JPH11282553A - 太陽光発電装置 - Google Patents
太陽光発電装置Info
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- JPH11282553A JPH11282553A JP8370998A JP8370998A JPH11282553A JP H11282553 A JPH11282553 A JP H11282553A JP 8370998 A JP8370998 A JP 8370998A JP 8370998 A JP8370998 A JP 8370998A JP H11282553 A JPH11282553 A JP H11282553A
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Abstract
できる太陽光発電装置を得る。 【解決手段】 太陽光発電装置におけるインバータ回路
の起動直前に、MPPT制御を行う際に用いる仮想最適
動作電圧VA 、MPPT最小電圧VL 、MPPT最大電
圧VH 、電圧変化幅切替え電圧VCL及びVCHをソーラパ
ネルの出力電圧に基づいて算出し(ステップ100)、
その後、算出した各電圧値に基づいてMPPT制御を行
う(ステップ102〜ステップ150)。
Description
係り、特に、太陽電池の動作点を最大電力点に追尾させ
る太陽光発電装置に関する。
出力電圧−出力電流特性は、図4(A)に示すような曲
線で表わされる。従って、太陽電池の出力電圧−出力電
力特性は、図4(B)に示すような曲線で表わされる。
即ち、太陽電池の出力電圧が0[V]から所定電圧まで
の間は出力電力は徐々に増加し、該所定電圧を超えると
出力電力は徐々に減少する。上記所定電圧時における出
力電力は当該太陽電池の最大電力となり、この部分を最
大電力点Pm という。
電力を取り出す制御として、太陽電池の動作点が常に最
大電力点Pm を追尾するように変化させる最大電力追尾
制御(以下、MPPT(Maximum Power Point Trackin
g)制御という)が知られている。
の制御目標値となる電圧指令値を一定時間間隔で微少変
化させて、この際の太陽電池の出力電力を計測して前回
の計測値との比較を行い、常に出力電力が大きくなる方
向に上記電圧指令値を変化させるという手順によって、
太陽電池の動作点を最大電力点(最適動作点)に近づけ
るものである。
合、起動時に太陽電池の動作点が短時間に最大電力点に
到達するように、使用する太陽電池の種類に応じて仮想
最適動作電圧、MPPT最小電圧VL 、及びMPPT最
大電圧VH を各々固定的に設定し、MPPT最小電圧V
L からMPPT最大電圧VH までの範囲内のみにおいて
太陽電池の出力電力が最大となるように行っていた。
池の出力電圧−出力電力特性は、太陽電池の種類のみに
よって決定されるものではなく、季節の変化等に伴う太
陽電池周辺の温度の変化や日射量によっても変動する。
即ち、図5に示すように、出力電圧−出力電力特性は、
太陽電池周辺の温度が高くなるに従って最適動作電圧が
小さくなる方向に変化する。また、出力電圧−出力電力
特性は、日射量が多くなると最適動作電圧が大きくなる
方向に変化する。
は、使用する太陽電池の種類に応じて仮想最適動作電
圧、MPPT最小電圧VL 、及びMPPT最大電圧VH
を固定的に設定していたので、太陽電池周辺の温度等に
よっては固定的に設定されたMPPT最小電圧VL から
MPPT最大電圧VH までの範囲内に実際の最適動作電
圧が含まれなくなる場合があり、この場合、太陽電池の
発電電力を有効に利用できない、という問題点があっ
た。
池の総面積によっても異なる。一般に太陽光発電装置を
設置する場合、複数枚の太陽電池パネルを直列に接続し
て、所定の出力電力が得られるようにしている。しかし
ながら、設置場所の広さやその周辺の環境等の条件によ
り、実際に設置できる太陽電池パネルが異なるため、そ
の出力電圧−出力電力特性も大きく異なる場合がある。
そのため、従来のように仮想最適動作電圧等の各種デー
タを予め固定値で設定していたのでは、実際に設置され
た太陽電池の発電電力を有効に利用できない、という問
題点があった。
れたものであり、太陽電池の発電電力を有効に利用する
ことができる太陽光発電装置を提供することを目的とす
る。
に、請求項1記載の太陽光発電装置は、太陽電池と、前
記太陽電池から出力された直流電力を交流電力に変換す
る電力変換手段と、前記電力変換手段の起動直前に前記
太陽電池の出力電圧に基づいて前記太陽電池の仮想最適
動作電圧及び制御電圧範囲を設定する設定手段と、前記
仮想最適動作電圧を前記太陽電池の出力電圧の目標値と
して前記電力変換手段を起動した後、前記制御電圧範囲
において前記太陽電池から出力された直流電力が大きく
なる方向に前記太陽電池の出力電圧を所定の電圧変化幅
で段階的に変化させる制御手段と、を備えている。
ば、電力変換手段によって、太陽電池から出力された直
流電力が交流電力に変換される。
起動直前に太陽電池の出力電圧に基づいて太陽電池の仮
想最適動作電圧及び制御電圧範囲が設定される。なお、
この際の制御電圧範囲は仮想最適動作電圧を含む範囲と
される。
動作電圧を太陽電池の出力電圧の目標値として電力変換
手段が起動された後、上記制御電圧範囲において太陽電
池から出力された直流電力が大きくなる方向に太陽電池
の出力電圧が所定の電圧変化幅で段階的に変化される。
従って、この制御手段の作用によって、上記仮想最適動
作電圧及び制御電圧範囲に基づいて太陽電池の動作点が
太陽電池の最大電力点を追尾するようにMPPT制御が
行われる。
装置によれば、太陽電池の動作点が太陽電池の最大電力
点を追尾するように制御する際に用いる仮想最適動作電
圧及び制御電圧範囲を、電力変換手段の起動直前の太陽
電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季節の変
化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設
置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な仮
想最適動作電圧及び制御電圧範囲を得ることができ、こ
の結果として、太陽電池からの出力電力を効率よく利用
することができる。
請求項1記載の太陽光発電装置において、前記設定手段
は前記電力変換手段の起動直前に前記太陽電池の出力電
圧に基づいて前記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ前記
仮想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲を設定し、
前記制御手段は前記太陽電池の出力電圧を段階的に変化
させる際に、前記出力電圧が前記切替範囲内の値である
ときには前記電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小
さくするものである。
ば、請求項1記載の太陽光発電装置における設定手段に
よって、電力変換手段の起動直前に太陽電池の出力電圧
に基づいて上記制御電圧範囲より狭い範囲でかつ上記仮
想最適動作電圧を含む範囲である切替範囲が設定され
る。
電圧を段階的に変化させる際に、該出力電圧が上記切替
範囲内の値であるときには電圧変化幅が、それ以外のと
きに比較して小さくされる。
装置によれば、請求項1記載の発明と同様の効果を奏す
ることができると共に、太陽電池の出力電圧が仮想最適
動作電圧付近である切替範囲内の値であるときには電圧
変化幅をそれ以外のときに比較して小さくしているの
で、太陽電池の動作点を短時間に最大電力点に移行する
ことができ、かつ上記切替範囲を電力変換手段の起動直
前における太陽電池の出力電圧に基づいて設定している
ので、季節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度
変化や実際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に
応じた最適な切替範囲を設定することができる。
は、請求項1又は請求項2記載の太陽光発電装置におい
て、前記設定手段は前記電力変換手段の起動直前に前記
太陽電池の出力電圧に基づいて前記制御電圧範囲内の値
である固定電圧を設定し、前記制御手段は前記太陽電池
から出力された直流電力が所定電力より小さな場合に前
記太陽電池の出力電圧を前記固定電圧とするものであ
る。
ば、請求項1又は請求項2記載の太陽光発電装置におけ
る設定手段によって、電力変換手段の起動直前に太陽電
池の出力電圧に基づいて上記制御電圧範囲内の値である
固定電圧が設定される。
力された直流電力が所定電力より小さな場合に太陽電池
の出力電圧が上記固定電圧とされる。
装置によれば、請求項1及び請求項2記載の発明と同様
の効果を奏することができると共に、動作が不安定な低
電力出力時には太陽電池の出力電圧を固定電圧としてい
るので、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定
した動作で発電することができる。
係る太陽光発電装置の実施の形態について詳細に説明す
る。
陽光発電装置を商用電力系統に連系して負荷に電力を供
給する系統連系システムとして適用した場合の全体構成
を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形
態に係る太陽光発電装置10には、マイクロコンピュー
タ(以下、マイコンという)14が設けられている。こ
のマイコン14には、IGBT駆動回路16を介してイ
ンバータ回路18が接続されている。
構成されたソーラパネル12によって発電された電力
(直流電力)がコンデンサ19、昇圧回路20、及びコ
ンデンサ21を介して供給されるようになっている。太
陽光を吸収するソーラパネル12は、例えば複数のモジ
ュールを枠にセットし、建物の屋根等の太陽光に照らさ
れる場所に設置される。なお、マイコン14が本発明の
設定手段及び制御手段に相当し、インバータ回路18及
び昇圧回路20が本発明の電力変換手段に相当する。
って制御されてIGBT駆動回路16から供給されるス
イッチング信号に応じて、ソーラパネル12からコンデ
ンサ19、昇圧回路20、及びコンデンサ21を介して
供給される直流電力を、商用電力と同じ周波数(例えば
50Hz又は60Hz)の交流電力(このインバータ回
路18の出力は、例えばノコギリ状波)に変換する役目
を有している。
た電力は、チョークトランス22及びコンデンサ24を
介して分電盤26へ供給され、分電盤26から商用電力
として商用電力系統48に出力される。このとき、イン
バータ回路18から出力された交流電力は、チョークト
ランス22及びコンデンサ24を通過することにより、
正弦波の交流電力として出力される。なお、分電盤26
には負荷46が接続されており、負荷46は、太陽光発
電装置10から供給された電力、又は商用電力系統48
から供給された電力の何れか一方を使用して作動する。
路28、発電電圧検出回路30、電流検出回路32、及
び系統電圧のゼロクロス入力回路34、U相電圧検出回
路(U相系統電圧検出回路)36及びV相電圧検出回路
(V相系統電圧検出回路)38が接続されている。
4、U、V相電圧検出回路36、38によって商用電力
の電圧、位相を検出し、この検出結果に基づいてIGB
T駆動回路16を制御して、インバータ回路18の出力
電力の位相及び周波数が商用電源と一致するようにスイ
ッチング信号を発生させる。
検出回路28及び発電電圧検出回路30により各々検出
されたソーラパネル12の出力電流及び出力電圧に基づ
いてソーラパネル12の出力電力及び電力変化量を算出
し、該算出結果に基づいてMPPT制御を行う。
いるか否かを判定しており、停電時にはコンデンサ24
の分電盤26側に設けられている系統コンダクタ40の
接点を開放し、インバータ回路18を商用電力から切り
離す(解列)ようになっている。このときは、インバー
タ回路18のスイッチング動作も停止される。すなわ
ち、マイコン14は、商用電力の停電を検出すると、駆
動回路42を介して系統コンダクタ40のリレーコイル
40Aを駆動するようになっている。
の検出結果から出力電力を計測するようになっている。
M44が接続されている。このEEPROM44には、
図示しない系統連系保護装置の整定値、太陽光発電装置
10の運転状態を示す運転データ等が記憶されている。
マイコン14は、EEPROM44に記憶されているデ
ータに基づいて各機器の作動を制御するようになってい
る。EEPROM44は、電気的にデータの読み出し及
び書き換えが可能であり、マイコン14の制御によっ
て、太陽光発電装置10の起動時には必要なデータが読
み出され、太陽光発電装置10の動作時には必要に応じ
てデータの書き換えが行われる。
された太陽光発電装置10のMPPT制御時の作用につ
いて説明する。なお、図2は、MPPT制御時にマイコ
ン14において実行される制御プログラムの流れを示す
フローチャートである。
回路30から入力されたソーラパネル12の出力電圧V
P に基づいて、次の(1)式乃至(5)式により仮想最
適動作電圧VA 、MPPT最小電圧VL 、MPPT最大
電圧VH 、仮想最適動作電圧VA より電圧が低い側の電
圧変化幅切替え電圧VCL、及び仮想最適動作電圧VAよ
り電圧が高い側の電圧変化幅切替え電圧VCHを算出す
る。
0.90、0.75、0.85)は、使用する太陽電池
の種類等に応じて設定した値であり、本発明はこれらの
値に限定されるものではない。上記MPPT最小電圧V
L からMPPT最大電圧VH までの範囲が本発明の制御
電圧範囲に相当し、電圧変化幅切替え電圧VCLから電圧
変化幅切替え電圧VCHまでの範囲が本発明の切替範囲に
相当する。
2の前回の出力電力PS の値を零に設定し、次のステッ
プ120では、ソーラパネル12の目標出力電圧VO と
して、上記ステップ100において算出した仮想最適動
作電圧VA を設定し、次のステップ122では、ソーラ
パネル12の出力電圧VP が目標出力電圧VO となるよ
うにインバータ回路18(IGBT駆動回路16)を制
御する。
施形態では、2秒〜4秒程度)の経過待ちを行い、次の
ステップ126では、ソーラパネル12の出力電圧VP
が電圧変化幅切替え電圧VCLより大きく、かつ電圧変化
幅切替え電圧VCHより小さいか否かを判定し、肯定判定
である場合はステップ128へ移行して電圧変化幅V X
に2を代入した後にステップ132へ移行する。一方、
ステップ126の判定が否定判定である場合はステップ
130へ移行して電圧変化幅VX に4を代入した後にス
テップ132へ移行する。
出力電圧VP 及び出力電流IP からソーラパネル12の
出力電力PE (=VP ×IP )を算出し、次のステップ
136では、出力電力PE から前回の出力電力PS を減
じることによって電力変化量ΔPを算出し、次のステッ
プ138では、ステップ132で算出した出力電力P E
を前回の出力電力PS として設定する。
が0より大きいか否かを判定し、大きい場合はステップ
142へ移行して目標出力電圧VO に電圧変化幅VX を
加算したものがMPPT最大電圧VH より大きいか否か
を判定し、大きくない場合はステップ144において目
標出力電圧VO を電圧変化幅VX だけ増加させた後にス
テップ122へ戻る。一方、ステップ142の判定の結
果、目標出力電圧VOに電圧変化幅VX を加算したもの
がMPPT最大電圧VH より大きいと判定された場合
は、ステップ144を実行せずにステップ122へ戻
る。即ち、ステップ140乃至ステップ144では、電
力変化量ΔPが増加傾向にある場合に、出力電力をさら
に増加させるためにMPPT最大電圧VH を上限として
目標出力電圧VO を電圧増加幅VX だけ増加させてい
る。
変化量ΔPが0より大きくないと判定された場合は、ス
テップ146へ移行して電力変化量ΔPが0より小さい
か否かを判定し、小さくないと判定された場合、即ち電
力変化量ΔPが0である場合は目標出力電圧VO を変化
せずにステップ122へ戻り、電力変化量ΔPが0より
小さいと判定された場合はステップ148へ移行して、
目標出力電圧VO から電圧変化幅VX を減算したものが
MPPT最小電圧VL より小さいか否かを判定し、小さ
くない場合はステップ150において目標出力電圧VO
を電圧変化幅V X だけ減少させた後にステップ122へ
戻る。
出力電圧VO から電圧変化幅VX を減算したものがMP
PT最小電圧VL より小さいと判定された場合は、ステ
ップ150を実行せずにステップ122へ戻る。即ち、
ステップ146乃至ステップ150では、電力変化量Δ
Pが減少傾向にある場合に、出力電力を逆に増加させる
ためにMPPT最小電圧VL を下限として目標出力電圧
VO を電圧増加幅VXだけ減少させている。
ステップ150の処理を繰り返して行うことによって、
MPPT最小電圧VL からMPPT最大電圧VH までの
範囲内においてMPPT制御が行われる。
発電装置10では、MPPT制御を行う際の仮想最適動
作電圧VA 、MPPT最小電圧VL 、及びMPPT最大
電圧VH を、インバータ回路18の起動直前のソーラパ
ネル12の出力電圧VP に基づいて算出しているので、
季節の変化等に伴うソーラパネル12周辺の温度変化等
に応じた最適な範囲内においてMPPT制御を行うこと
ができ、この結果として、ソーラパネル12からの出力
電力を効率よく利用することができる。
置10では、電圧変化幅切替え電圧VCL及びVCHを適用
し、ソーラパネル12の出力電圧VP が電圧VCLより低
い値、若しくはVCHより高い値の場合は電圧変化幅を大
きくし、ソーラパネル12の出力電圧VP が仮想最適動
作電圧VA 付近である電圧VCLからVCHの範囲内にある
場合には、それ以外の場合に比較して電圧変化幅を小さ
くしているので、ソーラパネル12の動作点を短時間に
最大電力点に移行することができる。
装置10では、電圧変化幅切替え電圧VCL及びVCHをイ
ンバータ回路18の起動直前のソーラパネル12の出力
電圧VP に基づいて算出しているので、季節の変化等に
伴うソーラパネル12周辺の温度変化等に応じた最適な
電圧変化幅切替え電圧VCL及びVCHを設定することがで
きる。
陽光発電装置10がMPPT制御のみの制御を行う場合
の実施形態であったが、本第2実施形態は上記第1実施
形態の太陽光発電装置10に対してソーラパネル12の
出力電力が低電力である場合に定電圧制御を行うように
したものである。従って、本第2実施形態におけるマイ
コン14(図1参照)は、MPPT制御モード(追尾制
御モード)及び定電圧制御モードの2つの制御モードを
備えている。なお、本第2実施形態に係る太陽光発電装
置の構成は、上記第1実施形態に係る太陽光発電装置1
0(図1参照)と同様であるので、ここでの説明は省略
する。
係る太陽光発電装置の作用を説明する。なお、図3は、
マイコン14において実行される制御プログラムの流れ
を示すフローチャートであり、図2に示したフローチャ
ートと同様の部分については同一の符号を付してその説
明を省略する。
出回路30から入力されたソーラパネル12の出力電圧
VP に基づいて、上記(1)式乃至(5)式、及び次の
(6)式により仮想最適動作電圧VA 、MPPT最小電
圧VL 、MPPT最大電圧V H 、仮想最適動作電圧VA
より電圧が低い側の電圧変化幅切替え電圧VCL、仮想最
適動作電圧VA より電圧が高い側の電圧変化幅切替え電
圧VCH、及び一定制御電圧VF を算出する。
式と同様に、使用する太陽電池の種類等に応じて設定し
た値であり、本発明はこの値に限定されるものではな
い。
のステップ104では、ソーラパネル12の出力電圧V
P 及び出力電流IP からソーラパネル12の出力電力P
E (=VP ×IP )を算出し、次のステップ106で
は、出力電力PE が所定電力(例えば1kW)より小さ
いか否かの判定を行い、小さい場合はステップ108へ
移行して定電圧制御モードに設定する。
2の目標出力電圧VO として、上記ステップ100’に
おいて算出した一定制御電圧VF を設定し、次のステッ
プ112では、ソーラパネル12の出力電圧VP が目標
出力電圧VO となるようにインバータ回路18(IGB
T駆動回路16)を制御する。
04と同様にソーラパネル12の出力電圧VP 及び出力
電流IP からソーラパネル12の出力電力PE を算出
し、次のステップ116では、出力電力PE が上記所定
電力より小さいか否かを判定し、小さい場合はステップ
114へ戻り、小さくない場合は後述するステップ11
8へ移行する。即ち、ステップ116の判定処理によっ
てソーラパネル12の出力電力PE が所定電力以上とな
るまで定電圧制御が行われる。
出力電力PE が所定電力より小さくないと判定された場
合はステップ118へ移行して追尾制御モードに設定す
る。
テップ120乃至ステップ132の処理を行った後、次
のステップ134では、ソーラパネル12の出力電力P
E が上記所定電力より小さいか否かの判定を行い、小さ
い場合はステップ108へ移行して、上述した定電圧制
御モードを実行し、小さくない場合はステップ136へ
移行して、これ以降、上記第1実施形態と同様に、ステ
ップ136乃至ステップ150の処理を行う。
発電装置10では、上記第1実施形態と同様の効果を奏
することができると共に、動作が不安定な低電力出力時
には定電圧制御を行うようにしているので、低電力出力
時から高電力出力時に至るまで安定した動作で発電する
ことができる。
時における電圧変化幅VX を、ソーラパネル12の出力
電圧VP が電圧変化幅切替え電圧VCLからVCHまでの範
囲内である場合に2[V]とし、範囲外である場合に4
[V]とする場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、これらの電圧変化幅の値はソ
ーラパネル12の設置環境等に応じて適宜変更すること
ができる。
路18の起動直前に算出する仮想最適動作電圧VA 等の
電圧をインバータ回路18の出力電圧VP に対して定数
を乗じることによって算出する場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばイ
ンバータ回路18の出力電圧VP から所定値を減じるこ
とにより算出する形態としてもよい。
ば、太陽電池の動作点が太陽電池の最大電力点を追尾す
るように制御する際に用いる仮想最適動作電圧及び制御
電圧範囲を、電力変換手段の起動直前の太陽電池の出力
電圧に基づいて設定しているので、季節の変化等に伴う
日射量、太陽電池周辺の温度変化や実際に設置される太
陽電池パネルの直列接続数に応じた最適な仮想最適動作
電圧及び制御電圧範囲を得ることができ、この結果とし
て、太陽電池からの出力電力を効率よく利用することが
できる、という効果が得られる。
れば、請求項1記載の発明と同様の効果を奏することが
できると共に、太陽電池の出力電圧が仮想最適動作電圧
付近である切替範囲内の値であるときには電圧変化幅を
それ以外のときに比較して小さくしているので、太陽電
池の動作点を短時間に最大電力点に移行することがで
き、かつ上記切替範囲を電力変換手段の起動直前におけ
る太陽電池の出力電圧に基づいて設定しているので、季
節の変化等に伴う日射量、太陽電池周辺の温度変化や実
際に設置される太陽電池パネルの直列接続数に応じた最
適な切替範囲を設定することができる、という効果が得
られる。
よれば、請求項1及び請求項2記載の発明と同様の効果
を奏することができると共に、動作が不安定な低電力出
力時には太陽電池の出力電圧を固定電圧としているの
で、低電力出力時から高電力出力時に至るまで安定した
動作で発電することができる、という効果が得られる。
示すブロック図である。
すフローチャートである。
すフローチャートである。
であり、(B)は最大電力追尾制御の説明に用いる太陽
電池の出力電圧−出力電力特性図である。
太陽電池の出力電圧−出力電力特性図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 太陽電池と、 前記太陽電池から出力された直流電力を交流電力に変換
する電力変換手段と、 前記電力変換手段の起動直前に前記太陽電池の出力電圧
に基づいて前記太陽電池の仮想最適動作電圧及び制御電
圧範囲を設定する設定手段と、 前記仮想最適動作電圧を前記太陽電池の出力電圧の目標
値として前記電力変換手段を起動した後、前記制御電圧
範囲において前記太陽電池から出力された直流電力が大
きくなる方向に前記太陽電池の出力電圧を所定の電圧変
化幅で段階的に変化させる制御手段と、 を備えた太陽光発電装置。 - 【請求項2】 前記設定手段は前記電力変換手段の起動
直前に前記太陽電池の出力電圧に基づいて前記制御電圧
範囲より狭い範囲でかつ前記仮想最適動作電圧を含む範
囲である切替範囲を設定し、 前記制御手段は前記太陽電池の出力電圧を段階的に変化
させる際に、前記出力電圧が前記切替範囲内の値である
ときには前記電圧変化幅をそれ以外のときに比較して小
さくする請求項1記載の太陽光発電装置。 - 【請求項3】 前記設定手段は前記電力変換手段の起動
直前に前記太陽電池の出力電圧に基づいて前記制御電圧
範囲内の値である固定電圧を設定し、 前記制御手段は前記太陽電池から出力された直流電力が
所定電力より小さな場合に前記太陽電池の出力電圧を前
記固定電圧とする請求項1又は請求項2記載の太陽光発
電装置。
Priority Applications (6)
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Country | Link |
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