JPS58101313A - 太陽電池の出力調整制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、太陽電池の出力調整制御方式に関する。

太陽電池は、日照の崖合いにより出力が大巾に変動する
電源であるので、これを電源として頼るには蓄電池等の
電力貯蔵装置と組み合わせて使用する必要がある。太陽
電池は、前述のように日照度で出力電圧が変化するのみ
ならず、その内部インピーダンスが大きく変化し、かつ
温度により電圧のレベルが変動する。一方、電池はその
充電吠況、温度により起電力の変動が生ずるため、太陽
電池の利用可能電力を最大に引出しつつ電池にこれを貯
蔵しようとする時には、太陽電池の出力を調整して最適
電力を供給できる吠況で運転する必要が生ずる。従って
、本発明は太陽電池の出力調整器の制御アルゴリズムに
関わるものである。

太陽電池は、糖１図に示すような出力の電圧−電流特性
を有している。図において縦軸は出力電圧、横軸は出力
電流を示し、実線ム１、ム２は電池の素子温度Ｔ１にお
ける特性曲線、点線Ｂ１、Ｂ２は素子温度Ｔ２における
特性曲線である。第１図から判るように、太陽電池の出
力特性は日照炭にほぼ比例した電流最大値があって、こ
の電流にて電圧は大きく垂下するので、電力を最大に引
出すにはそれぞれの日照における最適運転電圧（電池か
ら最大の電力を引出せる電圧）にて運転するのが好まし
い。日照度が変化した時の最適運転電圧の軌跡は、図中
−゛点鎖線８１．８２で示すように、はぼ一定であるの
で、これから見る範囲においては一定電圧制御による運
転をすればよいように考えられるが、この最適運転電圧
のレベルは素子温度により大巾に変動するといった特性
がある。

太陽電池の出力を調整して最適電力を得る運転制御方法
として、従来は、太Ｓｔ池の最適運転電圧がほぼ一定で
あることに着目し、この値を見出し一定電圧の運転制御
を行なう方法、あるいは、素子への入射エネルギーのセ
ンサーを用い、入射エネルギーに対比される最適電圧を
プログラムしておいて運転制−する方法などがある。し
かし、これらの方法は、素子温度、表面の汚損状態等に
よる電池特性の変化を無視した考え方であって、この状
態が本当に太陽電池のその時の最大出力を与える状態に
おける運転であるかどうかを判断し、制御するものでな
いという欠点がある。

本発明は、上述の従来の欠点を解決しようとするもので
、以下詳細に説明する。

まず、本発明による制御方式の原理について説明する。

第２図に示すように、太陽電池１はＤＣチョッパーを利
用したＤＣ電圧変換器２を介して直流系統、例えば電池
３に接続されている。Ａは電流針である。ＤＣ電圧変換
器２は、例えば降圧制御チョッパーから構成されるとき
、入力電圧Ｖｉに導電率に、を乗じた出力電圧Ｖｏ（＝
＝に−Ｖｉ）を発生させる仁とができるので、導電率ｋ
を制御することにより、出力電圧ｖＯを制御することが
できる。

今、ある日照を受けて発電中の太陽電池１の特性が、第
３図における曲線人であるとし、最大出力を出す電圧ｖ
１（点Ａ１）で運転をし、出力側に接続されている電池
６の電圧Ｔｏとの間を導通率に１０ （−６）のＤＣ電圧変換器２が結びつけて運転している
ものとする。

ここで、日照を受けて太陽電池１の素子湿度が上昇した
ためその特性が曲線Ｂに変った場合、導通率に１の運転
を続けているとＢ１点での運転となり、出力は大巾に低
下することとなる。このようＯ な時には、ｋｌより大きいに２（−五）を新たな導通率
とすることにより、太陽電池１の負荷点はＢ１→Ｂ２に
移り、８曲線上の最大出力で運転を続けることができる
。

次に、この導通率にの値をいかに最適となるよう番こ制
御するかを説明する。

本発明による制御方式においては、導通率には常に命令
された値を中心に微少の変動±Δｋを周期的に与えるよ
うにしたことが特徴である。

いま、ある導通率に１の指令にて電圧ｖ１で運転中（こ
のときに１＝■）、このｋを周期的にに１−Δ１ ｋｋｌ、ｋ１＋Δにと微小変動させることにより運転点
は、第４図に示す特性図におけるｖｌ、１１点の前後に
微小変動し、太陽電池からの出力電圧、電流は第５図の
ようになる。すなわち、ｋｌを中心にして±Δに変動さ
せることにより、太陽電池の出力である電圧、電流番ζ
Δｖ１ΔＩなる変動を生ずる仁とがわかる。

乙の電圧変動分、電流変動分を検出し、電圧変動率（以
下、Δル〜で表わす）、電流変動率（以下、ΔＩ／■で
表わす）に換算し、これらを互いに比較して、 １１１　Δｂ〜〈ΔＩ／Ｉならば、ｋｌは最適値により
過小と判断し、ｋｌを増加させるように制御する。

（２）Δ℃〜〉ΔＩ／Ｉならば、ｋｌは最適値により過
大と判断し、ｋｌを減少させるように制御する。

次に、本発明による制御方式を第６図に示すブロック図
に従って説明する。太Ｓ電池１はＤＣ’−ＤＣ電圧刺整
器２を介して電池３に接続されている。

４は電池６側に設けられた負荷であり、すなわち、ＤＣ
−ＤＣ電圧調整器２の出力側は電池３、負荷４などの直
流系統りが接続される。５はＤＣ−ＤＣ電圧調整器２に
制御信号を与えてこわを制御するための制御回路で、導
通率ｋを出力する。６は前記制御回路５に周期的な変動
Δｋを与える回路である。

太陽電池１の出力電圧ｖ１出力電流■は分圧器７および
分流器８によりそれぞれ検出される。そして、電流信号
はバイパスフィルタ９およびローパスフィルタ１０によ
＾電流変動分Δ■と平均電流■とに分離され、除算器１
３によって電流変動率Δ■／Ｈに変換される。′また、
電圧信号は同様にバイパスフィルタ１１およびローパス
フィルタ１２により電圧変動分ΔＶと平均電圧Ｖとに分
離され、除算器１４によって電圧変動率Δル〜に変換さ
れる。これら電圧、電流の変動率Δル〜、ΔＩ／Ｉは′
比較増巾器１５℃大小比較され、△ｖ／■〉ΔＩ／■−
であれば、ＤＣ−ＤＣ電圧調整器２の出力電圧／入カｉ
ｌＥ圧比を小とするように制御し、Δル〜〈ΔＩ／Ｉで
あればこれを大とするよ５に制御する。

すなわち、太陽電池１の特性の如伺を問わず常ΔＶ　Δ
Ｉ に太陽電池１は−に−１を満足するポイントで運転が継
続されることになる。

次にこのポイントが太陽電池の最大電力を出力するポイ
ントとなる事を第７図を参照して説明する。

いま、同図における電圧Ｖを電流■の函数とし、ｙ　＝
　ｖ　（＋）　−（１） とする。

このとき、電力Ｐもやはり電流ｉの函数となり、Ｐ＝Ｖ
Ｘ　ｉ＝　１−Ｖ（１）　　　　　１２１で表わされる
。

（２）式をｉで微分すると ｄＰ　　　　　　幻ｄ用 一；マ（ｉ）十盃・　　　□（３１ ｄｉ　　　　　　　　　　　ｄｉ が得られる。

理論より電力Ｐの最大値を与える電流量は仕＝＝０　即
ち ｄｉ （灯Ｕ ｖ（ｉ）＋　ト＝　Ｏ−（４１ ｄｉ を満足する電流量にて生ずる。

（４）式を変形して ｄｉ＊ｖ（ｉ）＝−ｉ−ｄｖ（＋） 、°、棋−＝−収□（５） １　　　　　　　ｖ 即ち、特性上の電流の微小変化の率と電圧の微小変化の
率とが等しいポイント！ζおいて電力Ｐが最大となるこ
とを示している。

なお、数式では電圧Ｖの右下りを変化の負として扱うた
め、（５１式にはマイナスの符号がつくが、第６図に示
すブロック図では、変動分を正の信号として扱っている
から、このマイナスの符号は無視するものとする。

以上、詳述したように９一本発明においては太陽電池出
力の電圧、電流を周期的に微小動揺させ、その電圧の変
動率、電流の変動率を比較してＤＣ−ＤＣ電圧変換器の
運転制御を行なうようにしているので、刻々変動する太
−電池の特性に追従して常に最大電力を引き出すことが
できる。

【図面の簡単な説明】

＠１図は太陽電池の出力の電圧−電流特性を示す特性図
、第２図は本発明の制御方式の原理を説明するための構
成図、＃ｉ！３図、第４図は同じく電圧−電流特性図、
第５図は太陽電池の電圧、電流の特性を個々に示した特
性図、第６図は本発明の一実施例を示すブロック図、第
７図は本発明の制御原理を説明するための特性図である
。 １・・・太１！ＩＦ池　　　２・・・ＤＣ−ＤＣ電崖調
整器Ｄ・・・直流系統　　　Ｖ・・・太陽電池の出力電
圧■・・・太陽電池の出力電流　　Δ■・・・電圧変動
分ΔＩ・・・電流変動分 特許出願人 日新電機株式会社 代表取締役 社　長山脇正勝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ太陽電池からＤＣ−ＤＣ電圧調整器を介して蓄電池等
   が接続された直流系統に電力を供給するシステムにおい
   て、太陽電池出力の電圧、電流を周期的に微小動揺させ
   、その電圧の変動率、電流の変動率を比較することによ
   り前記ＤＣ−ＤＣ電圧調整器の制御信号を得て、常に最
   大出力点における運転が維持できるように制御すること
   を特徴とする太陽電池の出力調整制御方式。 ２人為的にＤＣ−ＤＣ電圧調整器の通流比を周期的に徽
   示変動させることにより太陽電池出力の電圧、電流を周
   期的に微小動揺させるようにしてなる特許請求の範囲９
   １項記載の太陽電池の出力調整制御方式。