WO2015025557A1 - 太陽光エネルギー利用システム - Google Patents

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WO2015025557A1
WO2015025557A1 PCT/JP2014/060052 JP2014060052W WO2015025557A1 WO 2015025557 A1 WO2015025557 A1 WO 2015025557A1 JP 2014060052 W JP2014060052 W JP 2014060052W WO 2015025557 A1 WO2015025557 A1 WO 2015025557A1
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motor
solar
voltage
output
control unit
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PCT/JP2014/060052
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片岡　耕太郎
柴田　晃秀
周治 若生
野村　勝
竹史 塩見
岩田　浩
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シャープ株式会社
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Publication date
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to a solar energy utilization system.
  • Patent Document 1 describes a motor drive device and an air conditioner.
  • the output voltage of the solar cell is boosted by a DC-DC converter.
  • the DC-DC converter has a conversion circuit, a switching control circuit, and an input voltage control circuit.
  • the input voltage control circuit feedback-controls the switching control circuit so that the voltage at the input terminal of the DC-DC converter does not become smaller than a predetermined voltage value.
  • the present invention has been made in view of the above points, and in a solar energy utilization system that drives a load including a motor with electric power output by the solar panel, the motor can be stably operated only by the output of the solar panel. It aims at providing the solar energy utilization system which can be done.
  • the solar energy utilization system monitors a solar panel, a motor driven by electric power output from the solar panel, a motor drive circuit for driving the motor, and an input or output of the motor drive circuit.
  • the control unit performs control to repeatedly change the rotation speed of the motor at a predetermined timing.
  • the margin up to the maximum power point of the output power of the solar panel can be estimated based on the change in the output of the solar panel caused by repeatedly changing the rotation speed of the motor at a predetermined timing.
  • the maximum power point voltage which is the voltage at the maximum power point
  • the degree of deviation from the maximum power point voltage is within a predetermined range. Since the motor is always operated at a voltage higher than the maximum power point voltage of the solar panel, the motor can be stably operated only by the output of the solar panel.
  • the motor is an inverter control motor
  • the motor drive circuit is an inverter circuit
  • a DC-DC converter is disposed between the inverter circuit and the solar panel. It is preferable.
  • the DC-DC converter includes a primary side switching unit, a transformer, and a secondary side rectification unit including a MOSFET, and the primary side switching unit is switched during the control mode.
  • the secondary rectification unit is synchronously rectified by a complementary operation with the primary side switching unit while performing at a substantially fixed duty.
  • the transformer has a tertiary winding, and the driving power of the control unit is supplied from the tertiary winding.
  • control mode is preferably executed when the input voltage of the inverter circuit is equal to or higher than a predetermined value.
  • this invention is characterized by being provided with the said motor, It is a cool box, an air conditioner, or a pump contained in the solar energy utilization system of the said structure.
  • the solar panel can be used as a cold storage, an air conditioner, or a pump that can effectively use the power generated by the solar panel, and even when the solar panel is driven only by the generated power, it is stable. Can be operated.
  • the margin up to the maximum power point of the output power of the solar panel can be estimated based on the change in the output of the solar panel caused by repeatedly changing the rotation speed of the motor at a predetermined timing. This enables control that is higher than the maximum power point voltage, which is the maximum power point voltage, and that the degree of deviation from the maximum power point voltage is within a predetermined range. In addition, it can be operated with high efficiency.
  • the solar energy utilization system 1 includes a solar panel 10, an inverter unit 20 that converts DC power generated by the solar panel 10 into AC power, and a motor 30 that is driven by AC power supplied from the inverter unit 20.
  • the motor 30 is used as a power source for various devices such as a cool box, an air conditioner, and a pump.
  • the DC power output from the solar panel 10 may be referred to as “solar output power”, the output voltage as “solar output voltage”, and the output current as “solar output current”.
  • GaAs solar cells GaAs solar cells, InGaAs solar cells, CdTe-CdS solar cells, as well as silicon solar cells such as single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, and amorphous silicon solar cells.
  • a compound solar cell such as a chalcopyrite solar cell, a dye-sensitized solar cell, or an organic thin film solar cell can be used.
  • the solar panel 10 is not limited to a flat plate encapsulated in glass or the like. It may be a film that can be bent.
  • the inverter unit 20 includes an inverter circuit 21, and the inverter circuit 21 is controlled by the control unit 22.
  • the control unit 22 may exclusively control the inverter circuit 21 or may control the entire solar energy utilization system 1.
  • the inverter unit 20 includes a capacitor 23 that is connected in parallel to the solar panel 10 and a solar output voltage monitoring unit 24 that is a monitor unit.
  • the solar output voltage monitoring unit 24 provided at the input part of the inverter unit 20 can directly monitor the output voltage of the solar panel 10. it can.
  • the solar output voltage monitoring unit 24 can also monitor the input or output of the inverter circuit 21 that is a motor drive circuit.
  • the inverter circuit 21 converts the DC power output from the solar panel 10 into AC power having a voltage value required by the motor 30 based on a command from the control unit 22.
  • the inverter circuit 21 can be a 2-level or 3-level inverter using a PWM (pulse width modulation) system. Further, VVVF (variable voltage, variable frequency) control can be performed. The voltage and frequency of the AC power output from the inverter circuit 21 are determined according to the motor 30.
  • PWM pulse width modulation
  • VVVF variable voltage, variable frequency
  • the control unit 22 has an AD converter function that detects an input voltage to the inverter circuit 21, that is, a solar output voltage, and monitors the output voltage of the solar panel 10 through the solar output voltage monitoring unit 24.
  • the number of revolutions of the motor 30 is increased or decreased by an inverter control signal output from the control unit 22 to the inverter circuit 21.
  • the output power of the solar panel 10 is determined according to the power consumption of the motor 30 as a load.
  • the motor 30 is an AC induction motor or an AC synchronous motor that is an inverter control motor.
  • the motor 30 operates at the rotation speed and torque according to the output frequency and output voltage of the AC power output from the inverter circuit 21.
  • a motor having a minimum rotation speed of 1,500 rpm, a maximum rotation speed of 5,000 rpm, a maximum power consumption of 150 W, and an operating voltage of 220 V can be used.
  • the capacitor 23 smoothes the electric power generated by the solar panel 10.
  • the inverter circuit 21 intermittently takes in electric power by switching and sends it to the motor 30.
  • the capacitor 23 smoothes the electric power and can stably take out a DC output from the solar panel 10 with low ripple.
  • the graph is drawn in two rows.
  • the output characteristic of a general solar panel is drawn as an IV curve (a curve plotting the relationship between output current and output voltage).
  • the output characteristic of a general solar panel is depicted as a PV curve (curve plotting the relationship between output power and output voltage) C.
  • the solar output voltage becomes maximum at the time of opening (no load), decreases as the load increases, and the output power increases, and becomes zero at the time of short circuit. Solar output power is maximized when the output voltage is about 80% of the open circuit voltage. The operating point at this time is called the maximum power point.
  • the output voltage at the maximum power point cm in the PV curve C is represented as the maximum power point voltage Vmp.
  • the motor 30 is controlled as follows. When the power (input power) input from the solar panel 10 to the inverter circuit 21 is insufficient and the input voltage is lowered, the control unit 22 that performs feedback control of the inverter circuit 21 will flow more current and maintain the input power. And If the motor 30 is driven at a voltage higher than the maximum power point voltage Vmp, the input power increases due to an increase in current even if the voltage decreases. Therefore, the motor 30 operates without causing power shortage, and a stable operation is achieved. Is possible.
  • the maximum power point cm and the maximum power point voltage Vmp vary depending on the temperature and the amount of sunlight. Differences in the characteristics of the solar panel 10 due to individual differences and changes over time are also factors that fluctuate the solar output power. Therefore, it is necessary to always drive the motor 30 with a voltage higher than the maximum power point voltage Vmp regardless of fluctuations in the solar output power. However, if the voltage becomes too high, the solar output power decreases and the output of the motor 30 also decreases. Therefore, it is necessary to drive the motor 30 within a range where the deviation from the maximum power point voltage Vmp is not so large.
  • the control unit 22 has a control mode for controlling the motor drive circuit, that is, the inverter unit 20 so that the output voltage of the solar panel 10 maintains a voltage exceeding the maximum power point voltage Vmp.
  • control for repeatedly changing the rotation speed of the motor 30 at a predetermined timing is performed, and a margin up to the maximum power point cm is estimated based on a change in the output of the solar panel 10 caused thereby, and the motor operating point Adjust the position.
  • This control mode is executed when the input voltage of the inverter circuit 21 is equal to or higher than a predetermined value.
  • the control unit 22 fluctuates the power consumption of the motor 30 by intermittently increasing or decreasing the rotation speed of the motor 30. Then, the motor operating point moves on the PV curve C in FIG.
  • the control unit 22 detects the variation ⁇ V of the solar output voltage generated at that time through the solar output voltage monitoring unit 24. In a region where the voltage is sufficiently higher than the maximum power point voltage Vmp, ⁇ V accompanying a change in the rotation speed of the motor 30 by a constant value is small. As the voltage approaches the maximum power point voltage Vmp, the value of ⁇ V increases. This is as shown in FIG.
  • an allowable value for ⁇ V is determined, and the control unit 22 is determined whether ⁇ V is smaller or larger than the allowable value. Based on the result, the control unit moves the motor operating point on the PV curve C. 22 controls the inverter circuit 21.
  • the control unit 22 increases the rotation speed of the motor 30. As a result, the motor operating point moves in the direction of the maximum power point cm.
  • the control unit 22 monitors the change in ⁇ V, and when the margin between the motor operating point and the maximum power point cm is reduced to a predetermined value (first predetermined value), the rotation speed change of the motor 30 is changed from “increase” to “original”. Switch to “Return to speed” or “Decrease”.
  • the control unit 22 decreases the rotation speed of the motor 30. As a result, the motor operating point moves away from the maximum power point cm.
  • the control unit 22 monitors the change in ⁇ V, and when the margin between the motor operating point and the maximum power point cm increases to a predetermined value (second predetermined value), the change in the rotation speed of the motor 30 is changed from “decrease” to “original”. Switch to “Return to speed” or “Increase”.
  • the motor 30 can be driven in a voltage region that is higher than the maximum power point voltage Vmp and that has a deviation from the maximum power point voltage Vmp within a predetermined range. This stabilizes the drive of the motor 30 and enables the motor 30 to make maximum use of the output power of the solar panel 10.
  • the degree of divergence from the maximum power point voltage Vmp can be set to, for example, a voltage of about 1/15 to 1/10 of the maximum power point voltage Vmp in consideration of characteristics of a general solar panel.
  • Fig. 4 shows an example in which the algorithm for increasing or decreasing the rotation speed of the motor 30 is realized as a sequence.
  • the number of rotations of the motor 30 is set to four stages of “number of rotations 1”, “number of rotations 2”, “number of rotations 3”, and “number of rotations 4”. It is also desirable.
  • driving of the motor 30 is started at time t0. From the time t0 to t1, the rotational speed of the motor 30 increases to the rotational speed 1. The power consumption of the motor 30 increases. The solar output power also increases, but the solar output voltage decreases.
  • the rotational speed of the motor 30 is maintained at the rotational speed 1.
  • the power consumption and the solar output voltage of the motor 30 also maintain the values at the time t1. If the amount of sunshine is insufficient from time t0 to t2, and solar output power sufficient to increase the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 1 is not supplied, the motor 30 stops due to a malfunction. In this case, after an appropriate interval, the operation from time t0 is resumed.
  • the rotation speed of the motor 30 increases to the rotation speed 2.
  • the power consumption of the motor 30 increases.
  • the solar output power also increases, but the solar output voltage further decreases. Since there is a margin from the motor operating point to the maximum power point, the descending width ⁇ V of the solar output voltage is small. If ⁇ V is less than the allowable value, the rotational speed of the motor 30 is maintained at the rotational speed 2 from time t3 to time t4.
  • the rotation speed of the motor 30 increases to the rotation speed 3 from time t4 to t5.
  • the power consumption of the motor 30 increases.
  • the solar output power also increases, but the solar output voltage decreases. Since there is a margin from the motor operating point to the maximum power point, the descending width ⁇ V of the solar output voltage is small. If ⁇ V is less than the allowable value, the rotational speed of the motor 30 is maintained at the rotational speed 3 from time t5 to time t6.
  • the rotation speed of the motor 30 increases to the rotation speed 4.
  • the power consumption of the motor 30 increases.
  • the solar output power also increases, but the solar output voltage decreases. Since there is a margin from the motor operating point to the maximum power point, the descending width ⁇ V of the solar output voltage is small. If ⁇ V is less than the allowable value, the rotational speed of the motor 30 is maintained at the rotational speed 4 from time t7 to time t8.
  • control unit 22 decreases the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 3 from time t8 to t9, and detects ⁇ V. If ⁇ V is less than the allowable value, control unit 22 determines that there is a margin from the motor operating point to the maximum power point, and returns the rotational speed of motor 30 to rotational speed 4 at time t10. The rotational speed 4 is maintained from time t10 to t11.
  • control unit 22 From time t11 to t12, the control unit 22 decreases the rotation speed of the motor 30 to the rotation speed 3, and detects ⁇ V. If ⁇ V is less than the allowable value, control unit 22 determines that there is a margin from the motor operating point to the maximum power point, and returns the rotational speed of motor 30 to rotational speed 4 at time t13. The rotational speed 4 is maintained from time t13 to t14.
  • the control unit 22 decreases the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 3 from time t14 to t15, and detects ⁇ V. Since the motor operating point approaches the maximum power point due to the decrease in the amount of sunshine, the value of ⁇ V accompanying the decrease in the rotational speed increases. If ⁇ V is equal to or greater than the allowable value, the control unit 22 determines that the motor operating point has reached the vicinity of the maximum power point, and further reduces the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 2 from time t15 to t16. This leaves the motor operating point away from the maximum power point.
  • control unit 22 If ⁇ V from time t15 to time t16 is less than the allowable value, the control unit 22 returns the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 3 from time t16 to time t17. The rotation speed 3 is maintained from time t17 to t18.
  • the control unit 22 decreases the rotation speed of the motor 30 to the rotation speed 2 from time t18 to t19, and detects ⁇ V. Since the motor operating point is approaching the maximum power point, the value of ⁇ V accompanying a decrease in the rotational speed increases. If ⁇ V is equal to or greater than the allowable value, the control unit 22 determines that the motor operating point has reached the vicinity of the maximum power point, and further reduces the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 1 from time t19 to t20. This leaves the motor operating point away from the maximum power point.
  • control unit 22 If ⁇ V from time t19 to t20 is less than the allowable value, the control unit 22 returns the rotational speed of the motor 30 to the rotational speed 2 from time t20 to t21.
  • Rotational speed 4 is the maximum rotational speed, so the next rotational speed change will always decrease the rotational speed. Since the rotational speed 1 is the minimum rotational speed, the next rotational speed change always increases the rotational speed. Regarding the rotation speeds 2 and 3, it is determined whether the next rotation speed increase or the rotation speed decrease is based on a predetermined algorithm.
  • the step of the rotational speed of the motor can be set to 100 to 500 rpm.
  • a predetermined ⁇ V is set in advance, and how much rotation speed increase / decrease ⁇ RPM was required before the voltage fluctuated by ⁇ V It is also possible to determine the margin up to the maximum power point.
  • the algorithm for increasing / decreasing the rotation speed of the motor 30 is as follows.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the solar energy utilization system 1.
  • step # 101 the control unit 22 increases the rotation speed of the motor 30.
  • step # 102 the control unit 22 monitors the solar output voltage and compares it with the previously monitored solar output voltage.
  • Step # 103 the control unit 22 determines whether the variation ⁇ V of the solar output voltage is large (above the allowable value) or small (less than the allowable value). If ⁇ V is determined to be large, the process proceeds to step # 104, and if ⁇ V is determined to be small, the process returns to step # 101.
  • step # 104 the control unit 22 returns the rotational speed of the motor 30 to the original rotational speed.
  • step # 105 the control unit 22 monitors the solar output voltage.
  • step # 106 the control unit 22 decreases the rotation speed of the motor 30.
  • step # 107 the control unit 22 monitors the solar output voltage and compares it with the previously monitored solar output voltage.
  • Step # 108 the control unit 22 determines whether the fluctuation ⁇ V of the solar output voltage is large (above the allowable value) or small (less than the allowable value). If ⁇ V is determined to be large, the process returns to step # 106, and if ⁇ V is determined to be small, the process proceeds to step # 109.
  • step # 109 the control unit 22 returns the rotational speed of the motor 30 to the original rotational speed.
  • step # 110 the control unit 22 monitors the solar output voltage. Then, the process returns to step # 101.
  • FIG. 1 A second embodiment of the solar energy utilization system is shown in FIG.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in the sequence of increasing or decreasing the number of revolutions of the motor 30.
  • the changed number of rotations is maintained for an appropriate time interval, that is, the number of rotations of the motor 30 is increased or decreased intermittently. It was a sequence configuration.
  • the second embodiment is characterized in that the increase / decrease in the number of rotations of the motor 30 is continuously progressed without taking time, such as immediately changing from increasing to decreasing, and immediately increasing from decreasing to increasing.
  • the next increase or decrease is immediately performed, so that the output characteristics of the solar panel 10 can be more reliably changed due to changes in the sunlight conditions. Can follow.
  • the solar maximum output power and the power consumption of the motor 30 can be brought close to each other in a voltage region higher than the maximum power point voltage Vmp, and a large amount of generated energy can be taken out as much as possible. Since the followability to sunshine fluctuation is high, it is possible to reduce the possibility that the motor operating point cannot follow the decrease in the amount of sunlight and falls below the maximum power point, causing the motor 30 to malfunction.
  • FIGS. A third embodiment of the solar energy utilization system is shown in FIGS. Similarly to the first and second embodiments, the third embodiment also estimates the margin from the motor operating point to the maximum power point by increasing or decreasing the rotational speed of the motor 30 intermittently or continuously.
  • the solar output current is selected as the measurement parameter instead of the solar output voltage.
  • the current amount increases as the solar output voltage decreases, but the increase width gradually decreases.
  • the margin from the motor operating point to the maximum power point cm is estimated based on the magnitude of the current fluctuation width ⁇ I when the rotational speed of the motor 30 is increased or decreased.
  • the solar energy utilization system 1 includes a solar output current monitoring unit 25 as shown in FIG.
  • the input current to the inverter unit 20 is detected as a voltage drop value in the sense resistor that constitutes the solar output current monitoring unit 25. Since the solar panel 10 and the inverter unit 20 are directly connected, the output current of the solar panel 10 can be directly monitored by monitoring the input current of the inverter unit 20.
  • the solar output current monitoring unit 25 that is a monitor unit can also monitor the input or output of the inverter circuit 21 that is a motor drive circuit.
  • > I1 it is determined that there is still a margin from the motor operating point to the maximum power point cm, and the rotational speed of the motor 30 is increased. If K ⁇
  • I2 or an average value of I1 and I2 may be used instead of I1.
  • the solar output current is directly monitored. Instead, the solar output current may be indirectly measured by monitoring the output current from the inverter circuit 21 and appropriately integrating the output current.
  • FIGS. 1 and 2 A fourth embodiment of the solar energy utilization system is shown in FIGS.
  • the margin from the motor operating point to the maximum power point is estimated by increasing or decreasing the rotation speed of the motor 30 intermittently or continuously.
  • solar output power is selected as a measurement parameter.
  • the PV curve C of solar output power shown in the graph of FIG. 10 has a steep slope at the open circuit voltage Voc, but becomes gentler as it approaches the maximum power point cm, and the slope is zero at the maximum power point cm. Become. Using this, the margin from the motor operating point to the maximum power point cm is estimated based on the magnitude of the power fluctuation width ⁇ P when the rotational speed of the motor 30 is increased or decreased.
  • the solar energy utilization system 1 includes a solar output voltage monitoring unit 24 and a solar output current monitoring unit 25 as shown in FIG.
  • the solar output voltage monitoring unit 24 and the solar output current monitoring unit 25 that are monitoring units can also monitor the input or output of the inverter circuit 21 that is a motor drive circuit.
  • the absolute value ⁇ V
  • of the voltage change before and after the increase / decrease in the number of rotations of the motor 30 and the absolute value ⁇ P
  • K ⁇ ⁇ V> ⁇ P it is determined that there is still a margin from the motor operating point to the maximum power point cm, and the rotational speed of the motor 30 is increased. If K ⁇ ⁇ V ⁇ ⁇ P, it is determined that the motor operating point has reached the vicinity of the maximum power point, and the rotational speed of the motor 30 is decreased.
  • the fourth embodiment since the PV curve can be actually traced, the margin up to the maximum power point can be estimated more reliably. That is, the power consumption of the motor 30 varies depending on the load even if the rotation speed is the same. The amount of change in solar output power that accompanies the amount of change in the rotational speed of the motor 30 also varies depending on the load on the motor 30. Therefore, even if the same rotation speed change is given to the motor 30 under the same sunshine condition, ⁇ V does not always have the same value of ⁇ I. Therefore, in the first to third embodiments, it is necessary to set a predetermined allowable value in consideration of this variation. On the other hand, the fourth embodiment focuses on the PV curve itself and is not affected by the magnitude of the load of the motor 30, so that the control becomes accurate and the solar generated power is efficiently used. Is possible.
  • FIGS. A fifth embodiment of a solar energy utilization system is shown in FIGS.
  • the fifth embodiment is characterized in that a DC-DC converter 40 is provided between the solar panel 10 and the inverter unit 20.
  • the DC-DC converter 40 as a step-up converter, for example, even if the solar output voltage does not reach the voltage required for driving the motor 30 and the solar output power is sufficient, the solar output voltage can be used for driving the motor 30.
  • the motor 30 can be operated by boosting to a necessary voltage.
  • the control unit 22 appropriately controls the rotation of the motor 30 based on the voltage value of the secondary side of the DC-DC converter 40, that is, the input unit of the inverter unit 20.
  • the secondary side rectification unit is a transistor, and performs synchronous rectification by performing a complementary operation with the primary side.
  • the transistor is incorporated in the photocoupler 41.
  • the DC-DC converter 40 can perform bidirectional power conversion. Therefore, even if the inverter unit 20 is stopped and operated without load, the voltage on the secondary side does not rise abnormally. For this reason, a circuit that feeds back the output voltage of the DC-DC converter 40 to the control unit of the DC-DC converter 40 can be omitted.
  • a tertiary winding (not shown) in the transformer of the DC-DC converter 40 and supply the driving power of the control unit 22 from the output power of the tertiary winding.
  • power can be supplied to the control unit 22 belonging to the secondary side without providing a plurality of transformers, so that the cost can be reduced.
  • the operation of the DC-DC converter 40 can be continued even when the inverter unit 20 is stopped and in a no-load state (the secondary side voltage is not increased abnormally), the power supply to the control unit 22 is continued.
  • the controller 22 can continue to monitor the voltage and the like. For this reason, for example, detection of the presence or absence of abnormality when the motor 30 is stopped can be continued, and a highly safe system can be configured.
  • the DC-DC converter 40 is provided with a fixed duty supply unit 42. If the DC-DC converter 40 is continuously operated with a fixed duty supplied from the fixed-duty supply unit 42, the DC-DC converter 40 can be operated as a converter that steps up or down at a substantially fixed ratio. Is possible.
  • the DC-DC converter 40 can be composed of a primary side switching unit 40a, a transformer 40b, and a secondary side rectification unit 40c composed of a MOSFET.
  • the primary side switching unit 40a is switched at a substantially fixed duty.
  • the secondary side rectification unit 40c can be synchronously rectified by a complementary operation with the primary side switching unit 40a.
  • the control unit 22 indirectly monitors the solar output voltage (and current) based on the voltage (and current) on the secondary side of the DC-DC converter 40, and increases or decreases the rotational speed of the motor 30. Margin estimation up to a point can be performed. This is because, as described above, the primary side switching unit 40a is switched at a substantially fixed duty, and the secondary side rectification unit 40c is synchronously rectified by a complementary operation with the primary side switching unit 40a. is there. As a result, the voltage ratio and the current ratio between the primary side and the secondary side are substantially fixed ratios roughly defined by the winding ratio of the transformer, and the primary side, that is, the solar panel 10 of the solar panel 10 is monitored by the secondary side monitoring. The output status can be monitored indirectly. Therefore, even if the DC-DC converter 40 is an insulation type, there is no need to force it to be conducted for monitoring, and the circuit can be simplified and the cost can be reduced.
  • the DC-DC converter 40 may have a structure other than the structure shown in FIG.
  • FIG. 13 shows an example in which the primary side is configured as a push-pull and the secondary side is configured as a full bridge.
  • the DC-DC converter 40 is not limited to an insulating type. A chopper circuit with synchronous rectification may be used.
  • FIG. 14 shows a sixth embodiment of the solar energy utilization system.
  • the sixth embodiment is a solar energy utilization system according to any one of the first to fifth embodiments, and adds a temperature monitoring function to a device for temperature management such as a cold storage or an air conditioner. It is a thing. Therefore, although not shown, the solar energy utilization system of the sixth embodiment includes the constituent elements provided in the first to fifth embodiments.
  • the algorithm for increasing or decreasing the rotational speed of the motor 30 in the sixth embodiment is as follows.
  • A After increasing the rotation speed, -Only when the target temperature is not reached and ⁇ V is small (margin to maximum power point is large), the number of revolutions is increased next time. -If at least one of over target temperature or large ⁇ V (small margin to maximum power point) is observed, the rotational speed is returned to the original rotational speed, and then the rotational speed is decreased next time.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating the operation of the solar energy utilization system according to the sixth embodiment.
  • step # 201 the control unit 22 increases the rotation speed of the motor 30.
  • step # 202 the control unit 22 monitors the temperature (the temperature managed by the solar energy utilization system).
  • step # 203 the control unit 22 determines whether the temperature is in a state where the target temperature has been exceeded or the target temperature has not been reached. If it is determined that the target temperature has been exceeded, the process proceeds to step # 206. If it is determined that the target temperature has not been reached, the process proceeds to step # 204.
  • step # 204 the control unit 22 monitors the solar output voltage and compares it with the previously monitored solar output voltage.
  • Step # 205 the control unit 22 determines whether the variation ⁇ V of the solar output voltage is large (above the allowable value) or small (less than the allowable value). When ⁇ V is determined to be large, the process proceeds to step # 206, and when ⁇ V is determined to be small, the process returns to step # 201.
  • step # 206 the control unit 22 returns the rotational speed of the motor 30 to the original rotational speed.
  • step # 207 the control unit 22 monitors the solar output voltage.
  • step # 208 the control unit 22 decreases the rotation speed of the motor 30.
  • step # 209 the controller 22 monitors the temperature.
  • step # 210 the control unit 22 determines whether the temperature is in a state of exceeding the target temperature or in a state of not reaching the target temperature. If it is determined that the target temperature has been exceeded, the process returns to step # 208. If it is determined that the target temperature has not been reached, the process proceeds to step # 211.
  • step # 211 the control unit 22 monitors the solar output voltage and compares it with the previously monitored solar output voltage.
  • Step # 212 the control unit 22 determines whether the fluctuation ⁇ V of the solar output voltage is large (above the allowable value) or small (less than the allowable value). If ⁇ V is determined to be large, the process returns to step # 208, and if ⁇ V is determined to be small, the process proceeds to step # 213.
  • step # 213 the control unit 22 returns the rotational speed of the motor 30 to the original rotational speed.
  • step # 214 the control unit 22 monitors the solar output voltage. Then, the process returns to step # 201.
  • FIG. 15 shows a seventh embodiment of the solar energy utilization system.
  • the solar panel 10 and another power source 50 such as a battery are used in combination as power sources.
  • another power source 50 made of a battery is connected to the output unit from the solar panel 10 via a diode 51.
  • the separate power source 50 a power source having a voltage lower than the maximum power point voltage Vmp of the solar panel 10 is used.
  • the separate power source 50 is detachable, and the solar energy utilization system 1 can operate regardless of the presence or absence of the separate power source 50.
  • the control unit 22 monitors the input voltage to the inverter unit 20. When it is detected that the voltage of the output part from the solar panel 10 which is the connection part of the separate power supply 50 is not more than a predetermined value, the control part 22 does not generate enough power, It is determined that power is supplied from another power source 50. And the control part 22 transfers to another control mode from the control mode which repeats and increases / decreases the rotation speed of the motor 30 demonstrated by the predetermined timing at the predetermined timing.
  • the control unit 22 determines that the solar panel 10 is generating enough power and sets the rotation speed of the motor 30 at a predetermined timing. It is preferable to return to the control mode of repeatedly increasing / decreasing.
  • the motor 30 is set to a predetermined number of revolutions, and only when the solar panel 10 is sufficiently generating power, the input power of the motor 30 is stabilized. It is possible to perform full extraction as much as possible. Therefore, it is possible to prevent unintended consumption of the power of the separate power source 50 while effectively using the power generation by the solar panel 10.
  • the solar output voltage monitoring unit 24 that monitors the output voltage of the solar panel 10 functions as a monitor unit.
  • the solar output current monitoring unit 25 that monitors the output current of the solar panel 10 functions as a monitor unit.
  • the fourth embodiment includes a solar output voltage monitoring unit 24 that monitors the solar output voltage and a solar output current monitoring unit 25 that monitors the solar output current.
  • the solar power is derived from the solar output voltage and the solar output current, and an output monitor is provided. Is going. Whether to adopt a monitor unit that monitors the solar output voltage, a monitor unit that monitors the solar output current, or a monitor unit that monitors the solar output power can be arbitrarily selected according to the situation. it can.
  • the solar energy utilization system can include a cool box, an air conditioner, or a pump.
  • the solar panel 10 can be used as a cold storage, an air conditioner, or a pump that can effectively use the power generated by the solar panel 10, and even when the solar panel 10 is driven only by the generated power. , Can be operated stably.
  • the present invention can be widely used in solar energy utilization systems.

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Abstract

　太陽光エネルギー利用システム（１）は、ソーラーパネル（１０）と、ソーラーパネルが出力する電力により、モータ駆動回路として機能するインバータ回路（２１）で駆動されるモータ（３０）と、ソーラーパネルの入力ないし出力をモニタリングするモニタ部であり、インバータ回路の入力ないし出力をモニタリングするモニタ部でもあるソーラー出力電圧モニタリング部（２４）と、制御部（２２）を備える。制御部は、ソーラーパネルの出力電圧が最大電力点電圧を超える電圧を維持するようにインバータ回路を制御する制御モードを有し、この制御モードにおいては、制御部は、モータの回転数を所定タイミングで反復して変化させる制御を行う。

Description

太陽光エネルギー利用システム
　本発明は太陽光エネルギー利用システムに関する。
　ソーラーパネル（太陽電池パネル）により太陽光のエネルギーを電力に変換し、その電力で機器を駆動するシステムが種々提案されている。特許文献１にその一例を見ることができる。
　特許文献１にはモータ駆動装置およびエアコンが記載されている。太陽電池の出力電圧はＤＣ－ＤＣコンバータで昇圧される。ＤＣ－ＤＣコンバータは変換回路、スイッチング制御回路、及び入力電圧制御回路を有する。前記入力電圧制御回路は、当該ＤＣ－ＤＣコンバータの入力端子の電圧が所定電圧値より小さくならないよう、前記スイッチング制御回路をフィードバック制御する。
特開２０１３－８２０６号公報
　ソーラーパネルの出力のみでモータをインバータ駆動する場合、ソーラーパネルの最大電力点を超える電圧でモータを動作させる必要がある。インバータを制御するインバータ制御部が、一定回転数での回転を維持するために行うフィードバック制御では、系の揺らぎ等により入力電力が不足して入力電圧が低下した場合、より多くの電流を流して入力電力を維持しようとする。最大電力点を超える電圧でモータが動作していれば、電流が増加し電圧が低下するとソーラーパネルの出力が増大するので、電力不足を生じることなくインバータ制御部は制御を続けることができる。これに対し最大電力点以下の電圧で動作していた場合には、電流が増加し電圧が低下するとソーラーパネルの出力が減少し、モータの動作を維持できなくなる。このためモータは動作不良を起こす。
　本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、ソーラーパネルが出力する電力でモータを含む負荷を駆動する太陽光エネルギー利用システムにおいて、ソーラーパネルの出力のみでもモータを安定して動作させることができる太陽光エネルギー利用システムを提供することを目的とする。
　本発明に係る太陽光エネルギー利用システムは、ソーラーパネルと、前記ソーラーパネルが出力する電力により駆動されるモータと、前記モータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路の入力ないし出力をモニタリングするモニタ部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記ソーラーパネルの出力電圧が最大電力点電圧を超える電圧を維持するように前記モータ駆動回路を制御する制御モードを有し、前記制御モードにおいては、前記制御部は、前記モータの回転数を所定タイミングで反復して変化させる制御を行うことを特徴としている。
　この構成によると、モータの回転数を所定タイミングで反復して変化させることによって生じるソーラーパネルの出力の変化に基づき、ソーラーパネルの出力電力の最大電力点までのマージンを推測することができる。これにより、最大電力点の電圧である最大電力点電圧よりも高く且つ最大電力点電圧からの乖離度が所定範囲内であるような制御が可能となる。常にモータをソーラーパネルの最大電力点電圧よりも高い電圧で動作させるから、ソーラーパネルの出力のみでもモータを安定して動作させることができる。
　上記構成の太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記モータはインバータ制御モータであり、前記モータ駆動回路はインバータ回路であること、及び、前記インバータ回路と前記ソーラーパネルとの間にＤＣ－ＤＣコンバータが配置されていることが好ましい。
　上記構成の太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記ＤＣ－ＤＣコンバータは１次側スイッチング部、トランス、及びＭＯＳＦＥＴからなる２次側整流部より成り、前記制御モード中は前記１次側スイッチング部のスイッチングを略固定デューティにて行うとともに、前記２次側整流部を前記１次側スイッチング部との相補動作で同期整流させることが好ましい。
　上記構成の太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記トランスは３次巻線を有し、前記制御部の駆動電力は前記３次巻線より供給されることが好ましい。
　上記構成の太陽光エネルギー利用システムにおいて、前記制御モードは前記インバータ回路の入力電圧が所定値以上の時に実行されることが好ましい。
　また本発明は、前記モータを備えることにより、上記構成の太陽光エネルギー利用システムに含まれる保冷庫、空気調和機、またはポンプであることを特徴とする。
　この構成によると、ソーラーパネルが発電する電力を有効利用できる保冷庫、空気調和機、またはポンプとすることができる上、ソーラーパネルが発電した電力のみで駆動される場合であっても、安定して動作させることができる。
　本発明によると、モータの回転数を所定タイミングで反復して変化させることによって生じるソーラーパネルの出力の変化に基づき、ソーラーパネルの出力電力の最大電力点までのマージンを推測することができる。これにより、最大電力点の電圧である最大電力点電圧よりも高く且つ最大電力点電圧からの乖離度が所定範囲内であるような制御が可能となり、ソーラーパネルの出力のみでもモータを安定して且つ高効率で動作させることができる。
本発明の第１実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略図である。 第１実施形態の構成を示す図である。 第１実施形態におけるソーラーパネルの出力電力、出力電圧、及び出力電流の関係を示すグラフである。 第１実施形態におけるモータ回転数、電力、及びソーラーパネルの出力電圧の関係を示すグラフである。 第１実施形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムにおけるモータ回転数と電力の関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの構成を示す図である。 第３実施形態におけるソーラーパネルの出力電力、出力電圧、及び出力電流の関係を示すグラフである。 本発明の第４実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの構成を示す図である。 第４実施形態におけるソーラーパネルの出力電力と出力電圧の関係を示すグラフである。 本発明の第５実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略図である。 第５実施形態の構成を示す図である。 第５実施形態の変形構成を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明の第７実施形態に係る太陽光エネルギー利用システムの概略図である。
　以下、図に基づき第１実施形態から第７実施形態までの実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第１実施形態を図１から図５に示す。太陽光エネルギー利用システム１は、ソーラーパネル１０、ソーラーパネル１０が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ部２０、及びインバータ部２０から供給される交流電力によって駆動されるモータ３０を備える。モータ３０は保冷庫、空気調和機、ポンプなど様々な機器の動力源として用いられる。なお本明細書ではソーラーパネル１０が出力した直流電力のことを「ソーラー出力電力」、その出力電圧を「ソーラー出力電圧」、その出力電流を「ソーラー出力電流」と呼称することがある。
　ソーラーパネル１０を構成する太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などのシリコン系太陽電池の他、ＧａＡｓ太陽電池、ＩｎＧａＡｓ太陽電池、ＣｄＴｅ－ＣｄＳ系太陽電池、カルコパイライト系太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池などの化合物系太陽電池を用いることができる。現時点では、コスト面から多結晶型またはアモルファス型の薄膜シリコン太陽電池を用いるのが好ましい。ソーラーパネル１０はガラス等に封じ込められた平板状のものに限られない。曲げることが可能なフィルム状のものであってもよい。
　図２に示す通り、インバータ部２０はインバータ回路２１を含み、インバータ回路２１は制御部２２によって制御される。制御部２２はインバータ回路２１の制御を専らとするものであってもよく、太陽光エネルギー利用システム１全体の制御を司るものであってもよい。インバータ部２０には、モータ駆動回路として機能するインバータ回路２１の他、ソーラーパネル１０に並列接続されるキャパシタ２３と、モニタ部であるソーラー出力電圧モニタリング部２４が含まれる。
　第１実施形態ではソーラーパネル１０とインバータ部２０が直接接続されているため、インバータ部２０の入力部分に設けられたソーラー出力電圧モニタリング部２４は、ソーラーパネル１０の出力電圧を直接モニタすることができる。ソーラー出力電圧モニタリング部２４により、モータ駆動回路であるインバータ回路２１の入力ないし出力のモニタリングも行うことができる。
　インバータ回路２１は、ソーラーパネル１０が出力する直流電力を、制御部２２からの指令に基づき、モータ３０が必要とする電圧値の交流電力に変換する。
　インバータ回路２１は、ＰＷＭ（パルス幅変調：pulse　width　modulation）方式による２レベルまたは３レベルインバータとすることができる。また、ＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数：variable　voltage,　variable　frequency）制御とすることができる。インバータ回路２１が出力する交流電力の電圧及び周波数はモータ３０に合わせて決められる。
　制御部２２はインバータ回路２１への入力電圧、すなわちソーラー出力電圧を検出するＡＤコンバータ機能を備えており、ソーラー出力電圧モニタリング部２４を通じてソーラーパネル１０の出力電圧をモニタリングする。制御部２２がインバータ回路２１に対して出力するインバータ制御信号により、モータ３０の回転数は増減せしめられる。
　ソーラーパネル１０の出力電力は負荷であるモータ３０の消費電力に応じて決められる。モータ３０はインバータ制御モータである交流誘導モータまたは交流同期モータである。モータ３０はインバータ回路２１が出力する交流電力の出力周波数及び出力電圧に応じた回転数及びトルクで動作する。モータ３０としては、例えば、最小回転数１，５００ｒｐｍ、最大回転数５，０００ｒｐｍ、最大消費電力１５０Ｗ、動作電圧２２０Ｖのものを使用することができる。
　キャパシタ２３はソーラーパネル１０が発電した電力を平滑化する。インバータ回路２１はスイッチングにより間欠的に電力を取り込みモータ３０へと送るが、キャパシタ２３はこれを平滑化し、ソーラーパネル１０から低リプルで直流的な出力を安定して取り出すことができる。
　図３には上下２段にグラフが描かれている。上段のグラフには、一般的なソーラーパネルの出力特性がＩ－Ｖ曲線（出力電流と出力電圧の関係をプロットした曲線）として描かれている。下段のグラフには、一般的なソーラーパネルの出力特性がＰ－Ｖ曲線（出力電力と出力電圧の関係をプロットした曲線）Ｃとして描かれている。Ｐ－Ｖ曲線Ｃにおいて、ソーラー出力電圧は、開放時（無負荷時）に最大となり、負荷が増大し、出力電力が増大するにつれて低下し、短絡時にはゼロとなる。ソーラー出力電力は出力電圧が開放時電圧の約８０％であるときに最大となる。この時の動作点は最大電力点と呼ばれる。図３では、Ｐ－Ｖ曲線Ｃにおける最大電力点ｃｍでの出力電圧が最大電力点電圧Ｖｍｐと表記されている。
　第１実施形態では、モータ３０の制御は次のようにして行われる。インバータ回路２１をフィードバック制御する制御部２２は、ソーラーパネル１０からインバータ回路２１に入力する電力（入力電力）が不足して入力電圧が低下した場合、より多くの電流を流して入力電力を維持しようとする。最大電力点電圧Ｖｍｐよりも高い電圧でモータ３０が駆動されていれば、電圧が低下しても電流増加により入力電力が増大するので、電力不足を生じることなくモータ３０は動作し、安定動作が可能である。
　上記と異なり、最大電力点電圧Ｖｍｐよりも低い電圧でモータ３０が駆動されていた場合には、電流が増加し電圧が低下すると入力電力が減少し、モータ３０を駆動し続けることが困難になる。すなわちモータ３０の駆動が不安定になり、モータ３０の停止のおそれが生じる。
　ソーラー出力電力は一定の値に留まっていることはない。最大電力点ｃｍや最大電力点電圧Ｖｍｐは温度や日照量によって変動する。ソーラーパネル１０の個体差や経年変化による特性差もソーラー出力電力の変動要因である。そこで、ソーラー出力電力の変動に関わらず、常に最大電力点電圧Ｖｍｐよりも高い電圧でモータ３０が駆動されるようにする必要がある。しかしながら電圧が高くなり過ぎるとソーラー出力電力が減少し、モータ３０の出力も低下するので、最大電力点電圧Ｖｍｐからの乖離度がそれほど大きくない範囲でモータ３０を駆動する必要がある。
　図３において、最大電力点電圧Ｖｍｐよりも高いが乖離度は所定範囲内という電圧領域にモータ動作点を維持するためには、モータ動作点から最大電力点ｃｍまでのマージンを常に適切な値に保つことが必要である。そこで本発明では、制御部２２が、ソーラーパネル１０の出力電圧が最大電力点電圧Ｖｍｐを超える電圧を維持するようにモータ駆動回路、すなわちインバータ部２０を制御する制御モードを有することとした。この制御モードでは、モータ３０の回転数を所定タイミングで反復して変化させる制御を行い、これによって生じるソーラーパネル１０の出力の変化に基づき最大電力点ｃｍまでのマージンを推測して、モータ動作点の位置を調整する。この制御モードを採用することで、日照条件・温度・ソーラーパネルの個体差・経年変化などの要因により最大電力点電圧Ｖｍｐに変動があったとしても、最大電力点電圧Ｖｍｐまでのマージンを常に正しく把握し、モータ３０を適切に駆動することができる。この制御モードは、インバータ回路２１の入力電圧が所定値以上の時に実行される。
　制御部２２はモータ３０の回転数を間欠的に増加させ、あるいは減少させることによって、モータ３０の消費電力を変動させる。すると、図３のＰ－Ｖ曲線Ｃ上でモータ動作点が移動する。その際に発生するソーラー出力電圧の変動ΔＶをソーラー出力電圧モニタリング部２４を通じて制御部２２が検出する。最大電力点電圧Ｖｍｐよりも十分に電圧の高い領域では、モータ３０の回転数が一定値変動することに伴うΔＶは小さい。電圧が最大電力点電圧Ｖｍｐに近づくと、ΔＶの値が大きくなる。これは図３に示す通りである。
　そこで、ΔＶに関する許容値を定め、ΔＶが許容値よりも小さいか大きいかを制御部２２に判定させて、その結果に基づき、Ｐ－Ｖ曲線Ｃ上でモータ動作点が移動するように制御部２２にインバータ回路２１の制御を行わせる。
　ΔＶが許容値よりも小さければ、制御部２２はモータ３０の回転数を増加させる。これにより、モータ動作点は最大電力点ｃｍの方向に移動する。制御部２２はΔＶの変化をモニタリングし、モータ動作点と最大電力点ｃｍとのマージンが所定値（第１の所定値）に縮まったところでモータ３０の回転数変化を「増加」から「元の回転数に戻す」あるいは「減少」に切り替える。
　ΔＶが許容値よりも大きければ、制御部２２はモータ３０の回転数を減少させる。これにより、モータ動作点は最大電力点ｃｍから離れる方向に移動する。制御部２２はΔＶの変化をモニタリングし、モータ動作点と最大電力点ｃｍとのマージンが所定値（第２の所定値）に広がったところでモータ３０の回転数変化を「減少」から「元の回転数に戻す」あるいは「増加」に切り替える。
　上記の動作を反復させることで、最大電力点電圧Ｖｍｐよりも高く、且つ最大電力点電圧Ｖｍｐからの乖離度が所定範囲内の電圧領域でモータ３０を駆動することができる。これはモータ３０の駆動を安定化し、モータ３０がソーラーパネル１０の出力電力を最大限に利用することを可能にするものである。最大電力点電圧Ｖｍｐからの乖離度は、一般的なソーラーパネルの特性を考慮した場合、例えば最大電力点電圧Ｖｍｐの１／１５～１／１０程度の電圧に設定することができる。
　モータ３０の回転数増減のアルゴリズムは、上記を達成できるように適宜定めればよい。例えば
　・回転数を増加させ、ΔＶが許容値未満であれば次回も回転数増加。
　・回転数を増加させ、ΔＶが許容値以上であれば回転数を元の回転数に戻し、次回は回転数を減少。
　・回転数を減少させ、ΔＶが許容値未満であれば回転数を元の回転数に戻し、次回は回転数を増加。
　・回転数を減少させ、ΔＶが許容値以上であれば、さらに回転数を減少させ、ΔＶが許容値未満となるまで回転数の減少を繰り返す。ΔＶが許容値未満となれば回転数を元の回転数に戻し、次回は回転数を増加。
などとすることができる。
　モータ３０の回転数増減のアルゴリズムをシーケンスとして実現した例を図４に示す。説明の簡略化のため、モータ３０の回転数の段階を「回転数１」「回転数２」「回転数３」「回転数４」の４段階としたが、段階はもっと多くても構わないし、またそれが望ましい。
　図４のシーケンスでは、時刻ｔ０でモータ３０の駆動が開始される。時刻ｔ０からｔ１にかけてモータ３０の回転数は回転数１まで増加する。モータ３０の消費電力は増加する。ソーラー出力電力も上昇するが、ソーラー出力電圧は下降する。
　時刻ｔ１からｔ２にかけてモータ３０の回転数は回転数１を維持する。モータ３０の消費電力とソーラー出力電圧も時刻ｔ１のときの値を維持する。時刻ｔ０からｔ２にかけて日照量が不十分で、モータ３０の回転数を回転数１まで上げるだけのソーラー出力電力が供給されない場合は、モータ３０は動作不良により停止する。この場合は適宜のインターバルを置いた後、時刻ｔ０からの動作が再開される。
　時刻ｔ２からｔ３にかけてモータ３０の回転数は回転数２まで増加する。モータ３０の消費電力は増加する。ソーラー出力電力も上昇するが、ソーラー出力電圧はさらに下降する。モータ動作点から最大電力点まで余裕があるため、ソーラー出力電圧の下降幅ΔＶは小さい。ΔＶが許容値未満であれば、モータ３０の回転数は時刻ｔ３からｔ４にかけて回転数２のまま維持される。
　モータ３０の回転数が回転数２まで増加したとき、ΔＶが許容値以上であれば、モータ３０の回転数は回転数１に戻され、そのまま時刻ｔ４まで維持される。
　時刻ｔ４からｔ５にかけてモータ３０の回転数は回転数３まで増加する。モータ３０の消費電力は増加する。ソーラー出力電力も上昇するが、ソーラー出力電圧は下降する。モータ動作点から最大電力点まで余裕があるため、ソーラー出力電圧の下降幅ΔＶは小さい。ΔＶが許容値未満であれば、モータ３０の回転数は時刻ｔ５からｔ６にかけて回転数３のまま維持される。
　時刻ｔ６からｔ７にかけてモータ３０の回転数は回転数４まで増加する。モータ３０の消費電力は増加する。ソーラー出力電力も上昇するが、ソーラー出力電圧は下降する。モータ動作点から最大電力点まで余裕があるため、ソーラー出力電圧の下降幅ΔＶは小さい。ΔＶが許容値未満であれば、モータ３０の回転数は時刻ｔ７からｔ８にかけて回転数４のまま維持される。
　回転数４は最大回転数なので、制御部２２は時刻ｔ８からｔ９にかけてモータ３０の回転数を回転数３まで下げ、ΔＶを検出する。ΔＶが許容値未満であれば、制御部２２はモータ動作点から最大電力点まで余裕があると判断し、時刻ｔ１０でモータ３０の回転数を回転数４に戻す。時刻ｔ１０からｔ１１にかけて回転数４が維持される。
　時刻ｔ１１からｔ１２にかけて制御部２２はモータ３０の回転数を回転数３まで下げ、ΔＶを検出する。ΔＶが許容値未満であれば、制御部２２はモータ動作点から最大電力点まで余裕があると判断し、時刻ｔ１３でモータ３０の回転数を回転数４に戻す。時刻ｔ１３からｔ１４にかけて回転数４が維持される。
　図４の中段のグラフのように、時刻ｔ１３で日照量が減少し始め、ソーラー最大出力電力が減少し始めたとする。時刻ｔ１３からｔ１４にかけて回転数４が維持され、モータ消費電力も維持されているものの、ソーラー出力電圧は徐々に低下している。
　制御部２２は時刻ｔ１４からｔ１５にかけてモータ３０の回転数を回転数３まで下げ、ΔＶを検出する。日照量の減少により、モータ動作点が最大電力点に近づいているので、回転数減少に伴うΔＶの値は大きくなる。ΔＶが許容値以上であれば、制御部２２はモータ動作点が最大電力点の近傍に到達したと判断し、時刻ｔ１５からｔ１６にかけてモータ３０の回転数を回転数２までさらに下げる。これによりモータ動作点は最大電力点から離れる。
　時刻ｔ１５からｔ１６にかけてのΔＶが許容値未満であれば、制御部２２は時刻ｔ１６からｔ１７にかけてモータ３０の回転数を回転数３に戻す。時刻ｔ１７からｔ１８にかけて回転数３が維持される。
　制御部２２は時刻ｔ１８からｔ１９にかけてモータ３０の回転数を回転数２まで下げ、ΔＶを検出する。モータ動作点が最大電力点に近づいているので、回転数減少に伴うΔＶの値が大きくなる。ΔＶが許容値以上であれば、制御部２２はモータ動作点が最大電力点の近傍に到達したと判断し、時刻ｔ１９からｔ２０にかけてモータ３０の回転数を回転数１までさらに下げる。これによりモータ動作点は最大電力点から離れる。
　時刻ｔ１９からｔ２０にかけてのΔＶが許容値未満であれば、制御部２２は時刻ｔ２０からｔ２１にかけてモータ３０の回転数を回転数２に戻す。
　回転数４は最大回転数であるため、次回の回転数変化は必ず回転数減少となる。回転数１は最小回転数であるため、次回の回転数変化は必ず回転数増加となる。回転数２、３については、定められたアルゴリズムに基づき、次回が回転数増加か回転数減少かが決まる。
　モータの回転数の段階の刻みは、例えば最高回転数５０００ｒｐｍのモータであれば、１００～５００ｒｐｍの刻みとすることが考えられる。
　予め定められた段階の回転数にモータ３０の回転数を調整するのでなく、所定のΔＶを事前に設定しておき、ΔＶだけ電圧が変動するまでにどれだけの回転数増減ΔＲＰＭを要したかで最大電力点までのマージンを判断するというやり方も可能である。その場合のモータ３０の回転数増減のアルゴリズムは下記のようになる。
　・ある瞬間の入力電圧をモニタリング（＝Ｖ１）。
　・回転数の増加（減少）を続けながら、入力電圧をモニタリング。入力電圧がＶ１－ΔＶとなるまで（Ｖ１＋ΔＶとなるまで）、増加（減少）を続ける。
　・どれだけの回転数増加（減少）を行ったか（＝ΔＲＰＭ）によって、最大電力点までのマージンを推測する。ΔＲＰＭが所定値以上であれば最大電力点まで余裕があるのでさらに回転数を上げる。ΔＲＰＭが所定値未満であれば、最大電力点に十分近いため、回転数を下げる。
　太陽光エネルギー利用システム１の動作をフローチャートで表現したのが図５である。
　ステップ＃１０１では制御部２２がモータ３０の回転数を増加させる。
　ステップ＃１０２では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングし、前回モニタリングしたソーラー出力電圧と比較する。
　ステップ＃１０３ではソーラー出力電圧の変動ΔＶが大（許容値以上）であるか小（許容値未満）であるかを制御部２２が判定する。ΔＶが大と判定された場合はステップ＃１０４に進み、ΔＶが小と判定された場合はステップ＃１０１に戻る。
　ステップ＃１０４では制御部２２がモータ３０の回転数を元の回転数に戻す。
　ステップ＃１０５では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングする。
　ステップ＃１０６では制御部２２がモータ３０の回転数を減少させる。
　ステップ＃１０７では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングし、前回モニタリングしたソーラー出力電圧と比較する。
　ステップ＃１０８ではソーラー出力電圧の変動ΔＶが大（許容値以上）であるか小（許容値未満）であるかを制御部２２が判定する。ΔＶが大と判定された場合はステップ＃１０６に戻り、ΔＶが小と判定された場合はステップ＃１０９に進む。
　ステップ＃１０９では制御部２２がモータ３０の回転数を元の回転数に戻す。
　ステップ＃１１０では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングする。それからステップ＃１０１に戻る。
　以下の段落では太陽光エネルギー利用システム１のその他の実施形態を説明する。第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態の説明で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。
＜第２実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第２実施形態を図６に示す。第２実施形態はモータ３０の回転数増減のシーケンスが第１実施形態と異なる。第１実施形態ではモータ３０の回転数を増減させた後、変化後の回転数を適当な時間間隔の間維持する、すなわち、モータ３０の回転数を間欠的に増減させるというのが基本的なシーケンス構成であった。第２実施形態では、モータ３０の回転数の増減を、増加から直ちに減少に転じ、また減少から直ちに増加に転じるといった具合に、時間を置かずに連続的に進めることが特徴となっている。
　モータ３０の回転数の増加ないし減少に伴うΔＶの検出結果に基づいて、すぐに次回の増加ないし減少を実施することで、日照条件の変化などに伴うソーラーパネル１０の出力特性の変動に一層確実に追随することができる。これにより、最大電力点電圧Ｖｍｐより高い電圧領域でソーラー最大出力電力とモータ３０の消費電力を近づけ、極力多量の発電エネルギーを取り出すことができる。日照変動に対する追随性が高いので、モータ動作点が日照量の低下に追随できず最大電力点を下回り、モータ３０が動作不良を起こすといった可能性を低減できる。
＜第３実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第３実施形態を図７及び図８に示す。第３実施形態も、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、モータ３０の回転数を間欠的ないし連続的に増減させてモータ動作点から最大電力点までのマージンを推測するのであるが、測定のパラメータとしてソーラー出力電圧でなくソーラー出力電流が選択されている。
　図８の上段のグラフに示すＩ－Ｖ曲線によれば、ソーラー出力電圧が低くなるにつれ電流量は増加するものの、増加幅は徐々に小さくなる。これを利用して、モータ３０の回転数を増加ないし減少させた際の電流変動幅ΔＩの大きさに基づき、モータ動作点から最大電力点ｃｍまでのマージンを推測する。
　そのため太陽光エネルギー利用システム１は、図７に示す通り、ソーラー出力電流モニタリング部２５を備えている。この実施形態では、インバータ部２０への入力電流を、ソーラー出力電流モニタリング部２５を構成するセンス抵抗における電圧降下値として検出している。ソーラーパネル１０とインバータ部２０が直結されているため、インバータ部２０の入力電流をモニタすることで、ソーラーパネル１０の出力電流を直接モニタすることができる。モニタ部であるソーラー出力電流モニタリング部２５により、モータ駆動回路であるインバータ回路２１の入力ないし出力のモニタリングも行うことができる。
　制御部２２はモータ３０の回転数増加前（または減少前）のソーラー出力電流Ｉ１と、モータ３０の回転数増加後（または減少後）のソーラー出力電流Ｉ２をモニタリングし、ΔＩ＝Ｉ２－Ｉ１を演算によって求める。そしてΔＩに関し所定の許容値Ｋを定め、許容値Ｋに対し、ΔＩの絶対値と、電流との関係がどのようになっているかを制御部２２に判定させる。その結果に基づき、Ｐ－Ｖ曲線Ｃ上でモータ動作点が移動するように制御部２２にインバータ回路２１の制御を行わせる。
　上記した制御部２２による判定と制御は、次のように行われる。
　・Ｋ×｜ΔＩ｜＞Ｉ１であれば、モータ動作点から最大電力点ｃｍまでまだ余裕があると判断し、モータ３０の回転数を増加させる。
　・Ｋ×｜ΔＩ｜≦Ｉ１であれば、モータ動作点が最大電力点の近傍に到達したと判断し、モータ３０の回転数を減少させる。
　なお、上記の数式において、Ｉ１に代え、Ｉ２や、Ｉ１とＩ２の平均値などを用いてもよい。
　上記判定と制御を繰り返すことにより、最大電力点電圧Ｖｍｐ以上の電圧でモータ３０を駆動するという条件を維持しながら、極力多量のソーラー出力電圧をモータ３０に消費させることができる。
　図７の構成ではソーラー出力電流を直接モニタリングしている。これに代え、インバータ回路２１からの出力電流をモニタリングし、適宜積算することによって、間接的にソーラー出力電流を測定することとしてもよい。
＜第４実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第４実施形態を図９及び図１０に示す。第４実施形態も、これまでの実施形態と同様に、モータ３０の回転数を間欠的ないし連続的に増減させてモータ動作点から最大電力点までのマージンを推測する。但し測定のパラメータとしてソーラー出力電力が選択されている。
　図１０のグラフに示すソーラー出力電力のＰ－Ｖ曲線Ｃは、開放電圧Ｖｏｃでは傾きが急であるが、最大電力点ｃｍに近づくに従い傾きが緩やかになり、最大電力点ｃｍでは傾きがゼロとなる。これを利用して、モータ３０の回転数を増加ないし減少させた際の電力変動幅ΔＰの大きさに基づき、モータ動作点から最大電力点ｃｍまでのマージンを推測する。
　そのため太陽光エネルギー利用システム１は、図９に示す通り、ソーラー出力電圧モニタリング部２４と、ソーラー出力電流モニタリング部２５を備えている。制御部２２はモータ３０の回転数増加前（または減少前）のソーラー出力電流Ｉ１及びソーラー出力電圧Ｖ１をモニタリングし、電力Ｐ１＝Ｉ１×Ｖ１を演算で導出する。制御部２２はまたモータ３０の回転数増加後（または減少後）のソーラー出力電流Ｉ２及びソーラー出力電圧Ｖ２をモニタリングし、電力Ｐ２＝Ｉ２×Ｖ２を演算で導出する。モニタ部であるソーラー出力電圧モニタリング部２４とソーラー出力電流モニタリング部２５により、モータ駆動回路であるインバータ回路２１の入力ないし出力のモニタリングも行うことができる。
　さらに、モータ３０の回転数増減前後の電圧変化の絶対値ΔＶ＝｜Ｖ２－Ｖ１｜及び、同じく電力変化の絶対値ΔＰ＝｜Ｐ２－Ｐ１｜を演算によって求める。そして所定の許容値Ｋを定め、許容値Ｋに対し、電圧変化の絶対値と、電力変化の絶対値の関係がどのようになっているかを制御部２２に判定させる。その結果に基づき、Ｐ－Ｖ曲線Ｃ上でモータ動作点が移動するように制御部２２にインバータ回路２１の制御を行わせる。
　上記した制御部２２による判定と制御は、次のように行われる。
　・Ｋ×ΔＶ＞ΔＰであれば、モータ動作点から最大電力点ｃｍまでまだ余裕があると判断し、モータ３０の回転数を増加させる。
　・Ｋ×ΔＶ≦ΔＰであれば、モータ動作点が最大電力点の近傍に到達したと判断し、モータ３０の回転数を減少させる。
　上記判定と制御を繰り返すことにより、最大電力点電圧Ｖｍｐ以上の電圧でモータ３０を駆動するという条件を維持しながら、極力多量のソーラー出力電圧をモータ３０に消費させることができる。
　第４実施形態によれば、実際にＰ－Ｖ曲線をトレースできるため、最大電力点までのマージンをより確実に推測することができる。すなわち、モータ３０の消費電力は、回転数が同じであっても、負荷によって異なる。モータ３０の回転数変化量に伴うソーラー出力電力変化量も、モータ３０の負荷によって異なる。従って、同じ日照条件で同じ回転数変化をモータ３０に与えても、ΔＶはΔＩの値は同じとは限らない。そのため、第１から第３までの実施形態では、このバラツキを考慮した所定許容値を設定する必要がある。これに対し第４実施形態では、Ｐ－Ｖ曲線そのものに着目しており、モータ３０の負荷の大きさの影響を受けないので、制御が正確になり、ソーラー発電電力を効率的に利用することが可能になる。
＜第５実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第５実施形態を図１１から図１３に示す。第５実施形態は、ソーラーパネル１０とインバータ部２０の間にＤＣ－ＤＣコンバータ４０を設けたことを特徴としている。ＤＣ－ＤＣコンバータ４０を例えば昇圧コンバータとすることにより、ソーラー出力電圧がモータ３０の駆動に必要な電圧に届かなくても、ソーラー出力電力さえ十分であれば、ソーラー出力電圧をモータ３０の駆動に必要な電圧に昇圧して、モータ３０を動作させることができる。
　制御部２２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０の２次側すなわちインバータ部２０の入力部の電圧値に基づき、適宜モータ３０の回転制御を行う。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は、図１２に示す通り、２次側の整流部がトランジスタとなっており、１次側と相補動作させて同期整流を行う。トランジスタはフォトカプラ４１に組み込まれている。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は双方向的な電力変換が可能となるため、インバータ部２０が停止し無負荷という状態で動作させても二次側の電圧が異常に上昇することはない。このため、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０の出力電圧をＤＣ－ＤＣコンバータ４０の制御部にフィードバックする回路を省略することができる。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４０のトランスに図示しない３次巻線を設けておき、この３次巻線の出力電力から制御部２２の駆動電力を供給することもできる。この場合、複数のトランスを設けることなく、２次側に属する制御部２２への電力供給を行うことができるので、コストを低減することができる。さらに、インバータ部２０が停止し無負荷状態であってもＤＣ－ＤＣコンバータ４０の動作を続けることができる（２次側電圧の異常上昇を招かない）ため、制御部２２への電力供給は続けることができ、制御部２２は電圧等のモニタリングを続けることができる。このため、例えばモータ３０停止時の異常の有無等の検出を続行することができ、安全性の高い系を構成することができる。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４０には固定デューティ供給部４２が付属する。固定デューティ供給部４２から供給される固定デューティでＤＣ－ＤＣコンバータ４０を動作させ続ければ、ほぼ固定比で昇圧ないし降圧するコンバータとしてＤＣ－ＤＣコンバータ４０を動作させることができるので、回路の簡略化が可能である。
　図１２に示す通り、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は、１次側スイッチング部４０ａ、トランス４０ｂ、及びＭＯＳＦＥＴからなる２次側整流部４０ｃより成ることとすることができる。そしてソーラーパネル１０の出力電圧が最大電力点電圧Ｖｍｐを超える電圧を維持するようにインバータ回路２１を制御する制御モードの間、１次側スイッチング部４０ａのスイッチングを略固定デューティにて行うとともに、２次側整流部４０ｃを１次側スイッチング部４０ａとの相補動作で同期整流させることができる。
　制御部２２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０の２次側の電圧（及び電流）に基づいて、間接的にソーラー出力電圧（及び電流）をモニタリングし、モータ３０の回転数を増減させることによる最大電力点までのマージン推測を行うことができる。これは、上記のように、１次側スイッチング部４０ａのスイッチングを略固定デューティにて行い、かつ２次側整流部４０ｃを１次側スイッチング部４０ａとの相補動作で同期整流させているからである。これにより、１次側と２次側の電圧比、及び電流比は、トランスの巻線比でおおよそ規定されるほぼ固定比率となり、２次側でのモニタリングによって、１次側すなわちソーラーパネル１０の出力状況を間接的にモニタリングできる。そのため、ＤＣ－ＤＣコンバータ４０が絶縁型であっても、無理に導通させてモニタリングする必要はなく、回路の簡略化・低コスト化が可能である。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４０は図１２に示した構造以外の構造を備えていてもよい。例えば図１３に示すのは、１次側をプッシュプル、２次側をフルブリッジとして構成した例である。またＤＣ－ＤＣコンバータ４０は絶縁型に限られるものではない。同期整流付きのチョッパ回路であってもよい。
＜第６実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第６実施形態を図１４に示す。第６実施形態は、第１から第５のいずれかの実施形態の太陽光エネルギー利用システムであって、保冷庫や空気調和機のような温度管理を目的とする機器に、温度モニタリング機能を付加したものである。従って、図示はしないものの、第６実施形態の太陽光エネルギー利用システムは第１から第５までの実施形態が備えていた構成要素を備えている。
　第６実施形態におけるモータ３０の回転数増減のアルゴリズムは次の通りである。
（ａ）回転数増加後、
　・目標温度未達且つΔＶ小（最大電力点までのマージン大）の場合のみ、次回も回転数を増加させる。
　・目標温度超過、またはΔＶ大（最大電力点までのマージン小）の少なくとも一方が観測された場合は、回転数を元の回転数に戻した上で、次回は回転数を減少させる。
（ｂ）回転数減少後、
　・目標温度未達且つΔＶ小（最大電力点までのマージン大）の場合のみ、回転数を元の回転数に戻した上で次回は回転数を増加させる。
　第６実施形態の太陽光エネルギー利用システムの動作をフローチャートで表現したのが図１４である。
　ステップ＃２０１では制御部２２がモータ３０の回転数を増加させる。
　ステップ＃２０２では制御部２２が温度（太陽光エネルギー利用システムが目標管理する温度）をモニタリングする。
　ステップ＃２０３では温度が目標温度超過の状態にあるか目標温度未達の状態にあるかを制御部２２が判定する。目標温度超過と判定された場合はステップ＃２０６に進み、目標温度未達と判定された場合はステップ＃２０４に進む。
　ステップ＃２０４では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングし、前回モニタリングしたソーラー出力電圧と比較する。
　ステップ＃２０５ではソーラー出力電圧の変動ΔＶが大（許容値以上）であるか小（許容値未満）であるかを制御部２２が判定する。ΔＶが大と判定された場合はステップ＃２０６に進み、ΔＶが小と判定された場合はステップ＃２０１に戻る。
　ステップ＃２０６では制御部２２がモータ３０の回転数を元の回転数に戻す。
　ステップ＃２０７では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングする。
　ステップ＃２０８では制御部２２がモータ３０の回転数を減少させる。
　ステップ＃２０９では制御部２２が温度をモニタリングする。
　ステップ＃２１０では温度が目標温度超過の状態にあるか目標温度未達の状態にあるかを制御部２２が判定する。目標温度超過と判定された場合はステップ＃２０８に戻り、目標温度未達と判定された場合はステップ＃２１１に進む。
　ステップ＃２１１では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングし、前回モニタリングしたソーラー出力電圧と比較する。
　ステップ＃２１２ではソーラー出力電圧の変動ΔＶが大（許容値以上）であるか小（許容値未満）であるかを制御部２２が判定する。ΔＶが大と判定された場合はステップ＃２０８に戻り、ΔＶが小と判定された場合はステップ＃２１３に進む。
　ステップ＃２１３では制御部２２がモータ３０の回転数を元の回転数に戻す。
　ステップ＃２１４では制御部２２がソーラー出力電圧をモニタリングする。それからステップ＃２０１に戻る。
＜第７実施形態＞
　太陽光エネルギー利用システムの第７実施形態を図１５に示す。第７実施形態は、電源として、ソーラーパネル１０と、電池等の別電源５０とを併用している。図１５では、電池からなる別電源５０が、ソーラーパネル１０からの出力部にダイオード５１を介して接続されている。別電源５０としては、ソーラーパネル１０の最大電力点電圧Ｖｍｐよりも低い電圧のものが用いられる。別電源５０は脱着可能であり、太陽光エネルギー利用システム１は別電源５０の有無に関わらず動作可能である。
　制御部２２はインバータ部２０への入力電圧のモニタリングを行う。別電源５０の接続部であるソーラーパネル１０からの出力部の電圧が所定値以下であることが検出された場合には、制御部２２は、ソーラーパネル１０が十分な発電を行っておらず、別電源５０から電力が供給されていると判断する。そして制御部２２は、これまでの実施形態で説明した、モータ３０の回転数を所定タイミングで反復して増減させるという制御モードから、別の制御モードへと移行する。
　別の制御モードとしては、具体的には、モータ３０の回転数を最低回転数などの固定回転数に維持する制御が好ましい。
　ソーラーパネル１０からの出力部の電圧が所定値以上であることが検出された場合、制御部２２はソーラーパネル１０が十分な発電を行っていると判断し、モータ３０の回転数を所定タイミングで反復して増減させるという制御モードに戻ることが好ましい。これにより、別電源５０を併用している場合にはモータ３０を所定の回転数とし、ソーラーパネル１０が十分な発電を行っている場合のみ、モータ３０の入力電力を、モータ３０の安定動作が可能な範囲でフルに取り出す動作が可能となる。従って、ソーラーパネル１０による発電を有効利用しつつ、別電源５０の電力の意図しない消費を防ぐことができる。
＜その他＞
　第１実施形態及び第２実施形態の太陽光エネルギー利用システム１ではソーラーパネル１０の出力電圧をモニタリングするソーラー出力電圧モニタリング部２４がモニタ部として機能する。第３実施形態ではソーラーパネル１０の出力電流をモニタリングするソーラー出力電流モニタリング部２５がモニタ部として機能する。第４実施形態はソーラー出力電圧をモニタリングするソーラー出力電圧モニタリング部２４とソーラー出力電流をモニタリングするソーラー出力電流モニタリング部２５を備え、ソーラー出力電圧とソーラー出力電流からソーラー電力を導出して出力モニタを行っている。ソーラー出力電圧をモニタリングするモニタ部を採用するか、ソーラー出力電流をモニタリングするモニタ部を採用するか、ソーラー出力電力をモニタリングするモニタ部を採用するかは、状況に応じて任意に選択することができる。
　モータ３０を保冷庫、空気調和機、またはポンプのモータとして用いることにより、太陽光エネルギー利用システムに保冷庫、空気調和機、またはポンプが含まれることとすることができる。そのようにすれば、ソーラーパネル１０が発電する電力を有効利用できる保冷庫、空気調和機、またはポンプとすることができる上、ソーラーパネル１０が発電した電力のみで駆動される場合であっても、安定して動作させることができる。
　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。発明の主旨を逸脱しない限り、種々の変更を加えて実施することができる。
　本発明は太陽光エネルギー利用システムに広く利用可能である。
　　　１　　太陽光エネルギー利用システム
　　　１０　ソーラーパネル
　　　２０　インバータ部
　　　２１　インバータ回路
　　　２２　制御部
　　　２３　キャパシタ
　　　２４　ソーラー出力電圧モニタリング部
　　　２５　ソーラー出力電流モニタリング部
　　　３０　モータ
　　　４０　ＤＣ－ＤＣコンバータ
　　　４１　フォトカプラ
　　　４２　固定デューティ供給部
　　　５０　別電源

Claims (5)

  1. 　太陽光エネルギー利用システムであって、以下の通り構成されるもの：
    　ソーラーパネルと、
    　前記ソーラーパネルが出力する電力により駆動されるモータと、
    　前記モータを駆動するモータ駆動回路と、
    　前記モータ駆動回路の入力ないし出力をモニタリングするモニタ部と、
    　制御部とを備え、
    　前記制御部は、前記ソーラーパネルの出力電圧が最大電力点電圧を超える電圧を維持するように前記モータ駆動回路を制御する制御モードを有し、
    　前記制御モードにおいては、前記制御部は、前記モータの回転数を所定タイミングで反復して変化させる制御を行う。
  2. 　請求項１に記載の太陽光エネルギー利用システムであって、以下の通り構成されるもの：
    　前記モータはインバータ制御モータであり、前記モータ駆動回路はインバータ回路であること、及び、
    　前記インバータ回路と前記ソーラーパネルとの間にＤＣ－ＤＣコンバータが配置されている。
  3. 　請求項２に記載の太陽光エネルギー利用システムであって、以下の通り構成されるもの：
    　前記ＤＣ－ＤＣコンバータは１次側スイッチング部、トランス、及びＭＯＳＦＥＴからなる２次側整流部より成り、
    　前記制御モード中は前記１次側スイッチング部のスイッチングを略固定デューティにて行うとともに、前記２次側整流部を前記１次側スイッチング部との相補動作で同期整流させる。
  4. 　請求項３に記載の太陽光エネルギー利用システムであって、以下の通り構成されるもの：
    　前記トランスは３次巻線を有し、前記制御部の駆動電力は前記３次巻線より供給される。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載の太陽光エネルギー利用システムであって、以下の通り構成されるもの：
    　前記制御モードは前記インバータ回路の入力電圧が所定値以上の時に実行される。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017203879A1 (ja) * 2016-05-26 2017-11-30 日本電産テクノモータ株式会社 モータの制御装置及び制御方法、並びにポンプシステム
JP2018038224A (ja) * 2016-09-02 2018-03-08 株式会社プロセシオ 太陽電池を電源とした充電回路およびそれを備える意匠パネル
JP2018530840A (ja) * 2015-10-13 2018-10-18 サンテック ドライブ， エルエルシー 可変速度最大電力点追尾、太陽光誘導電動モータコントローラ、及び永久磁石交流モータ
JP2021086302A (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 トヨタ自動車株式会社 ソーラー充電制御装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10153691B2 (en) * 2016-10-07 2018-12-11 Laszlo Keszthelyi Photovoltaic panel power output booster and method
US10488879B2 (en) 2017-03-09 2019-11-26 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Device and method for performing maximum power point tracking for photovoltaic devices in presence of hysteresis
US11621666B2 (en) * 2020-12-31 2023-04-04 Sparq Systems Inc. Hybrid solar/motor drive inverter
JP7312787B2 (ja) * 2021-06-08 2023-07-21 本田技研工業株式会社 電源システム及び移動体

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006080112A1 (ja) * 2005-01-31 2006-08-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. 絶縁型ｄｃ－ｄｃコンバータ
JP2012244652A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Cosel Co Ltd スイッチング電源装置
JP2013008206A (ja) * 2011-06-24 2013-01-10 Sharp Corp モータ駆動装置およびエアコン
JP2013097596A (ja) * 2011-11-01 2013-05-20 Sony Corp 太陽電池システム、電子機器および建築物
JP2013099069A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Sharp Corp Ｄｃ／ｄｃコンバータ、ソーラー充電システム、及び移動体

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3394996B2 (ja) * 2001-03-09 2003-04-07 独立行政法人産業技術総合研究所 最大電力動作点追尾方法及びその装置
JP5750358B2 (ja) 2011-10-28 2015-07-22 山洋電気株式会社 電気機械

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006080112A1 (ja) * 2005-01-31 2006-08-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. 絶縁型ｄｃ－ｄｃコンバータ
JP2012244652A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Cosel Co Ltd スイッチング電源装置
JP2013008206A (ja) * 2011-06-24 2013-01-10 Sharp Corp モータ駆動装置およびエアコン
JP2013099069A (ja) * 2011-10-31 2013-05-20 Sharp Corp Ｄｃ／ｄｃコンバータ、ソーラー充電システム、及び移動体
JP2013097596A (ja) * 2011-11-01 2013-05-20 Sony Corp 太陽電池システム、電子機器および建築物

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018530840A (ja) * 2015-10-13 2018-10-18 サンテック ドライブ， エルエルシー 可変速度最大電力点追尾、太陽光誘導電動モータコントローラ、及び永久磁石交流モータ
US10931220B2 (en) 2015-10-13 2021-02-23 Premier Energy Holdings, Inc. Variable speed maximum power point tracking, solar electric motor controller for induction and permanent magnet AC motors
JP7061760B2 (ja) 2015-10-13 2022-05-02 プレミア エナジー ホールディングス， インコーポレイテッド 可変速度最大電力点追尾、太陽光誘導電動モータコントローラ、及び永久磁石交流モータ
WO2017203879A1 (ja) * 2016-05-26 2017-11-30 日本電産テクノモータ株式会社 モータの制御装置及び制御方法、並びにポンプシステム
JP2018038224A (ja) * 2016-09-02 2018-03-08 株式会社プロセシオ 太陽電池を電源とした充電回路およびそれを備える意匠パネル
JP2021086302A (ja) * 2019-11-26 2021-06-03 トヨタ自動車株式会社 ソーラー充電制御装置
JP7264023B2 (ja) 2019-11-26 2023-04-25 トヨタ自動車株式会社 ソーラー充電制御装置

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