧は２００×１．２／１８０
＝１．３３［Ｖ］であり、また停止電圧は１６０×１．
２／１８０＝１．０７Ｖとなる。

【００２８】従って、検出部１３で検出した電圧値が
１．３３［Ｖ］以上になれば、制御部１５は例えば半導
体リレー等で構成される開閉器１８に対して制御信号を
出力して開閉器１８は回路を閉じ、太陽電池１１は動作
を開始する。一方、検出部１３で検出した電圧値が１．
０７［Ｖ］以下になれば、制御部１５は開閉器１８に対
して制御信号を出して開閉器１８は回路を開き、太陽電
池１１は動作を停止する。

【００２９】また図４は他の形式の開閉器１８を用いた
同様な構成の太陽電池発電量測定装置を示したものであ
る。この場合、開閉器１８の閉によって検出部１３の出
力側ないし負荷１２の入力側が短絡され、太陽電池１１
の出力が短絡される。そして、この構成では、上記と同
様に、ある電流値以上で太陽電池１１が起動し、また別
のある電流値以下で太陽電池１１の動作が停止するシス
テムの場合を模擬できる。

【００３０】このように本発明では、模擬されるシステ
ムが起動停止制御を行っている場合でも、問題なく実情
に合わせた制御を行うことができ、正確な発電量を測定
することが可能である。

【００３１】（実施例３）図５に本発明に係る太陽電池
発電量測定装置の実施例３を示した。本実施例は例えば
バッテリー充放電装置を接続した場合などの、定電圧制
御を行うシステムを模擬したものである。

【００３２】本実施例の場合、図１における検出部１３
において電圧を検出せず、ホールセンサ１３１による電
流の検出のみを行う。そして負荷１２の抵抗値とこの検
出した電流値に基づいて定電圧制御を行うことができ
る。このように構成すれば、記録部１６に記録するデー
タも電圧値は一定なので電流データだけ記録すれば良
く、記録媒体の節約が可能である。

【００３３】もちろん実施例１の図２の回路構成のよう
に電圧検出を行う構成とし、この検出電圧が一定となる
様に制御すればＣＰＵのアルゴリズムも簡単になるが、
このような電圧一定制御は図５の本実施例のような回路
構成も可能なのである。

【００３４】そして例えば本実施例のように構成するこ
とで、負荷の制御は最大出力点制御でなくとも、実使用
状態を想定したさまざまな制御方法の模擬が可能となる
のである。例えば図６に示すように負荷１２を一定負荷
とすることで、太陽電池負荷直結システムのような定抵
抗負荷が接続された太陽光発電システムを模擬すること
も可能である。また、太陽電池負荷直結システムの場合
は、負荷はタイマによって動作時間帯を決められて要る
場合もある。そのような場合は、同様のアルゴリズムを
ＣＰＵに持たせ、動作時間帯以外は太陽電池を切り離す
などして模擬することもできる。これにより、予め設定
された時間帯において太陽電池を持続的に動作させるこ
とができる。

【００３５】（実施例４）図７に本発明に係る太陽電池
発電量測定装置の実施例４を示した。

【００３６】本実施例では太陽電池１１として、アモル
ファス太陽電池でなく、昭和シェル石油社製の単結晶太
陽電池を用いたものである。この太陽電池は、太陽電池
セル２枚直列で出力定格電圧／電流は０．４８［Ｖ］×
２／３．０５［Ａ］の２．９４［Ｗ］のものである。ま
た開放電圧は０．６［Ｖ］×２、短絡電流は３．４
［Ａ］である。更に大きさも２０［ｃｍ］×１０［ｃ
ｍ］と小さい。

【００３７】この実施例では、負荷１２は、０．２
［Ω］（０．５［Ｗ］）の可変抵抗１２４とＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ（２ＳＫ９７４）１２３を直列に接続し、また更に
２．５［Ω］（１［Ｗ］）の可変抵抗１２５を並列に接
続している。可変抵抗１２４は０．１５［Ω］まで絞
り、また可変抵抗１２５は０．５［Ω］まで絞ってい
る。この構成にすることで、上記のような特性を持った
単結晶太陽電池においても、その出力電圧を制御するこ
とが可能となる。またアモルファス太陽電池に戻した時
は、可変抵抗１２４、１２５の抵抗値を、それぞれ０．
２［Ω］、２．５［Ω］まで上げれば良い。また、これ
らの可変抵抗１２４、１２５も、実施例１と同様ＦＥＴ
の制御性を良くするために接続したものである。従っ
て、同様にＤ／Ａ変換器１５２の制御信号を細かく制御
することができるなら、これらの抵抗は無くてもかまわ
ない。

【００３８】このように本発明における太陽電池発電量
測定装置では、負荷１２のパラメータも太陽電池１１の
さまざまな特性に応じて変えることができる。そして、
太陽電池１１は本体から離れたところに設置でき、装置
本体ごと交換せずとも太陽電池１１を適切なものに変換
が可能であり、他の種類の太陽電池１１に交換しても動
作することができる。このため実使用状態を想定したさ
まざまな太陽電池システムの模擬が可能である。

【００３９】（実施例５）図８に本発明に係る太陽電池
発電量測定装置の実施例５を示した。本実施例では、記
録部１６のあとに、例えばデータモデムやＩＳＤＮター
ミナルアダプタ等によって構成される通信部１９を接続
して構成されるものである。通信部１９からは更に、Ｎ
ＴＴの交換機等の通信回線に接続されている。

【００４０】本実施例の場合、測定されたデータは記録
部１６に一旦記録され、その後、夜間通信回線を通し
て、他のデータ記録装置やホストコンピュータ等に伝送
される。正常に伝送が終了したならば、記録部１６に記
録されたデータは削除される。そして、このような構成
にすれば、記録部１６にＳ−ＲＡＭ等の記憶容量の小さ
い媒体を使用することができる。ここで、記憶容量は通
信異常の場合にバックアップしておける程度の容量があ
れば良いので一般的に約２週間分のデータが置ける容量
があれば十分実用に耐えるであろう。

【００４１】このように本発明の太陽電池発電量測定装
置は、通信回線に接続することが可能であり、また一度
設置したらフリーメンテナンスでデータを取り続けるこ
とができる様になる。なお、本実施例ではこの通信回線
を公衆電話回線としたが、同じ構内にホストコンピュー
タがある場合は自営の内線を使用しても良いし、通信部
に無線モデムを接続することで例えば移動電話等の無線
通信回線を使用することも可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の太陽電池
発電量測定装置では、非常に安価に太陽光発電システム
の発電量を測定できる。また、実際の太陽電池を用いて
かつ実際の発電システムの動作を連続的に模擬できるの
で、太陽光発電システムを実際に設置した時と同等の、
信頼性の高いデータを収集することができる。

【００４３】更に、回路も単純なためメンテナンスフリ
ーで、通信回線を接続すれば世界各地の発電量データを
長時間にわたって集中的に集めることもできる。ひいて
は太陽電池発電システムのようなクリーンエネルギーの
分散型発電システムを世界中の各家庭に普及させること
ができ、地球規模での環境問題にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の太陽電池発電量測定装置を示す説明
図である。

【図２】実施例１の太陽電池発電量測定装置のより詳細
な説明図である。

【図３】実施例２の太陽電池発電量測定装置を示す説明
図である。

【図４】実施例２の太陽電池発電量測定装置を示す別の
説明図である。

【図５】実施例３の太陽電池発電量測定装置を示す説明
図である。

【図６】実施例３の太陽電池発電量測定装置を示す別の
説明図である。

【図７】実施例４の太陽電池発電量測定装置を示す説明
図である。

【図８】実施例５の太陽電池発電量測定装置を示す説明
図である。

【図９】従来の一般的な測定模擬システムを示す説明図
である。

【符号の説明】

１太陽電池アレイ２インバータ３負荷４検出部５測定器６データ記録用パソコン１１太陽電池１２負荷１３検出部１４Ａ／Ｄ変換部１５制御部１６記録部１７電源部１８開閉器１９通信部１２１、１２２固定抵抗１２３ＭＯＳ−ＦＥＴ１２４、１２５可変抵抗１３１ホールセンサ１４１、１４２Ａ／Ｄ変換器１５１ＣＰＵ１５２Ｄ／Ａ変換器１５３一時記憶用メモリ１６１光磁気デイスク駆動装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池と、負荷と、前記太陽電池の出
力する電流値、または電圧値と電流値を検出する手段
と、前記検出した電流値、または電圧値と電流値を記録
するデータ記録手段とを備えてなることを特徴とする太
陽電池発電量測定装置。
【請求項２】前記太陽電池の端子電圧が、予め決めら
れた第１の電圧値以下になれば前記太陽電池の出力を開
放し、また前記太陽電池の端子電圧が予め決められた第
２の電圧値以上になれば、前記太陽電池が動作を開始す
ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池発電量測定
装置。
【請求項３】前記太陽電池の出力電流が、予め決めら
れた第１の電流値以下になれば前記太陽電池の出力を短
絡し、前記太陽電池の短絡電流が予め決められた第２の
電流値以上になれば前記太陽電池が動作を開始すること
を特徴とする請求項１記載の太陽電池発電量測定装置。
【請求項４】予め設定された時間帯において前記太陽
電池が持続的に動作することを特徴とする請求項１記載
の太陽電池発電量測定装置。
【請求項５】前記負荷としてその負荷量を外部信号に
よって制御される可変負荷を使用し、前記太陽電池の出
力が所要の値となる様に前記可変負荷を制御することを
特徴とする請求項１記載の太陽電池発電量測定装置。
【請求項６】前記太陽電池の出力が最大となる様に前
記可変負荷を制御することを特徴とする請求項５記載の
太陽電池発電量測定装置。
【請求項７】前記太陽電池が一つまたは複数の太陽電
池セルを一つにまとめた太陽電池モジュール１枚である
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池発電量測定装
置。
【請求項８】前記負荷と前記検出手段と前記データ記
録手段を一つの本体に納めたことを特徴とする請求項７
記載の太陽電池発電量測定装置。
【請求項９】前記データ記録手段を通信回線に接続す
る通信手段を更に設けたことを特徴とする請求項１記載
の太陽電池発電量測定装置。