WO2014002476A1 - 発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power generation control device, a solar power generation system, and a power generation control method for maximizing the power generated by a solar cell.
- a solar power generation system using a solar cell that photoelectrically converts sunlight is known. While the power generated by the solar cell is DC power, a normal load device is usually driven using AC power. Therefore, in a photovoltaic power generation system, DC power is converted into AC power using an inverter.
- the operating point for generating the maximum power that is, the operating current and / or the operating voltage varies depending on the solar radiation amount and temperature of the solar cell. Therefore, in order to effectively use the solar cell, it is required to generate the solar cell with an operating voltage and / or an operating current that maximizes the generated power of the solar cell in the situation.
- the hill-climbing method that detects the generated power of the solar cell while periodically changing the operating voltage of the solar cell and tracks the maximum output point is the maximum power point tracking ( This is known as one of MPPT: Maximum Power Tracking (see Patent Document 1).
- the hill-climbing method it is possible to detect the maximum output point early by narrowing the fluctuation range of the operating voltage.
- a plurality of maximum values may occur in the relationship of the generated power with respect to the operating voltage of the solar cell.
- the solar cell is generated with a single maximum value, and the generated power of the solar cell cannot always be maximized.
- an object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a power generation control device, a solar power generation system, and a power generation control method for tracking a maximum output point of a solar cell at high speed.
- the power generation control device is A driving variable that calculates the actual generated power of the solar cell while varying at least one of the operating current and operating voltage of the solar cell as a driving variable within the first range, and maximizes the generated power within the first range.
- a solar cell control unit that executes first MPPT control for generating power from the solar cell;
- a rated PV curve indicating the relationship between the maximum generated power calculated during the variation of the drive variable within the first range and the generated power with respect to the operating voltage of the solar cell, or an approximate line of the rated PV curve; and
- a range setting unit that updates the first range based on at least one of a rated PI curve indicating the relationship of the generated power to the operating current of the solar cell or an approximate line of the rated PI curve. It is.
- At least one of the upper limit and the lower limit of the first range updated by the range setting unit is the operating voltage that causes the maximum generated power in the rated PV curve or an approximate line of the rated PV curve, and the other is the rated PI curve or the rated PI curve. It is preferable to correspond to the operating current that generates the maximum generated power in the approximate line.
- the approximate line of the rated PV curve is that the generated power is P, the operating voltage is V, the short-circuit current of the solar cell is I sc , and the first constant greater than 0 and less than 1 is C 1 . It is preferable to be determined based on
- the maximum generated power is P nmax
- the lower limit of the operating voltage is It is preferable to be determined so that
- the approximate line of the rated PI curve is that the generated power is P, the operating current is I, the open circuit voltage of the solar cell is V oc , and the second constant greater than 0 and less than or equal to 1 is C 2 . It is preferable to be determined based on
- the maximum generated power is P nmax
- the lower limit of the operating current is It is preferable to be determined so that
- the approximate lines of the rated PV curve are P as the generated power, V as the operating voltage, R sh as the parallel resistance of the solar cell, and I sc as the short circuit current of the solar cell. It is preferable to be determined based on
- the maximum generated power is P nmax
- the lower limit of the operating voltage is It is preferable to be determined so that
- the approximate line of the rated PI curve is that the generated power is P, the operating current is I, the series resistance of the solar cell is R s , and the open voltage of the solar cell is V oc . It is preferable to be determined based on
- the maximum generated power is P nmax
- the lower limit of the operating current is It is preferable to be determined so that
- the first MPPT control has an upward MPPT control that varies the drive variable so that the operating voltage increases, and a downward MPPT control that varies the drive variable so that the operating voltage decreases, It is preferable that the execution periods of the MPPT control in the upward direction and the MPPT control in the downward direction are independently provided.
- the execution period of the MPPT control in the downward direction is set to be longer as the ratio of the voltage fluctuation range corresponding to the first range to the open voltage of the solar cell is smaller
- the execution cycle of the MPPT control in the upward direction is preferably set so as to increase as the ratio of the current fluctuation range corresponding to the first range to the short-circuit current of the solar cell decreases.
- the solar cell control unit executes the first MPPT control in the first cycle, and the actual generated power of the solar cell becomes maximum in the direction in which the generated power increases in the second cycle shorter than the first cycle. It is preferable to include a method selection unit that executes the second MPPT control to be varied.
- the solar power generation system is Solar cells, A driving variable that calculates the actual generated power of the solar cell while varying at least one of the operating current and operating voltage of the solar cell as a driving variable within the first range, and maximizes the generated power within the first range.
- the solar cell control unit that executes the first MPPT control for generating the solar cell, the relationship between the maximum generated power calculated during the fluctuation of the drive variable in the first range and the generated power with respect to the operating voltage of the solar cell.
- a setting unit
- the solution of the present invention has been described as an apparatus.
- the present invention can be realized as a method, a program, and a storage medium storing the program, which are substantially equivalent thereto, and the scope of the present invention. It should be understood that these are also included.
- a power generation control method for maximizing the power generated by a solar cell while varying at least one of the operating current and operating voltage of the solar cell as a drive variable, Fluctuation steps that vary the drive variable by a predetermined amount;
- a comparison step of comparing the current generated power of the solar cell generated by the driving variable changed in the changing step with the maximum generated power;
- An update step of updating the current generated power to the maximum generated power if the current generated power is greater than the maximum generated power; Approximate rated PV curve or rated PV curve indicating the relationship between the maximum generated power and the generated power with respect to the operating voltage of the solar cell, and an approximation of the rated PI curve or rated PI curve indicating the relationship of the generated power with respect to the operating current of the solar cell
- a setting step for setting a fluctuation range of the drive variable based on at least one of the lines;
- a repetition step for repeating the variation step, the comparison step,
- the maximum output point of the solar cell can be tracked at high speed.
- a 1st embodiment it is a graph for explaining that an operating voltage which maximizes generated electric power can be detected certainly. It is a graph for demonstrating that various PV curves are included in a rated PV curve in 1st Embodiment. In 1st Embodiment, it is a graph for demonstrating the determination method of the minimum of a fluctuation
- FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of a photovoltaic power generation system including a power generation control device according to the present embodiment.
- a solid line connecting each functional block represents a flow of electric power.
- the broken line which connects each functional block represents the flow of the control signal or the information communicated.
- the solar power generation system 10 is connected to a load device 11 and a commercial system 12.
- the solar power generation system 10 supplies AC power to the load device 11.
- the AC power supplied from the solar power generation system 10 is insufficient with respect to the demand of the load device 11
- the AC power that the commercial system 12 is insufficient is supplied to the load device 11.
- the AC power supplied from the solar power generation system 10 is surplus with respect to the demand of the load device 11, power is sold by causing the surplus power to flow backward through the commercial system 12.
- the solar power generation system 10 includes a solar cell 13 and a power generation control device 14.
- the solar cell 13 photoelectrically converts light incident on the solar panel to generate DC power.
- the power generation control device 14 can convert the DC power output from the solar cell 13 into AC power and supply AC power to the load device 11 and the commercial system 12. Further, the power generation control device 14 performs MPPT control on the solar cell 13 to maximize the generated power of the solar cell 13.
- the power generation control device 14 includes an inverter 15, a current / voltage sensor 16, a timer 17, a solar cell control unit 18, a method selection unit 19, and a range setting unit 20.
- the inverter 15 converts the DC power generated by the solar cell 13 into AC power.
- the current / voltage sensor 16 detects the operating current and operating voltage of the solar cell 13.
- the timer 17 measures the current time.
- the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power with a specific drive variable.
- the driving variable is at least one of the operating voltage and the operating current of the solar cell 13. In the present embodiment, which is driven as a drive variable is determined according to the selection of the method selection unit 19. By changing the driving variable, the generated power of the solar cell 13 changes.
- the solar cell control unit 18 executes the first MPPT control or the second MPPT control to maximize the generated power of the solar cell 13.
- the solar cell control unit 18 drives until reaching the lower limit value or the upper limit value of the first range set or updated by the range setting unit 20 in either the downward direction or the upward direction. Change the variable.
- the solar cell control unit 18 calculates the actual generated power of the solar cell 13 while changing the drive variable.
- the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate electric power with the drive variable that maximizes the generated power in the fluctuation within the first range.
- the solar cell control unit 18 varies the drive variable in the direction in which the generated power of the solar cell 13 increases.
- the solar cell control unit 18 calculates the actual generated power of the solar cell 13 while changing the drive variable.
- the solar cell control unit 18 stops the fluctuation of the drive variable when the actual generated power of the solar cell 13 starts to decrease, and causes the solar cell 13 to generate power with the drive variable immediately before.
- Method selection unit 19 causes solar cell control unit 18 to execute either the first MPPT control or the second MPPT control.
- the first MPPT control includes a downward MPPT control and an upward MPPT control. Note that the method selection unit 19 causes the MPPT control in the downward direction to be executed in the cycle of the downward direction, causes the MPPT control in the upward direction to be executed in the cycle of the upward direction, and executes the second MPPT control in the second cycle.
- the method selection unit 19 sets the period in the upward direction and the period in the downward direction based on the variables respectively obtained in the MPPT control in the upward direction and the MPPT control in the downward direction that were executed last time. To do.
- the lower limit of the cycle in the upward direction and the cycle in the downward direction is determined so as to be longer than the second cycle that is predetermined as a fixed value.
- the range setting unit 20 determines a first range in which the drive variable is varied when starting the first MPPT control.
- the range setting unit 20 updates the first range during the execution of the first MPPT control.
- the first MPPT control that is, the MPPT control in the downward direction and the MPPT control in the upward direction
- the operating voltage is decreased as a drive variable.
- the operating voltage is increased by decreasing the operating current as a driving variable.
- the solar cell control unit 18 calculates the current generated power of the solar cell 13.
- the solar cell control unit 18 stores the calculated generated power and the corresponding operating power as the maximum generated power and the maximum operating voltage.
- the range setting unit 20 determines the lower limit value of the first range that varies the operating voltage based on the maximum generated power and the rated PV curve. As shown in FIG. 2, the rated PV curve is a curve showing the relationship of the generated power to each operating voltage at the rating. That is, the rated PV curve is a curve showing the relationship of the maximum generated power at each operating voltage. The range setting unit 20 determines the lower of the two operating powers corresponding to the maximum generated power on the rated PV curve as the lower limit value of the first range.
- the method selection unit 19 sets the unit fluctuation amount of the operating voltage to a predetermined first fluctuation voltage ⁇ V 1 .
- the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power so as to obtain an operating voltage obtained by subtracting the first fluctuation voltage ⁇ V 1 from the current operating voltage.
- the solar cell control unit 18 calculates the actual generated power of the solar cell 13 based on the actual operating voltage and operating current of the solar cell 13 after the fluctuation of the operating voltage.
- the solar cell control unit 18 compares the calculated generated power with the stored maximum generated power.
- the solar cell control unit 18 updates the stored maximum generated power to be the newly calculated generated power, and also updates the corresponding maximum operating voltage.
- the range setting unit 20 updates the lower limit value of the first range of the operating voltage based on the updated maximum generated power and the rated PV curve.
- the solar cell control unit 18 and the range setting unit 20 do not update the lower limit values of the first range of the maximum generated power and the operating voltage.
- the solar cell control unit 18 After comparing the newly calculated generated power with the maximum generated power, the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power so that the operating voltage is obtained by subtracting the first fluctuation voltage ⁇ V 1 from the current operating voltage again. Similarly to the above-described control, the solar cell control unit 18 calculates the actual generated power of the solar cell 13. Furthermore, the solar cell control unit 18 compares the calculated generated power with the stored maximum generated power.
- the solar cell control unit 18 repeats the fluctuation of the operating voltage until the operating voltage reaches the lower limit value of the first range.
- the solar cell control unit 18 stops the fluctuation of the operating voltage when the operating voltage reaches the lower limit value of the first range.
- the solar cell control unit 18 detects the maximum operating voltage stored at the end of the fluctuation of the operating voltage as the operating voltage that maximizes the power generated by the solar cell 13 at the present time.
- the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power with the detected maximum operating voltage.
- the method selection unit 19 calculates the downward period until the next downward MPPT control is executed.
- the descending period ⁇ T vd is calculated by substituting the open voltage V oc of the solar cell 13, the current operating voltage V pv , and the lower limit value V nmin of the first range into the equation (1).
- T base is a predetermined basic period and is determined to be longer than the second period.
- A is a constant.
- the solar cell control unit 18 calculates the current generated power of the solar cell 13 as in the MPPT control in the downward direction.
- the solar cell control unit 18 stores the calculated generated power and the corresponding operating current as the maximum generated power and the maximum operating current.
- the range setting unit 20 determines the lower limit value of the first range for changing the operating current based on the maximum generated power and the rated PI curve.
- the rated PI curve is a curve showing the relationship of the generated power to each operating current at the rating. It is possible to convert the rated PV curve shown in FIG. 2 into a rated PI curve using the rated IV curve shown in FIG. Similarly to the MPPT control in the downward direction, the range setting unit 20 determines the lower one of the two operating currents corresponding to the maximum generated power on the rated PI curve as the lower limit value of the first range.
- the method selection unit 19 sets the unit fluctuation amount of the operating current in the search fluctuation to a predetermined first fluctuation current ⁇ I 1 .
- the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power so as to be an operating current obtained by subtracting the first fluctuation current ⁇ I 1 from the current operating current.
- the rated IV curve (refer FIG. 4) which shows the relationship of the operating current with respect to the operating voltage of the solar cell 13, an operating voltage rises according to the reduction
- the lower limit value of the first range of the operating current is equivalent to the upper limit value of the range in which the operating voltage is varied.
- the solar cell control unit 18 calculates the actual generated power of the solar cell 13 based on the actual operating voltage and operating current of the solar cell 13 after the fluctuation of the operating current.
- the solar cell control unit 18 compares the calculated generated power with the maximum generated power.
- the solar cell control unit 18 updates the stored maximum generated power to be the newly calculated generated power, and also updates the maximum operating current.
- the range setting unit 20 updates the lower limit value of the operating current fluctuation range based on the updated maximum generated power and the rated PI curve.
- the solar cell control unit 18 and the range setting unit 20 do not update the lower limits of the maximum generated power and the operating current variation range, respectively.
- the solar cell control unit 18 After comparing the newly calculated generated power with the maximum generated power, the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power again to be an operating current obtained by subtracting the first fluctuation current ⁇ I 1 from the current operating current. Similarly to the above-described control, the solar cell control unit 18 calculates the actual generated power of the solar cell 13. Furthermore, the solar cell control unit 18 compares the calculated generated power with the stored maximum generated power.
- the solar cell control unit 18 repeats the fluctuation of the operating current until the operating current reaches the lower limit value of the first range.
- the solar cell control unit 18 stops the fluctuation of the operating current when the operating current reaches the lower limit value of the first range.
- the solar cell control unit 18 detects the maximum operating current stored at the end of the fluctuation of the operating current as the operating current that maximizes the generated power of the solar cell 13 at the present time.
- the solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power with the detected maximum operating current.
- the method selection unit 19 calculates the cycle in the upward direction until the next MPPT control in the upward direction is executed.
- the period ⁇ T vu in the upward direction is calculated by substituting the short-circuit current I sc , the current operating current I pv of the solar cell 13, and the lower limit value I nmin of the first range into the equation (2).
- the method selection unit 19 After execution of the MPPT control in the upward direction, the method selection unit 19 causes the MPPT control in the upward direction to be executed when the calculated upward period has elapsed.
- the method selection unit 19 first determines the operating voltage as a driving variable. Further, method selection unit 19 determines the unit fluctuation amount of operating voltage to a predetermined second variation voltage [Delta] V 2. The second fluctuation voltage ⁇ V 2 is smaller than the first fluctuation voltage ⁇ V 1 in the downward direction.
- the solar cell control unit 18 raises or lowers the current operating voltage by the second fluctuation voltage ⁇ V 2 and compares the generated power of the solar battery 13 before and after the fluctuation. When the generated power after the fluctuation increases, the solar cell control unit 18 determines the current fluctuation direction as the fluctuation direction in the second MPPT control. When the generated power after the fluctuation decreases, the solar cell control unit 18 determines the reverse direction of the current fluctuation direction as the fluctuation direction in the second MPPT control.
- the solar cell control unit 18 compares the actual generated power of the solar cell 13 before and after the voltage fluctuation of the second fluctuation voltage ⁇ V 2 while executing the fluctuation of the operating voltage. The solar cell control unit 18 changes the operating voltage until the generated power decreases after the change. When the generated power after the change decreases, the solar cell control unit 18 determines the operating voltage before the change as the operating voltage that maximizes the generated power. The solar cell control unit 18 causes the solar cell 13 to generate power with the determined operating voltage.
- the timing management process starts when the power generation control device 14 starts converting a direct current generated by the solar cell 13 into an alternating current.
- step S100 the method selection unit 19 performs the timing management time t, the execution time T pd of the previous descending MPPT control, the execution time T pu of the previous upward MPPT control, and the previous second MPPT control.
- the execution time T p2 is reset to zero.
- the method selection unit 19 resets the period ⁇ T vd in the downward direction and the period ⁇ T vu in the upward direction to the basic period T base .
- the timing management time t changes based on the current time measured by the timer 17 after resetting to zero, and represents the elapsed time after resetting. After reset, the process proceeds to step S101.
- step S101 the method selection unit 19 determines whether or not the timing management time t has elapsed by a period ⁇ T vd in the downward direction from the previous execution time T pd of the MPPT control in the downward direction. If so, the process proceeds to step S200. If not, the process proceeds to step S104.
- step S200 the method selection unit 19 causes the solar cell control unit 18 to perform MPPT control in the downward direction.
- the process proceeds to step S102.
- step S102 the method selecting unit 19, the execution time T pd of MPPT control descending direction, and updates the timing management time t.
- the process proceeds to step S103.
- step S103 the method selection unit 19 calculates the period ⁇ T vd in the downward direction based on the current operating voltage V pv in the downward MPPT control and the lower limit value V nmin of the first range for changing the operating voltage.
- the process returns to step S101.
- step S104 the method selection unit 19 determines whether or not the timing management time t has elapsed by a period ⁇ T vu in the upward direction from the previous execution time T pu of the MPPT control in the upward direction. If so, the process proceeds to step S300. If not, the process proceeds to step S107.
- step S300 the method selection unit 19 causes the solar cell control unit 18 to perform MPPT control in the upward direction.
- step S105 the process proceeds to step S105.
- step S105 the method selecting unit 19, the execution time T pu rising direction of MPPT control, and updates the timing management time t.
- the process proceeds to step S106.
- step S106 the method selection unit 19 calculates the rising period ⁇ T vu based on the current operating current I pv in the upward MPPT control and the lower limit value I nmin of the first range of fluctuations in the operating current. After calculating the period ⁇ T vu in the upward direction, the process returns to step S101.
- step S107 the method selection unit 19, a timing management time t, it is determined whether or not elapsed from the execution time T p2 of the second MPPT control last only the second period [Delta] T 2. If so, the process proceeds to step S400. If not, the process returns to step S101.
- step S400 the method selection unit 19 causes the solar cell control unit 18 to execute the second MPPT control.
- the process proceeds to step S108.
- step S108 the method selecting unit 19, the execution time T p2 of the second MPPT control, and updates the timing management time t.
- the process returns to step S101.
- step S200 the descending MPPT control subroutine executed in step S200 will be described with reference to the flowchart of FIG.
- step S201 the solar cell controller 18 resets the command voltage V n is the target value of the operating voltage to the current operating voltage V pv. Moreover, solar control unit 18 resets the maximum operating voltage V nmax the current operating voltage V pv. Furthermore, the solar cell control unit 18 resets the maximum generated power P nmax to the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv . When the reset is finished, the process proceeds to step S202.
- step S202 the solar cell control unit 18 calculates the lower limit value V nmin of the first range of the operating voltage based on the maximum generated power Pnmax and the rated PV curve.
- the process proceeds to step S203.
- step S203 the solar cell controller 18 updates the voltage obtained by subtracting the first variation voltage [Delta] V 1 from the current command voltage V n as a new command voltage V n. Updating the command voltage V n, the process proceeds to step S204.
- step S204 the solar cell control unit 18 determines whether or not the command voltage V n is greater than the lower limit value V nmin of the first range.
- the process proceeds to step S205.
- the command voltage V n is equal to or lower than the lower limit value V nmin , the process proceeds to step S208.
- step S205 the solar cell control unit 18 controls the solar cell 13 so that the current operating voltage V pv becomes the command voltage V n . After control of solar cell 13, the process proceeds to step S206.
- step S206 the solar cell control unit 18 determines whether or not the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv is greater than the maximum generated power P nmax . If the product is less than or equal to the maximum generated power Pnmax , the process returns to step S203. When the product is greater than the maximum generated power Pnmax , the process proceeds to step S207.
- step S207 the solar cell control unit 18 updates the maximum generated power P nmax to the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv . Further, the solar cell control unit 18 updates the maximum operating voltage V nmax to the current operating voltage V pv . Once updated, the process returns to step S202.
- step S208 the solar cell control unit 18 controls the solar cell 13 so that the current operating voltage V pv becomes the maximum operating voltage V nmax . After the control of the solar cell 13, the MPPT control subroutine in the downward direction is terminated, and the process returns to step S102.
- step S301 the solar cell controller 18 resets the command current I n which is a target value of the operating current to the current operating current I pv.
- the solar cell control unit 18 resets the maximum operating current Inmax to the current operating current I pv .
- the solar cell control unit 18 resets the maximum generated power P nmax to the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv .
- step S302 the solar cell control unit 18 calculates the lower limit value I nmin of the first range of the operating current based on the maximum generated power P nmax and the rated PI curve.
- the process proceeds to step S303.
- step S303 the solar cell controller 18 updates the current obtained by subtracting the first varying current [Delta] I 1 from the current command current I n as a new command current I n. Updating the command current I n, the process proceeds to step S304.
- step S304 the solar cell controller 18, the command current I n is determined whether or not the lower limit value I nmin is greater than the variation range.
- the process proceeds to step S305.
- the command current In is less than or equal to the lower limit value I nmin , the process proceeds to step S308.
- step S305 solar control unit 18, as the current operating current I pv becomes the command current I n, to control the solar cell 13. After control of solar cell 13, the process proceeds to step S306.
- step S306 the solar cell control unit 18 determines whether or not the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv is greater than the maximum generated power P nmax . If the product is less than or equal to the maximum generated power Pnmax , the process returns to step S303. If the product is greater than the maximum generated power Pnmax , the process proceeds to step S307.
- step S307 the solar cell control unit 18 updates the maximum generated power P nmax to the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv .
- the solar cell control unit 18 updates the maximum operating current I nmax to the current operating current I pv . Once updated, the process returns to step S302.
- step S304 when the command current In is equal to or lower than the lower limit value I nmin , the process proceeds to step S308.
- step S308 the solar cell control unit 18 controls the solar cell 13 so that the current operating current I pv becomes the maximum operating current Inmax .
- the MPPT control subroutine in the upward direction is terminated, and the process returns to step S105.
- step S400 the second MPPT control subroutine executed in step S400 will be described with reference to the flowchart of FIG.
- step S401 the solar cell control unit 18 resets a direction coefficient V sgn that determines the operating voltage fluctuation direction to ⁇ 1. Moreover, the solar cell control unit 18 resets the previous generated power P n to the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv . When the reset is finished, the process proceeds to step S402.
- step S402 the solar cell controller 18 determines the voltage is varied from the current command voltage V n in the direction according to the second variation voltage [Delta] V 2 on the sign of the direction coefficient V sgn to a new command voltage V n . Updating the command voltage V n, the process proceeds to step S403.
- step S403 the solar cell control unit 18 controls the solar cell 13 so that the current operating voltage V pv becomes the command voltage V n . After control of solar cell 13, the process proceeds to step S404.
- step S404 the solar cell control unit 18 determines whether or not the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv is less than the previous generated power P n . If the product is less than the previous generated power P n , the process proceeds to step S405. If the product is greater than or equal to the previous generated power P n , the process skips step S405 and proceeds to step S406.
- step S405 the solar cell control unit 18 switches the sign of the direction coefficient V sgn . After the code change, the process proceeds to step S406.
- step S406 the solar cell control unit 18 updates the previous generated power P n to the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv . After updating, the process proceeds to step S407.
- step S409 similarly to step S404, the solar cell control unit 18 determines whether the product of the current operating voltage V pv and the current operating current I pv is less than the previous generated power P n . If the product is greater than or equal to the previous generated power P n , the process returns to step S406. If the product is less than the previous generated power P n , the process proceeds to step S410.
- step S410 the solar cell controller 18, a new command, the current command voltages V n from the voltage of the second voltage change [Delta] V 2 is varied in a direction corresponding to the code obtained by reversing the sign of the direction coefficient V sgn prescribed in the voltage V n. Updating the command voltage V n, the process proceeds to step S411.
- step S411 similarly to step S403, the solar cell control unit 18 controls the solar cell 13 so that the current operating voltage V pv becomes the command voltage V n .
- the second MPPT control subroutine is terminated, and the process returns to step S108.
- the maximum output point of the solar cell that is, the generated power is maximized by the first MPPT control without causing an unnecessarily wide search variation. It is possible to accurately detect the operating voltage and the operating current. Such an effect will be described in detail below.
- the PV curve indicating the relationship of the generated power to the operating voltage of the solar cell 13 is convex upward and has a maximum value. Accordingly, the scope of the current generated power P operating voltage generated power is greater than pv ranges sandwiched between the maximum value from the minimum value of the current of the PV curve and operating voltage coordinates of the intersection of the current generated power P pv ( Reference numeral “VR”). In other words, an operating voltage that maximizes the generated power exists within this range. Therefore, by using the current generated power P pv and the current PV curve, the operating voltage that maximizes the generated power can be reliably detected.
- the PV curve since the generated power of the solar cell 13 is affected by conditions such as the amount of solar radiation, temperature, and shadow reflection, in addition to the operating voltage, the PV curve also changes due to differences in individual conditions. However, as shown in FIGS. 10A, 10 ⁇ / b> B, and 10 ⁇ / b> C, any PV curve is included in the rated PV curve and the operating voltage axis. Therefore, the range of the operating voltage determined as described above using the current generated power P pv and the current PV curve is the operating voltage determined as described above using the current generated power P pv and the rated PV curve. It is included in the range.
- the fluctuation range of the operating voltage is determined using the current generated power P pv and the rated PV curve, the operating voltage that maximizes the generated power can be reliably detected.
- the first range is updated when the current generated power is larger than the maximum generated power detected during the first MPPT control, as described below, an unnecessarily wide range is obtained. It is possible to prevent fluctuations in driving variables.
- the search fluctuation range when the relationship of the generated power to the operating voltage in a certain state of the solar cell 13 is represented by the PV curve shown in FIG.
- the lower limit value V nmin of the fluctuation range is determined by the current operating voltage V pv before the MPPT control in the downward direction (see FIG. 11A).
- the lower limit value V nmin of the fluctuation range is updated, and increases from the previous lower limit value (see FIG. 11B).
- the update of the lower limit value V nmin of the fluctuation range stops (see FIG. 11C). Therefore, for the PV curve shown in FIG. 10A, the search variation is executed in a range from V pv in FIG. 11A to V nmin in FIG.
- the variation range of the search variation when the relationship of the generated power with respect to the operating voltage in another state of the solar cell 13 is represented by the PV curve shown in FIG.
- the lower limit value V nmin of the fluctuation range is determined by the current operating voltage V pv before the downward MPPT control (see FIG. 12A).
- the update of the lower limit value V nmin of the fluctuation range stops, and the current operating voltage V pv is decreased until the generated power exceeds the first maximum value (see FIG. 12B).
- the update of the lower limit value V nmin of the fluctuation range is resumed, and the update stops when the generated power reaches the next maximum value (see FIG. 12C).
- the search variation is executed in the range from V pv in FIG. 12A to V nmin in FIG. 12C with respect to the PV curve shown in FIG.
- the fluctuation range is set in a range suitable for the PV curve. It is possible to prevent.
- the power generation control device of the first embodiment since the increase in the operating voltage is executed by adjusting the operating current, it is possible to maximize the generated power with high accuracy as described below. is there.
- the absolute value of the slope is extremely large in the range above the operating voltage that maximizes the generated power. Therefore, since the amount of fluctuation of the generated power with respect to the unit fluctuation amount of the operating voltage is large, it is difficult to finely adjust the generated voltage when the operating voltage is directly increased.
- the generated power can be finely adjusted. Therefore, the generated power can be maximized with high accuracy.
- the optimum execution cycle differs depending on the fluctuation range of the drive variable, and the optimum execution cycle can be determined according to the fluctuation ranges of the downward MPPT control and the upward MPPT control.
- the execution cycle is lengthened as the first range is shortened, so that it is possible to suppress the execution of the first MPPT control more frequently than necessary.
- the fluctuation range of the operating voltage or the operating current is short, the probability that there is an operating voltage or an operating current that maximizes the generated power is lower than when the operating voltage or the operating current varies. Therefore, the first MPPT control with an unnecessarily high frequency is suppressed by increasing the execution period of the first MPPT control as the fluctuation range becomes shorter.
- the second MPPT control since the second MPPT control is executed in a shorter cycle than the first MPPT control, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency due to fluctuations in drive variables.
- the first MPPT control it is possible to reliably detect the operating voltage or operating current that maximizes the generated power.
- the second MPPT control the time taken to maximize the generated power is generally shorter than that in the first MPPT control. Therefore, in the first embodiment, by performing the first MPPT control with a relatively long cycle, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency when another maximum value of the generated power becomes the maximum value. It is.
- the second MPPT control by performing the second MPPT control at a relatively short cycle, it is possible to suppress a change in the drive variable for a relatively long period of time, and as a result, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency. It is.
- the second embodiment is different from the first embodiment in that an approximate straight line of the rated PV curve and the rated PI curve is used instead of the rated PV curve and the rated PI curve.
- the second embodiment will be described below with a focus on differences from the first embodiment.
- symbol is attached
- the VI curve indicating the operating current with respect to the operating voltage of the solar cell 13 can be approximated by the short-circuit current Isc and the open-circuit voltage Voc , as shown in FIG.
- the rated PV curve is approximated by equations (3) and (4) (see FIG. 14).
- the rated PI curve is approximated by the equations (5) and (6) (see FIG. 15).
- the solar cell control unit 18 executes MPPT control in the downward direction and MPPT control in the upward direction using the approximate straight lines of the rated PV curve and the rated PI curve.
- the driving variables are not unnecessarily changed over a wide range without being changed. It is possible to accurately detect the maximum output point, that is, the operating voltage and operating current that maximize the generated power.
- the operating voltage is increased by adjusting the operating current, so that the generated power can be maximized with high accuracy.
- the execution cycle is lengthened as the first range is shortened, the first frequency is increased more frequently than necessary. Execution of MPPT control is suppressed.
- the second MPPT control is executed in a shorter cycle than the first MPPT control, so that reduction in power generation efficiency due to fluctuations in drive variables is suppressed. Is possible.
- the rated PV curve and the rated PI curve are linearly approximated, so that the calculation of the lower limit value of the fluctuation range is extremely easy as compared to the first embodiment. That is, based on the approximate straight line (3), if the maximum generated power during the search fluctuation is P nmax , the lower limit value V nmin of the operating voltage fluctuation range is calculated by the following expression (7). Further, based on the approximate curve (5), the lower limit value I nmin of the operating current fluctuation range is calculated by the formula (8).
- the short-circuit current Isc and the open-circuit voltage Voc may be used by approximating the rated PV curve and the rated PI curve. Therefore, it is possible to detect immediately before use without detecting in advance. . Further, for example, even when the rated short-circuit current Isc and the open-circuit voltage Voc are fluctuated due to deterioration of the solar cell 13 over time, it can be easily updated.
- the third embodiment is different from the first embodiment in that approximate curves of a rated PV curve and a rated PI curve are used instead of the rated PV curve and the rated PI curve.
- the third embodiment will be described below with a focus on differences from the first embodiment.
- symbol is attached
- a part of the VI curve indicating the operating current with respect to the operating voltage of the solar cell 13 can be approximated by the equation (9) using the short-circuit current I sc and the parallel resistance R sh of the solar cell 13 as shown in FIG. .
- VI curve can be approximated by equation (10) using the open circuit voltage V oc and the series resistance R s of the solar cell 13 as shown in FIG.
- the rated PV curve is approximated by equations (11) and (12) (see FIG. 17).
- the rated PI curve is approximated by the equations (13) and (14) (see FIG. 18).
- the solar cell control unit 18 performs MPPT control in the downward direction and MPPT control in the upward direction using the approximate curves of the rated PV curve and the rated PI curve.
- the driving variables are not unnecessarily changed over a wide range without being changed. It is possible to accurately detect the maximum output point, that is, the operating voltage and operating current that maximize the generated power.
- the operating voltage is increased by adjusting the operating current, so that the generated power can be maximized with high accuracy.
- the second MPPT control is executed in a shorter cycle than the first optimization control, so that the power generation efficiency can be reduced due to fluctuations in drive variables. It can be suppressed.
- the calculation of the lower limit value of the fluctuation range is easier than in the first embodiment. That is, based on the approximate curve (11), if the maximum generated power during the search fluctuation is P nmax , the lower limit value V nmin of the operating voltage fluctuation range is calculated by the expression (15). Further, based on the approximate curve (13), the lower limit value I nmin of the operating current fluctuation range is calculated by the expression (16).
- the rated PV curve is approximated using equation (3), but may be approximated using equation (17).
- equation (17) Formula it is the structure which approximates a rated PI curve using (5) Formula, you may approximate by (18) Formula.
- C 1 and C 2 are constants greater than 0 and 1 or less.
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Abstract
発電制御装置14は太陽電池制御部18と範囲設定部20とを備える。太陽電池制御部18は動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら太陽電池13の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は第1の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池13を発電させる。範囲設定部20は最大発電電力と定格PV曲線または定格PV曲線の近似線および定格PI曲線または定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて第1の範囲を更新する。
Description
本出願は、2012年6月25日に日本国に特許出願された特願2012-142490の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
本発明は、太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法に関する。
太陽光を光電変換する太陽電池を用いた太陽光発電システムが知られている。太陽電池の発電する電力は直流電力である一方、通常の負荷機器は交流電力を用いて駆動することが通常である。そこで、太陽光発電システムでは、インバータを用いて直流電力を交流電力に変換する。
ところで、太陽電池の日射量および温度に応じて、最大電力を発生させる動作点、すなわち動作電流および/または動作電圧は変動する。それゆえ、太陽電池を有効に活用するためには、その状況における太陽電池の発電電力を最大化させる動作電圧および/または動作電流で、太陽電池を発電させることが求められる。
発電電力を最大化させる動作電圧などを求めるために、太陽電池の動作電圧を周期的に変動させながら太陽電池の発電電力を検出し、最大出力点を追尾する山登り法が、最大電力点追跡(MPPT:Maximum Power Point Tracking)制御の一つとして知られている(特許文献1参照)。
山登り法においては、動作電圧を変えた状態で発電させ、その発電電力と動作電圧の変動の過程における発電電力の最大値との比較を繰返して、最大出力点が検出される。それゆえ、動作電圧の調整可能範囲全域に亘るように動作電圧を変えると、最大出力点の検出までに時間がかかり、発電効率が低下する。
一方で、山登り法において、動作電圧の変動範囲を狭小化することにより、早期に最大出力点を検出することも可能である。しかし、例えば、ソーラパネルの一部に影が映りこむ場合のように、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係に複数の極大値が生ずることがある。このような場合に、動作電圧の変動範囲を狭小化すると、単一の極大値で太陽電池を発電させることになり、必ずしも太陽電池の発電電力を最大化できるわけではなかった。
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、太陽電池の最大出力点に高速に追尾させる発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法を提供することにある。
上述した諸課題を解決すべく、第1の観点による発電制御装置は、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら太陽電池の実際の発電電力を算出し、第1の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池を発電させる第1のMPPT制御を実行する太陽電池制御部と、
前記第1の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または前記定格PV曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または前記定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて前記第1の範囲を更新する範囲設定部とを備える
ことを特徴とするものである。
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら太陽電池の実際の発電電力を算出し、第1の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池を発電させる第1のMPPT制御を実行する太陽電池制御部と、
前記第1の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または前記定格PV曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または前記定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて前記第1の範囲を更新する範囲設定部とを備える
ことを特徴とするものである。
また、第2の観点による発電制御装置では、
範囲設定部により更新される第1の範囲の上限および下限の少なくとも一方は、定格PV曲線または定格PV曲線の近似線において最大発電電力を生じさせる動作電圧、他方は定格PI曲線または定格PI曲線の近似線において最大発電電力を生じさせる動作電流に相当する
ことが好ましい。
範囲設定部により更新される第1の範囲の上限および下限の少なくとも一方は、定格PV曲線または定格PV曲線の近似線において最大発電電力を生じさせる動作電圧、他方は定格PI曲線または定格PI曲線の近似線において最大発電電力を生じさせる動作電流に相当する
ことが好ましい。
また、第3の観点による発電制御装置では、
定格PV曲線の近似線は、発電電力をP、動作電圧をV、太陽電池の短絡電流をIsc、および0より大きく1以下の第1の定数をC1とする
に基づいて定められる
ことが好ましい。
定格PV曲線の近似線は、発電電力をP、動作電圧をV、太陽電池の短絡電流をIsc、および0より大きく1以下の第1の定数をC1とする
に基づいて定められる
ことが好ましい。
また、第5の観点による発電制御装置では、
定格PI曲線の近似線は、発電電力をP、動作電流をI、太陽電池の開放電圧をVoc、0より大きく1以下の第2の定数をC2とする
に基づいて定められる
ことが好ましい。
定格PI曲線の近似線は、発電電力をP、動作電流をI、太陽電池の開放電圧をVoc、0より大きく1以下の第2の定数をC2とする
ことが好ましい。
また、第7の観点による発電制御装置では、
定格PV曲線の近似線は、発電電力をP、動作電圧をV、太陽電池の並列抵抗をRsh、および太陽電池の短絡電流をIscとする
に基づいて定められる
ことが好ましい。
定格PV曲線の近似線は、発電電力をP、動作電圧をV、太陽電池の並列抵抗をRsh、および太陽電池の短絡電流をIscとする
ことが好ましい。
また、第11の観点による発電制御装置では、
第1のMPPT制御は、動作電圧が上昇するように駆動変数を変動させる上昇方向のMPPT制御、および動作電圧が下降するように駆動変数を変動させる下降方向のMPPT制御を有しており、
上昇方向のMPPT制御および下降方向のMPPT制御の実行周期をそれぞれ独立して有する
ことが好ましい。
第1のMPPT制御は、動作電圧が上昇するように駆動変数を変動させる上昇方向のMPPT制御、および動作電圧が下降するように駆動変数を変動させる下降方向のMPPT制御を有しており、
上昇方向のMPPT制御および下降方向のMPPT制御の実行周期をそれぞれ独立して有する
ことが好ましい。
また、第12の観点による発電制御装置では、
駆動変数を動作電圧とする場合における、
下降方向のMPPT制御の実行周期は、太陽電池の開放電圧に対する第1の範囲に対応する電圧の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定され、
上昇方向のMPPT制御の実行周期は、太陽電池の短絡電流に対する第1の範囲に対応する電流の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定される
ことが好ましい。
駆動変数を動作電圧とする場合における、
下降方向のMPPT制御の実行周期は、太陽電池の開放電圧に対する第1の範囲に対応する電圧の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定され、
上昇方向のMPPT制御の実行周期は、太陽電池の短絡電流に対する第1の範囲に対応する電流の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定される
ことが好ましい。
また、第13の観点による発電制御装置では、
太陽電池制御部に、第1の周期で第1のMPPT制御を実行させ、第1の周期より短い第2の周期で発電電力が増加する方向に太陽電池の実際の発電電力が最大となるまで変動させる第2のMPPT制御を実行させる方法選択部を備える
ことが好ましい。
太陽電池制御部に、第1の周期で第1のMPPT制御を実行させ、第1の周期より短い第2の周期で発電電力が増加する方向に太陽電池の実際の発電電力が最大となるまで変動させる第2のMPPT制御を実行させる方法選択部を備える
ことが好ましい。
また、上述した諸課題を解決すべく、第14の観点による太陽光発電システムは、
太陽電池と、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら太陽電池の実際の発電電力を算出し、第1の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池を発電させる第1のMPPT制御を実行する太陽電池制御部と、第1の範囲内における駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または定格PV曲線の近似線、および太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて第1の範囲を更新する範囲設定部とを備える
ことを特徴とするものである。
太陽電池と、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら太陽電池の実際の発電電力を算出し、第1の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池を発電させる第1のMPPT制御を実行する太陽電池制御部と、第1の範囲内における駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または定格PV曲線の近似線、および太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて第1の範囲を更新する範囲設定部とを備える
ことを特徴とするものである。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、本発明を方法として実現させた第15の観点による発電制御方法は、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として変動させながら太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御方法であって、
駆動変数を所定量だけ変動させる変動ステップと、
変動ステップにおいて変動させた駆動変数で発電させた太陽電池の現在の発電電力を、最大発電電力と比較する比較ステップと、
現在の発電電力が最大発電電力より大きい場合には、該現在の発電電力を最大発電電力に更新する更新ステップと、
最大発電電力と、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または定格PV曲線の近似線、および太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、駆動変数の変動範囲を設定する設定ステップと、
駆動変数が変動範囲により定まる上限または下限に達するまで、変動ステップ、比較ステップ、更新ステップ、および設定ステップを繰返させる繰返しステップと、
駆動変数が上限または下限に達したときの最大発電電力で発電させた駆動変数で、太陽電池に発電させる発電ステップとを備える
ことを特徴としている。
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として変動させながら太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御方法であって、
駆動変数を所定量だけ変動させる変動ステップと、
変動ステップにおいて変動させた駆動変数で発電させた太陽電池の現在の発電電力を、最大発電電力と比較する比較ステップと、
現在の発電電力が最大発電電力より大きい場合には、該現在の発電電力を最大発電電力に更新する更新ステップと、
最大発電電力と、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または定格PV曲線の近似線、および太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、駆動変数の変動範囲を設定する設定ステップと、
駆動変数が変動範囲により定まる上限または下限に達するまで、変動ステップ、比較ステップ、更新ステップ、および設定ステップを繰返させる繰返しステップと、
駆動変数が上限または下限に達したときの最大発電電力で発電させた駆動変数で、太陽電池に発電させる発電ステップとを備える
ことを特徴としている。
上記のように構成された本発明に係る発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法によれば、太陽電池の最大出力点に高速で追尾させることが可能である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第1の実施形態に係る発電制御装置を含む太陽光発電システムについて説明する。図1は、本実施形態に係る発電制御装置を含む太陽光発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。図1において、各機能ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを表す。また、図1において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを表す。
図1に示すように、太陽光発電システム10は、負荷機器11および商用系統12に接続される。太陽光発電システム10は交流電力を負荷機器11に供給する。太陽光発電システム10から供給される交流電力が負荷機器11の需要に対して不足する場合に、商用系統12が不足する交流電力を負荷機器11に供給する。太陽光発電システム10から供給される交流電力が負荷機器11の需要に対して余剰である場合に、余剰の電力を商用系統12に逆潮流させることにより、売電が行われる。
太陽光発電システム10は、太陽電池13および発電制御装置14を含んで構成される。
太陽電池13はソーラパネルに入射する光を光電変換して、直流電力を発電する。
発電制御装置14は太陽電池13から出力される直流電力を交流電力に変換して、負荷機器11および商用系統12に交流電力を供給可能である。また、発電制御装置14は、太陽電池13に対してMPPT制御を行い、太陽電池13の発電電力を最大化させる。
発電制御装置14は、インバータ15、電流電圧センサ16、タイマ17、太陽電池制御部18、方法選択部19、および範囲設定部20を含んで構成される。
インバータ15は、太陽電池13が発電した直流電力を交流電力に変換する。電流電圧センサ16は、太陽電池13の動作電流および動作電圧を検出する。タイマ17は現在時刻を測定する。
太陽電池制御部18は、太陽電池13を特定の駆動変数で発電させる。駆動変数は、太陽電池13の動作電圧および動作電流の少なくとも一方である。本実施形態では、方法選択部19の選択に応じていずれを駆動変数として駆動させるか定める。駆動変数を変動させることにより、太陽電池13の発電電力が変わる。
また、太陽電池制御部18は、第1のMPPT制御または第2のMPPT制御を実行し、太陽電池13の発電電力を最大化させる。
第1のMPPT制御では、太陽電池制御部18は、下降方向および上昇方向のいずれかの方向に、範囲設定部20が設定または更新する第1の範囲の下限値または上限値に達するまで、駆動変数を変動させる。太陽電池制御部18は、駆動変数を変動させる間、太陽電池13の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は、第1の範囲の下限値または上限値に達したときに、第1の範囲内の変動において発電電力を最大化させた駆動変数で太陽電池13を発電させる。
第2のMPPT制御では、太陽電池制御部18は、太陽電池13の発電電力が増加する方向に駆動変数を変動させる。太陽電池制御部18は、駆動変数を変動させる間、太陽電池13の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は、太陽電池13の実際の発電電力が減少に転じるときに駆動変数の変動を停止し、その直前の駆動変数で太陽電池13を発電させる。
方法選択部19は、第1のMPPT制御および第2のMPPT制御のいずれかを、太陽電池制御部18に実行させる。第1のMPPT制御は、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御を含む。なお、方法選択部19は、下降方向の周期で下降方向のMPPT制御を実行させ、上昇方向の周期で上昇方向のMPPT制御を実行させ、第2の周期で第2のMPPT制御を実行させる。
方法選択部19は、後に詳細に説明するように、上昇方向の周期および下降方向の周期を、それぞれ前回実行した上昇方向のMPPT制御および下降方向のMPPT制御においてそれぞれ求めた変数に基づいて、設定する。なお、上昇方向の周期および下降方向の周期の下限は、固定値として予め定められる第2の周期よりも長くなるように、定められる。
範囲設定部20は、第1のMPPT制御を開始するときに、駆動変数を変動させる第1の範囲を定める。また、範囲設定部20は、第1のMPPT制御の実行中に第1の範囲を更新する。
次に、第1のMPPT制御、すなわち下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御について詳細に説明する。下降方向のMPPT制御においては、動作電圧を駆動変数として下降させる。また、上昇方向のMPPT制御においては、動作電流を駆動変数と
して下降させることにより、動作電圧を上昇させる。
して下降させることにより、動作電圧を上昇させる。
下降方向のMPPT制御を開始すると、太陽電池制御部18は太陽電池13の現在の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は、算出した発電電力および対応する動作電力を、最大発電電力および最大動作電圧として記憶する。
範囲設定部20は、最大発電電力および定格PV曲線に基づいて、動作電圧を変動させる第1の範囲の下限値を決定する。定格PV曲線とは、図2に示すように、定格における各動作電圧に対する発電電力の関係を示す曲線である。すなわち、定格PV曲線とは、各動作電圧における最大発電電力の関係を示す曲線である。範囲設定部20は、定格PV曲線上において最大発電電力に対応する2つの動作電力の中で低い方を第1の範囲の下限値に決定する。
第1の範囲の下限値を決定すると、方法選択部19は、動作電圧の単位変動量を所定の第1の変動電圧ΔV1に定める。太陽電池制御部18は、現在の動作電圧から第1の変動電圧ΔV1を減じた動作電圧になるように太陽電池13を発電させる。太陽電池制御部18は、動作電圧の変動後の太陽電池13の実際の動作電圧および動作電流に基づいて、太陽電池13の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は、算出した発電電力を記憶した最大発電電力と比較する。
新たに算出した発電電力が最大発電電力より大きい場合には、太陽電池制御部18は記憶した最大発電電力を新たに算出した発電電力になるように更新し、対応する最大動作電圧も更新する。最大発電電力を更新した場合には、範囲設定部20は更新された最大発電電力および定格PV曲線に基づいて、動作電圧の第1の範囲の下限値を更新する。なお、新たに算出した発電電力が最大発電電力以下である場合には、太陽電池制御部18および範囲設定部20は最大発電電力および動作電圧の第1の範囲の下限値を更新しない。
新たに算出した発電電力と最大発電電力との比較後、太陽電池制御部18は再び現在の動作電圧から第1の変動電圧ΔV1を減じた動作電圧になるように太陽電池13を発電させる。上述の制御と同様にして、太陽電池制御部18は、太陽電池13の実際の発電電力を算出する。さらに、太陽電池制御部18は、算出した発電電力と記憶した最大発電電力とを比較する。
太陽電池制御部18は、以後、動作電圧が第1の範囲の下限値に達するまで、動作電圧の変動を繰返す。太陽電池制御部18は、動作電圧が第1の範囲の下限値に達したときに、動作電圧の変動を停止する。太陽電池制御部18は、動作電圧の変動の終了時に記憶している最大動作電圧を、現状において太陽電池13の発電電力を最大化させる動作電圧として検出する。太陽電池制御部18は、検出した最大動作電圧で、太陽電池13を発電させる。
さらに、下降方向のMPPT制御では、方法選択部19は、次回の下降方向のMPPT制御を実行するまでの下降方向の周期を算出する。下降方向の周期ΔTvdは、太陽電池13の開放電圧Voc、現在の動作電圧Vpv、および第1の範囲の下限値Vnminを(1)式に代入して算出される。
(1)式において、Tbaseは予め定められる基本周期であって、第2の周期より長くなるように定められる。Aは定数である。下降方向のMPPT制御の実行後、算出した下降方向の周期の経過時に、方法選択部19は、下降方向のMPPT制御を実行させる。
上昇方向のMPPT制御を開始すると、下降方向のMPPT制御と同様に、太陽電池制御部18は太陽電池13の現在の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は、算出した発電電力および対応する動作電流を、最大発電電力および最大動作電流として記憶する。
範囲設定部20は、最大発電電力および定格PI曲線に基づいて、動作電流を変動させる第1の範囲の下限値を決定する。定格PI曲線とは、図3に示すように、定格における各動作電流に対する発電電力の関係を示す曲線である。なお、図4に示す定格IV曲線を用いて、図2に示す定格PV曲線から、定格PI曲線に変換することが可能である。下降方向のMPPT制御と同様に、範囲設定部20は、定格PI曲線上において最大発電電力に対応する2つの動作電流の中で低い方を第1の範囲の下限値に決定する。
第1の範囲の下限値を決定すると、方法選択部19は、サーチ変動における動作電流の単位変動量を所定の第1の変動電流ΔI1に定める。太陽電池制御部18は、現在の動作電流から第1の変動電流ΔI1を減じた動作電流になるように太陽電池13を発電させる。なお、太陽電池13の動作電圧に対する動作電流の関係を示す定格IV曲線(図4参照)に示すように、動作電流の減少に応じて動作電圧は上昇する。したがって、上昇方向のMPPT制御では、動作電流を駆動変数として下降させることにより、動作電圧が上昇する。なお、動作電流の第1の範囲の下限値は、動作電圧を変動させる範囲の上限値と等価である。
太陽電池制御部18は、動作電流の変動後の太陽電池13の実際の動作電圧および動作電流に基づいて、太陽電池13の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部18は、算出した発電電力を最大発電電力と比較する。
新たに算出した発電電力が最大発電電力より大きい場合には、太陽電池制御部18は記憶した最大発電電力を新たに算出した発電電力になるように更新し、最大動作電流も更新する。最大発電電力を更新した場合には、範囲設定部20は更新された最大発電電力および定格PI曲線に基づいて、動作電流の変動範囲の下限値を更新する。なお、新たに算出した発電電力が最大発電電力以下である場合には、太陽電池制御部18および範囲設定部20はそれぞれ最大発電電力および動作電流の変動範囲の下限値を更新しない。
新たに算出した発電電力と最大発電電力との比較後、太陽電池制御部18は再び現在の動作電流から第1の変動電流ΔI1を減じた動作電流になるように太陽電池13を発電させる。上述の制御と同様にして、太陽電池制御部18は、太陽電池13の実際の発電電力を算出する。さらに、太陽電池制御部18は、算出した発電電力と記憶した最大発電電力とを比較する。
太陽電池制御部18は、以後、動作電流が第1の範囲の下限値に達するまで、動作電流の変動を繰返す。太陽電池制御部18は、動作電流が第1の範囲の下限値に達したときに、動作電流の変動を停止する。太陽電池制御部18は、動作電流の変動の終了時に記憶している最大動作電流を、現状において太陽電池13の発電電力を最大化させる動作電流として検出する。太陽電池制御部18は、検出した最大動作電流で、太陽電池13を発電させる。
さらに、上昇方向のMPPT制御では、方法選択部19は、次回の上昇方向のMPPT制御を実行するまでの上昇方向の周期を算出する。上昇方向の周期ΔTvuは、太陽電池13の短絡電流Isc、現在の動作電流Ipv、および第1の範囲の下限値Inminを(2)式に代入して算出される。
上昇方向のMPPT制御の実行後、算出した上昇方向の周期の経過時に、方法選択部19は、上昇方向のMPPT制御を実行させる。
次に、第2のMPPT制御について詳細に説明する。第2のMPPT制御においては、まず方法選択部19は動作電圧を駆動変数に定める。また、方法選択部19は動作電圧の単位変動量を所定の第2の変動電圧ΔV2に定める。第2の変動電圧ΔV2は、下降方向の第1の変動電圧ΔV1より小さい。
太陽電池制御部18は、現在の動作電圧から第2の変動電圧ΔV2だけ上昇または下降させ、その変動の前後の太陽電池13の発電電力を比較する。変動後の発電電力が増加するときには、太陽電池制御部18は現在の変動方向を、第2のMPPT制御における変動方向に定める。変動後の発電電力が減少するときには、太陽電池制御部18は現在の変動方向の逆方向を、第2のMPPT制御における変動方向に定める。
太陽電池制御部18は、動作電圧の変動を実行しながら、第2の変動電圧ΔV2の電圧変動の前後における太陽電池13の実際の発電電力を比較する。太陽電池制御部18は、変動後において発電電力が減少するまで動作電圧の変動を実行する。変動後の発電電力が減少した場合には、太陽電池制御部18は、変動前の動作電圧を、発電電力を最大化させる動作電圧に決定する。太陽電池制御部18は、決定した動作電圧で、太陽電池13に発電させる。
次に、方法選択部19が太陽電池制御部18に実行させる下降方向のMPPT制御、上昇方向のMPPT制御、および第2のMPPT制御を実行するタイミング管理処理について、図5のフローチャートを用いて説明する。タイミング管理処理は、発電制御装置14が太陽電池13の発電する直流電流を交流電流への変換を開始するときに始まる。
ステップS100において、方法選択部19は、タイミング管理時刻t、前回の下降方向のMPPT制御の実行時刻Tpd、前回の上昇方向のMPPT制御の実行時刻Tpu、および前回の第2のMPPT制御の実行時刻Tp2をゼロにリセットする。また、方法選択部19は、下降方向の周期ΔTvdおよび上昇方向の周期ΔTvuを基本周期Tbaseにリセットする。なお、タイミング管理時刻tは、ゼロへのリセット後、タイマ17の測定する現在時刻に基づいて変わり、リセット後の経過時間を表す。リセット後に、プロセスはステップS101に進む。
ステップS101では、方法選択部19は、タイミング管理時刻tが、前回の下降方向のMPPT制御の実行時刻Tpdから下降方向の周期ΔTvdだけ経過しているか否かを判別する。経過しているときには、プロセスはステップS200に進む。経過していないときには、プロセスはステップS104に進む。
ステップS200では、方法選択部19は、下降方向のMPPT制御を太陽電池制御部18に実行させる。下降方向のMPPT制御を終了すると、プロセスはステップS102に進む。
ステップS102では、方法選択部19は、下降方向のMPPT制御の実行時刻Tpdを、タイミング管理時刻tに更新する。実行時刻を更新すると、プロセスはステップS103に進む。
ステップS103では、方法選択部19は、下降方向のMPPT制御における現在動作電圧Vpvおよび動作電圧を変動させる第1の範囲の下限値Vnminに基づいて、下降方向の周期ΔTvdを算出する。下降方向の周期ΔTvdを算出すると、プロセスはステップS101に戻る。
ステップS104では、方法選択部19は、タイミング管理時刻tが、前回の上昇方向のMPPT制御の実行時刻Tpuから上昇方向の周期ΔTvuだけ経過しているか否かを判別する。経過しているときには、プロセスはステップS300に進む。経過していないときには、プロセスはステップS107に進む。
ステップS300では、方法選択部19は、上昇方向のMPPT制御を太陽電池制御部18に実行させる。上昇方向のMPPT制御を終了すると、プロセスはステップS105に進む。
ステップS105では、方法選択部19は、上昇方向のMPPT制御の実行時刻Tpuを、タイミング管理時刻tに更新する。実行時刻を更新すると、プロセスはステップS106に進む。
ステップS106では、方法選択部19は、上昇方向のMPPT制御における現在動作電流Ipvおよび動作電流の変動の第1の範囲の下限値Inminに基づいて、上昇方向の周期ΔTvuを算出する。上昇方向の周期ΔTvuを算出すると、プロセスはステップS101に戻る。
ステップS107では、方法選択部19は、タイミング管理時刻tが、前回の第2のMPPT制御の実行時刻Tp2から第2の周期ΔT2だけ経過しているか否かを判別する。経過しているときには、プロセスはステップS400に進む。経過していないときには、プロセスはステップS101に戻る。
ステップS400では、方法選択部19は、第2のMPPT制御を太陽電池制御部18に実行させる。第2のMPPT制御を終了すると、プロセスはステップS108に進む。
ステップS108では、方法選択部19は、第2のMPPT制御の実行時刻Tp2を、タイミング管理時刻tに更新する。実行時刻を更新すると、プロセスはステップS101に戻る。
次に、ステップS200で実行される下降方向のMPPT制御のサブルーチンについて、図6のフローチャートを用いて説明する。
下降方向のMPPT制御のサブルーチンを開始すると、ステップS201において、太陽電池制御部18は、動作電圧の目標値である指令電圧Vnを現在の動作電圧Vpvにリセットする。また、太陽電池制御部18は、最大動作電圧Vnmaxを現在の動作電圧Vpvにリセットする。さらに、太陽電池制御部18は、最大発電電力Pnmaxを現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積にリセットする。リセットを終えると、プロセスはステップS202に進む。
ステップS202では、太陽電池制御部18は、最大発電電力Pnmaxと定格PV曲線とに基づいて、動作電圧の第1の範囲の下限値Vnminを算出する。下限値Vnminを算出すると、プロセスはステップS203に進む。
ステップS203では、太陽電池制御部18は、現在の指令電圧Vnから第1の変動電圧ΔV1を減じた電圧を新たな指令電圧Vnとして更新する。指令電圧Vnを更新すると、プロセスはステップS204に進む。
ステップS204では、太陽電池制御部18は、指令電圧Vnが第1の範囲の下限値Vnminより大きいか否かを判別する。指令電圧Vnが下限値Vnminより大きいときには、プロセスはステップS205に進む。指令電圧Vnが下限値Vnmin以下であるときには、プロセスはステップS208に進む。
ステップS205では、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvが指令電圧Vnになるように、太陽電池13を制御する。太陽電池13の制御後、プロセスはステップS206に進む。
ステップS206では、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積が最大発電電力Pnmaxより大きいか否かを判別する。積が最大発電電力Pnmax以下であるときには、プロセスはステップS203に戻る。積が最大発電電力Pnmaxより大きいときには、プロセスはステップS207に進む。
ステップS207では、太陽電池制御部18は、最大発電電力Pnmaxを、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積に更新する。また、太陽電池制御部18は、最大動作電圧Vnmaxを、現在の動作電圧Vpvに更新する。更新すると、プロセスはステップS202に戻る。
前述のようにステップS204において、指令電圧Vnが下限値Vnmin以下であるときには、プロセスはステップS208に進む。ステップS208では、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvが最大動作電圧Vnmaxになるように、太陽電池13を制御する。太陽電池13の制御後、下降方向のMPPT制御のサブルーチンを終了し、プロセスはステップS102に戻る。
次に、ステップS300で実行される上昇方向のMPPT制御のサブルーチンについて、図7のフローチャートを用いて説明する。
上昇方向のMPPT制御のサブルーチンを開始すると、ステップS301において、太陽電池制御部18は、動作電流の目標値である指令電流Inを現在の動作電流Ipvにリセットする。また、太陽電池制御部18は、最大動作電流Inmaxを現在の動作電流Ipvにリセットする。さらに、太陽電池制御部18は、最大発電電力Pnmaxを現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積にリセットする。リセットを終えると、プロセスはステップS302に進む。
ステップS302では、太陽電池制御部18は、最大発電電力Pnmaxと定格PI曲線とに基づいて、動作電流の第1の範囲の下限値Inminを算出する。下限値Inminを算出すると、プロセスはステップS303に進む。
ステップS303では、太陽電池制御部18は、現在の指令電流Inから第1の変動電流ΔI1を減じた電流を新たな指令電流Inとして更新する。指令電流Inを更新すると、プロセスはステップS304に進む。
ステップS304では、太陽電池制御部18は、指令電流Inが変動範囲の下限値Inminより大きいか否かを判別する。指令電流Inが下限値Inminより大きいときには、プロセスはステップS305に進む。指令電流Inが下限値Inmin以下であるときには、プロセスはステップS308に進む。
ステップS305では、太陽電池制御部18は、現在の動作電流Ipvが指令電流Inになるように、太陽電池13を制御する。太陽電池13の制御後、プロセスはステップS306に進む。
ステップS306では、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積が最大発電電力Pnmaxより大きいか否かを判別する。積が最大発電電力Pnmax以下であるときには、プロセスはステップS303に戻る。積が最大発電電力Pnmaxより大きいときには、プロセスはステップS307に進む。
ステップS307では、太陽電池制御部18は、最大発電電力Pnmaxを、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積に更新する。また、太陽電池制御部18は、最大動作電流Inmaxを、現在の動作電流Ipvに更新する。更新すると、プロセスはステップS302に戻る。
前述のようにステップS304において、指令電流Inが下限値Inmin以下であるときには、プロセスはステップS308に進む。ステップS308では、太陽電池制御部18は、現在の動作電流Ipvが最大動作電流Inmaxになるように、太陽電池13を制御する。太陽電池13の制御後、上昇方向のMPPT制御のサブルーチンを終了し、プロセスはステップS105に戻る。
次に、ステップS400で実行される第2のMPPT制御のサブルーチンについて、図8のフローチャートを用いて説明する。
第2のMPPT制御のサブルーチンを開始すると、ステップS401において、太陽電池制御部18は、動作電圧の変動方向を決める方向係数Vsgnを-1にリセットする。また、太陽電池制御部18は、前回の発電電力Pnを、現在の動作電圧Vpvと現在の動作電流Ipvの積にリセットする。リセットを終えると、プロセスはステップS402に進む。
ステップS402では、太陽電池制御部18は、現在の指令電圧Vnから第2の変動電圧ΔV2を方向係数Vsgnの符号に応じた方向に変動させた電圧を新たな指令電圧Vnに定める。指令電圧Vnを更新すると、プロセスはステップS403に進む。
ステップS403では、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvが指令電圧Vnになるように、太陽電池13を制御する。太陽電池13の制御後、プロセスはステップS404に進む。
ステップS404では、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積が前回の発電電力Pn未満であるか否かを判別する。積が前回の発電電力Pn未満であるときには、プロセスはステップS405に進む。積が前回の発電電力Pn以上であるときには、プロセスはステップS405をスキップしてステップS406に進む。
ステップS405では、太陽電池制御部18は、方向係数Vsgnの正負の符号を入替える。符号の入替え後、プロセスはステップS406に進む。
ステップS406では、太陽電池制御部18は、前回の発電電力Pnを、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積に更新する。更新後、プロセスはステップS407に進む。
ステップS407および続くステップS408では、ステップS402およびステップS403と同様に、太陽電池制御部18は、指令電圧Vnの更新および現在の動作電圧Vpvが指令電圧Vnになるように太陽電池13を制御する。
ステップS409では、ステップS404と同様に、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvおよび現在の動作電流Ipvの積が前回の発電電力Pn未満であるか否かを判別する。積が前回の発電電力Pn以上であるときには、プロセスはステップS406に戻る。積が前回の発電電力Pn未満であるときには、プロセスはステップS410に進む。
ステップS410では、太陽電池制御部18は、現在の指令電圧Vnから第2の変動電圧ΔV2を方向係数Vsgnの符号を反転させた符号に応じた方向に変動させた電圧を新たな指令電圧Vnに定める。指令電圧Vnを更新すると、プロセスはステップS411に進む。
ステップS411では、ステップS403と同様に、太陽電池制御部18は、現在の動作電圧Vpvが指令電圧Vnになるように太陽電池13を制御する。太陽電池13の制御後、第2のMPPT制御のサブルーチンを終了し、プロセスはステップS108に戻る。
以上のような構成の第1の実施形態の発電制御装置によれば、第1のMPPT制御により、不必要に広範囲にサーチ変動をさせることなく、太陽電池の最大出力点、すなわち発電電力を最大化させる動作電圧および動作電流を正確に検出することが可能である。このような効果について、以下に詳細に説明する。
図9(a)、9(b)に示すように、太陽電池13の動作電圧に対する発電電力の関係を示すPV曲線は上に凸であり、極大値を有する。したがって、現在の発電電力Ppvより発電電力が大きくなる動作電圧の範囲は、現在のPV曲線と現在の発電電力Ppvの交点の動作電圧座標の最小値から最大値に挟まれる範囲である(符号“VR”参照)。言い換えると、この範囲内に、発電電力を最大化させる動作電圧が存在する。したがって、現在の発電電力Ppvおよび現在のPV曲線を用いることにより、発電電力を最大化させる動作電圧を確実に検出可能である。
しかし、太陽電池13の発電電力は、動作電圧以外にも、例えば日射量、温度、および陰の映りこみなどの条件による影響を受けるので、個々の条件の違いによりPV曲線も変化する。ただし、図10(a)、(b)、(c)に示すように、どのようなPV曲線も、定格PV曲線と動作電圧軸の内部に含まれる。それゆえ、現在の発電電力Ppvおよび現在のPV曲線を用いて上述のように定めた動作電圧の範囲は、現在の発電電力Ppvおよび定格PV曲線を用いて上述のように定めた動作電圧の範囲内に含まれる。
そこで、本実施形態では、現在の発電電力Ppvおよび定格PV曲線を用いて動作電圧の変動範囲を定めるので、発電電力を最大化させる動作電圧を確実に検出可能である。
また、本実施形態では、第1のMPPT制御中に検出した最大発電電力よりも現在の発電電力が大きいときに第1の範囲を更新するので、以下に説明するように、不必要に広範囲な駆動変数の変動を防ぐことが可能である。
例えば、太陽電池13のある状態における動作電圧に対する発電電力の関係が、図10(a)に示すPV曲線に表される場合におけるサーチ変動の変動範囲について説明する。下降方向のMPPT制御の前における現在の動作電圧Vpvにより変動範囲の下限値Vnminが定まる(図11(a)参照)。現在の動作電圧Vpvが下降して発電電力が増加すると、変動範囲の下限値Vnminが更新され、それまでの下限値よりも増加する(図11(b)参照)。発電電力が最大化したときに、変動範囲の下限値Vnminの更新は止まる(図11(c)参照)。したがって、図10(a)に示すPV曲線に対して、サーチ変動は、図11(a)におけるVpvから図11(c)におけるVnminの範囲で実行される。
また、太陽電池13の別の状態における動作電圧に対する発電電力の関係が、図10(c)に示すPV曲線に表される場合におけるサーチ変動の変動範囲について説明する。下降方向のMPPT制御の前における現在の動作電圧Vpvにより変動範囲の下限値Vnminが定まる(図12(a)参照)。発電電力が最初の極大値に達するときに変動範囲の下限値Vnminの更新は止まり、発電電力が最初の極大値を超えるまで現在の動作電圧Vpvを下降させる(図12(b)参照)。発電電力が最初の極大値を超えると、変動範囲の下限値Vnminの更新が再開され、発電電力が次の極大値に達するときに更新が止まる(図12(c)参照)。このように、図10(c)に示すPV曲線に対してサーチ変動は、図12(a)におけるVpvから図12(c)におけるVnminの範囲で実行される。
このように第1の実施形態の構成によれば、いずれのPV曲線においても、そのPV曲線に適した範囲に変動範囲が設定されることになるので、不必要に広範囲な駆動変数の変動を防ぐことが可能である。
また、第1の実施形態の発電制御装置によれば、動作電圧の上昇を、動作電流の調整により実行するので、以下に説明するように、発電電力を高精度で最大化させることが可能である。
定格PV曲線においては、発電電力を最大化させる動作電圧以上の範囲においては、傾きの絶対値が極めて大きい。それゆえ、動作電圧の単位変動量に対する発電電力の変動量が大きいので、動作電圧の直接の調整による上昇では、発電電圧の微調整が難しい。
そこで、第1の実施形態では、動作電圧の上昇を、動作電流を下降させることにより実行するので、発電電力の微調整が可能である。したがって、発電電力を高精度で最大化することが可能である。
また、第1の実施形態では、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御において実行周期を別々に定めることが可能である。駆動変数の変動範囲によって最適な実行周期が異なっており、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御それぞれの変動範囲に応じて最適な実行周期を定めることが可能となる。
また、第1の実施形態では、第1のMPPT制御において、第1の範囲が短くなるほど実行周期を長くするので、必要以上の高頻度での第1のMPPT制御の実行を抑制可能である。動作電圧又は動作電流の変動範囲が短い場合には、長い場合に比べて、発電電力を最大化させる動作電圧または動作電流が存在する確率は低い。それゆえ、変動範囲が短くなるほど第1のMPPT制御の実行周期を長くすることにより、必要以上の高頻度での第1のMPPT制御が抑制される。
また、第1の実施形態では、第1のMPPT制御より短い周期で第2のMPPT制御を実行するので、駆動変数の変動による発電効率の低化を抑制可能である。第1のMPPT制御においては発電電力を最大化させる動作電圧または動作電流を確実に検出することが可能である。一方、第2のMPPT制御においては発電電力の極大化にかかる時間が第1のMPPT制御に比べて短いことが一般的である。それゆえ、第1の実施形態では、比較的長い周期で第1のMPPT制御を行うことにより、発電電力の別の極大値が最大値となったときの発電効率の低下を抑制することが可能である。また、第1の実施形態では、比較的短い周期で第2のMPPT制御を行うことにより、比較的長期間の駆動変数の変動を抑制し、その結果、発電効率の低下を抑制することが可能である。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。第2の実施形態では定格PV曲線および定格PI曲線の代わりに定格PV曲線および定格PI曲線の近似直線を用いる点が第1の実施形態と異なっている。以下に、第1の実施形態と異なる点を中心に第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。
太陽電池13の動作電圧に対する動作電流を示すVI曲線は、図13に示すように、短絡電流Iscおよび開放電圧Vocによって近似可能である。太陽電池13のVI曲線をこのように近似すると、定格PV曲線は(3)、(4)式により近似される(図14参照)。また、定格PI曲線は(5)、(6)式により近似される(図15参照)。
第2の実施形態では、太陽電池制御部18は、定格PV曲線および定格PI曲線のそれぞれの近似直線を用いて、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御を実行する。
以上のような構成の第2の実施形態の発電制御装置によっても、第1の実施形態と同様に、第1のMPPT制御により、不必要に広範囲に駆動変数を変動させることなく、太陽電池の最大出力点、すなわち発電電力を最大化させる動作電圧および動作電流を正確に検出することが可能である。
また、第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、動作電圧の上昇を動作電流の調整により実行するので、発電電力を高精度で最大化させることが可能である。
また、第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御において実行周期を別々に定めることが可能である。
また、第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、第1のMPPT制御において、第1の範囲が短くなるほど実行周期を長くするので、必要以上の高頻度での第1のMPPT制御の実行が抑制される。
また、第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、第1のMPPT制御より短い周期で第2のMPPT制御を実行するので、駆動変数の変動による発電効率の低減化を抑制可能である。
また、第2の実施形態では、定格PV曲線および定格PI曲線を直線近似しているので、変動範囲の下限値の算出が第1の実施形態に比べて極めて容易である。すなわち、近似直線(3)式に基づいて、サーチ変動中の最大発電電力をPnmaxとすると、動作電圧の変動範囲の下限値Vnminは(7)式によって算出される。また、近似曲線(5)式に基づいて、動作電流の変動範囲の下限値Inminは(8)式によって算出される。
また、第2の実施形態では、定格PV曲線および定格PI曲線を近似に短絡電流Iscおよび開放電圧Vocを用いればよいので、事前に検出することなく使用直前に検出することも可能である。また、例えば、太陽電池13の経年劣化などにより定格の短絡電流Iscおよび開放電圧Vocが変動した場合であっても、容易に更新することが可能である。
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。第3の実施形態では定格PV曲線および定格PI曲線の代わりに定格PV曲線および定格PI曲線の近似曲線を用いる点が第1の実施形態と異なっている。以下に、第1の実施形態と異なる点を中心に第3の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。
太陽電池13の動作電圧に対する動作電流を示すVI曲線の一部は、図16に示すように、短絡電流Iscおよび太陽電池13の並列抵抗Rshを用いた(9)式によって近似
可能である。
可能である。
また、VI曲線の別の一部は、図16に示すように、開放電圧Vocおよび太陽電池13の直列抵抗Rsを用いた(10)式によって近似可能である。
太陽電池13のVI曲線をこのように近似すると、定格PV曲線は(11)、(12)式によって近似される(図17参照)。また、定格PI曲線は(13)、(14)式によって近似される(図18参照)。
第3の実施形態では、太陽電池制御部18は、定格PV曲線および定格PI曲線のそれぞれの近似曲線を用いて、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御を実行する。
以上のような構成の第3の実施形態の発電制御装置によっても、第1の実施形態と同様に、第1のMPPT制御により、不必要に広範囲に駆動変数を変動させることなく、太陽電池の最大出力点、すなわち発電電力を最大化させる動作電圧および動作電流を正確に検出することが可能である。
また、第3の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、動作電圧の上昇を動作電流の調整により実行するので、発電電力を高精度で最大化させることが可能である。
また、第3の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、下降方向のMPPT制御および上昇方向のMPPT制御において実行周期を別々に定めることが可能である。
また、第3の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、第1のMPPT制御において、第1の範囲が短くなるほど実行周期を長くするので、必要以上の高頻度での第1のMPPT制御の実行が抑制される。
また、第3の実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、第1の最適化制御より短い周期で第2のMPPT制御を実行するので、駆動変数の変動による発電効率の低減化を抑制可能である。
また、第3の実施形態では、定格PV曲線および定格PI曲線を2次の曲線によって近似しているので、変動範囲の下限値の算出が第1の実施形態に比べて容易である。すなわち、近似曲線(11)式に基づいて、サーチ変動中の最大発電電力をPnmaxとすると、動作電圧の変動範囲の下限値Vnminは(15)式によって算出される。また、近似曲線(13)式に基づいて、動作電流の変動範囲の下限値Inminは(16)式によって算出される。
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
例えば、第2の実施形態において、定格PV曲線を(3)式を用いて近似する構成であるが、(17)式によって近似してもよい。また、定格PI曲線を(5)式を用いて近似する構成であるが、(18)式によって近似してもよい。
(17)、(18)式において、C1、C2は、0より大きく1以下の定数である。
10 電力供給システム
11 負荷機器
12 商用系統
13 太陽電池
14 発電制御装置
15 インバータ
16 電流電圧センサ
17 タイマ
18 太陽電池制御部
19 方法選択部
20 範囲設定部
11 負荷機器
12 商用系統
13 太陽電池
14 発電制御装置
15 インバータ
16 電流電圧センサ
17 タイマ
18 太陽電池制御部
19 方法選択部
20 範囲設定部
Claims (15)
- 太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら前記太陽電池の実際の発電電力を算出し、前記第1の範囲内において前記発電電力を最大化させる前記駆動変数で前記太陽電池を発電させる第1のMPPT制御を実行する太陽電池制御部と、
前記第1の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または前記定格PV曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または前記定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて前記第1の範囲を更新する範囲設定部とを備える
ことを特徴とする発電制御装置。 - 請求項1に記載の発電制御装置であって、前記範囲設定部により更新される前記第1の範囲の上限および下限の少なくとも一方は、前記定格PV曲線または前記定格PV曲線の近似線において前記最大の発電電力を生じさせる動作電圧、他方は前記定格PI曲線または前記定格PI曲線の近似線において前記最大の発電電力を生じさせる動作電流に相当することを特徴とする発電制御装置。
- 請求項1に記載の発電制御装置であって、
前記第1のMPPT制御は、前記動作電圧が上昇するように前記駆動変数を変動させる上昇方向のMPPT制御、および前記動作電圧が下降するように前記駆動変数を変動させる下降方向のMPPT制御を有しており、
前記上昇方向のMPPT制御および前記下降方向のMPPT制御の実行周期をそれぞれ独立して有する
ことを特徴とする発電制御装置。 - 請求項11に記載の発電制御装置であって、
前記駆動変数を動作電圧とする場合における、
前記下降方向のMPPT制御の実行周期は、前記太陽電池の開放電圧に対する前記第1の範囲に対応する電圧の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定され、
前記上昇方向のMPPT制御の実行周期は、前記太陽電池の短絡電流に対する前記第1の範囲に対応する電流の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定される
ことを特徴とする発電制御装置。 - 請求項1に記載の発電制御装置であって、前記太陽電池制御部に、第1の周期で前記第1のMPPT制御を実行させ、前記第1の周期より短い第2の周期で前記発電電力が増加する方向に前記太陽電池の実際の発電電力が最大となるまで変動させる第2のMPPT制御を実行させる方法選択部を備えることを特徴とする発電制御装置。
- 太陽電池と、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第1の範囲内で変動させながら前記太陽電池の実際の発電電力を算出し、前記第1の範囲内において前記発電電力を最大化させる前記駆動変数で前記太陽電池を発電させる第1のMPPT制御を実行する太陽電池制御部と、前記第1の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または前記定格PV曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または前記定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて前記第1の範囲を更新する範囲設定部とを備える
ことを特徴とする太陽光発電システム。 - 太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として変動させながら太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御方法であって、
前記駆動変数を所定量だけ変動させる変動ステップと、
前記変動ステップにおいて変動させた前記駆動変数で発電させた前記太陽電池の現在の発電電力を、最大発電電力と比較する比較ステップと、
前記現在の発電電力が前記最大発電電力より大きい場合には、該現在の発電電力を最大発電電力に更新する更新ステップと、
前記最大発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格PV曲線または前記定格PV曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格PI曲線または前記定格PI曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、前記駆動変数の変動範囲を設定する設定ステップと、
前記駆動変数が前記変動範囲により定まる上限または下限に達するまで、前記変動ステップ、前記比較ステップ、前記更新ステップ、および前記設定ステップを繰返させる繰返しステップと、
前記駆動変数が前記上限または前記下限に達したときの前記最大発電電力で発電させた前記駆動変数で、前記太陽電池に発電させる発電ステップとを備える
ことを特徴とする発電制御方法。
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