JP2001325031A - 太陽光発電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 日射量等発電環境の変化を加味するとともに
速やかな最大電力点追跡制御を可能とする太陽光発電制
御装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 順次、動作電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３（Ｖ３
＜Ｖ１＜Ｖ２）における出力電力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を求
め（ステップＴ１〜Ｔ１３）、第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２
かつＷ１＞Ｗ３）または第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ
１＜Ｗ３）が成立する（ステップＴ１４、Ｔ１６でＹＥ
Ｓ）ときは電圧Ｖ１に戻し（ステップＴ１５）、第１、
第２の条件が共に不成立で第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が
成立する（ステップＴ１７でＹＥＳ）ときは電圧Ｖ２に
上昇させ（ステップＴ１８）、不成立（ステップＴ１７
でＮＯ）のときは電圧Ｖ３に決定する（ステップＴ
１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池の最大
電力動作点を追跡制御する太陽光発電制御装置に係り、
特にその追跡制御の速度を高めて太陽電池の発電環境の
変化が激しい場合にも的確な制御を可能とするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光があたることによって直流電力を発電
する太陽電池は、天候（光の照度）や太陽電池の素子の
温度等の発電環境によって最大出力電力を発生するポイ
ント（電圧、電流値）が変化する。図９は、放射照度
（Ｗ／ｍ²）が変化した場合の太陽電池の電流、電力−
電圧特性を示す。太陽光発電システムでは、限られた太
陽電池出力を有効に利用するために、最大電力点追跡
（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が不
可欠である。ＭＰＰＴ制御は、発電環境に応じて変化す
る太陽電池の出力電力が常時最大となるように、太陽電
池の動作電圧、電流をコントロールするものである。現
在、ほとんどの太陽光発電システムで採用されている。
太陽電池の最大電力点を追跡する方法としては各種方法
が考案されているが、発電環境の変化が激しい場合に
は、必ずしも発電環境に対応して素早く追跡しきれてい
るとは言い難い。

【０００３】図１０は従来のＭＰＰＴ制御を行うための
ブロック図である。図において、１は太陽光発電システ
ムで、２は太陽電池、３は太陽電池２の出力電圧をモニ
ターする回路、４は太陽電池２の出力電流をモニターす
る回路、５はマイクロプロセッサによりＭＰＰＴ制御を
行うコントローラで、マイクロプロセッサには太陽電池
動作電圧値、電流値を読み込むためのＡＤ変換器が付属
されている。６は太陽光発電システムの電力変換器であ
るＤＣ／ＤＣコンバータ（あるいはＤＣ／ＡＣインバー
タ）、７は負荷、または系統連系型の場合は商用の系統
電源となる。ここで、コントローラ５のマイクロプロセ
ッサは太陽電池２の電圧と電流とを乗算することによっ
て太陽電池２の出力電力を算出し、メモリー内にその時
の電圧、電力値を記憶することができる。また、コント
ローラ５はＤＣ／ＤＣコンバータ（あるいはＤＣ／ＡＣ
インバータ）６の出力をコントロールして、太陽電池２
の動作電圧を変化させることができる。

【０００４】次にＭＰＰＴ制御の動作について説明す
る。コントローラ５は太陽電池２の動作電圧を定期的に
変化させることにより太陽電池の出力電力を変化させ、
その値をモニターすることによって、どの太陽電池動作
電圧が最も出力電力が大きいかを判断する。出力電力が
大きい太陽電池動作電圧が見付かれば、その電圧を次の
動作電圧の基準値とし、そこから再び太陽電池２の動作
電圧を変化させてその時の太陽電池２の出力電力をモニ
ターし最も出力電力が大きい電圧を探す。この繰り返し
によって太陽電池２の最大電力点を追跡する。

【０００５】図１１および図１２のフローチャートを元
にこの制御内容を更に詳しく説明する。当初、太陽電池
動作電圧がＶ１の時、コントローラ５のマイクロプロセ
ッサは太陽電池２の出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１とをモ
ニターして、Ｖ１とＩ１とを乗算することにより太陽電
池出力電力Ｗ１を算出し、メモリーにＶ１とＷ１との値
を記憶する（ステップＳ１〜Ｓ３）。次に、コントロー
ラ５の指示により、ＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力
電力を増減することによって、太陽電池２から見たＤＣ
／ＤＣコンバータ６のインピーダンスを変化させて、太
陽電池２の動作電圧をＶ１に比べて数Ｖ高い電圧である
任意の電圧値Ｖ２へステップ状に変化させる（ステップ
Ｓ４）。コントローラ５のマイクロプロセッサは、太陽
電池２の動作電圧がＶ２に整定するであろう任意のある
一定の期間（例えば０．５秒）をおいて（ステップＳ
５）、Ｖ２の時の太陽電池出力電流Ｉ２を測定し、Ｖ２
とＩ２とを乗算して太陽電池出力電力Ｗ２を算出し、メ
モリーにＶ２とＷ２との値を記憶する（ステップＳ６〜
Ｓ８）。

【０００６】このようにして太陽電池２の動作電圧、出
力電力を２点づつ記憶し、より多く電力を出力している
太陽電池動作電圧を新たな基準点とする。太陽電池動作
電圧を当初のＶ１からより高い電圧点Ｖ２へ変化させた
時に電力が増えた場合（ステップＳ９でＹＥＳ）は次の
基準点をＶ２とし、次に移動させる点もＶ２より高い点
へ変化させる（ステップＳ１０）。逆に電力が減った場
合（ステップＳ９でＮＯ）には次に移動させる点はＶ１
よりも任意の電圧値だけ低い電圧値Ｖ３に変化させる
（ステップＳ１１）。

【０００７】ここで、整定のための一定の期間（０．５
秒）をおいて（ステップＳ１２）、Ｖ３の時の太陽電池
出力電流Ｉ３を測定し、Ｖ３とＩ３を乗算して太陽電池
出力電力Ｗ３を算出し、メモリーにＶ３とＷ３との値を
記憶する（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。そして、電圧Ｖ
３へ変化させた時に電力が増えた場合（ステップＳ１６
でＹＥＳ）には次の基準点をＶ３とし、ステップＳ１１
に戻って、更に電圧を降下させる方向に移行する。逆に
電力が減った場合（ステップＳ１６でＮＯ）には、ステ
ップＳ４に戻り、再度、電圧を上昇させる方向に移行す
る。

【０００８】このようにして、各太陽電池動作電圧にお
ける出力電力を比較し、より大きい電力を出力している
太陽電池動作電圧を新たに基準動作点Ｖ１とする。この
ような制御を繰り返すことによって、太陽電池の最大出
力電力を追跡する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
日射の変動が連続的に発生した場合、必ずしも正確に最
大電力点を追跡しきれない場合がある。すなわち、連続
的に日射量が増加し、太陽電池の発電電力が連続的に増
加している時、本来なら太陽電池動作電圧は高い方が最
大電力点に近いにもかかわらず、発電量が連続して増加
しているため正しく最大電力点の追跡を行うことができ
ず、追跡する動作電圧が逆方向である低い方へ進んでし
まうことなどが考えられる。更に、この弊害は、電圧が
異なる２つの動作点における出力電力の計測時点の間隔
が長時間化することで助長されることになる。即ち電圧
設定値を現状の値からステップ状に変化させた次の設定
値に移行させ、この移行後の電圧における正確な出力電
力を計測するためには、太陽電池が当該移行後の電圧で
安定した動作状態に至るまでの時間、整定時間が必要と
なる。

【００１０】ところで、この整定に必要な時間は、太陽
電池の特性や設置条件、太陽電池のユニット間やＤＣ／
ＤＣコンバータに至る接続配線の長さ、更にはＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータを含む回路条件等によって大きく変化する
ため、正確な出力電力を求める観点から、通常は、上述
したように、余裕をみて０．５秒程度の長目の時間に設
定せざるを得ずこのため計測間隔が長くなり、これが日
射量変動時の最大電力動作点追跡の制御に悪影響を及ぼ
す要因となっている訳である。勿論、この整定に長時間
を要すると、日射量の変動が存在しない場合にも、最大
電力動作点に到達するのが遅くなるので、太陽電池の平
均的な運転効率の低下を招くことにもなる。

【００１１】以上の欠点の解決策として従来から種々の
案が検討されている。即ち、例えば、特開平７−６４６
６０号公報は、重畳電圧源または重畳電流源を新たに設
けることにより、新たな電圧設定値または電流設定値へ
の追従を速めることができる太陽電池の最大電力追尾方
法を開示している。しかるに、この方式は、重畳電圧源
または重畳電流源という高価なハードウェアが必要にな
るとともに、主回路構成が複雑になるという問題点があ
る。

【００１２】また、日射量の変化を同時に検出する方式
として、例えば、特開平６−３５５５５号公報は、電圧
設定値をＶ１からＶ２に変化させ再びＶ１に戻すこと
で、３時点における出力電力を計測し、これらの比較か
ら太陽電池の最大電力点追跡を行う制御法を開示してい
る。しかるに、この場合、３時点における３つのデータ
を基に１回の比較演算を行い次ステップの電圧設定値を
決めるので、制御動作がその分遅くならざるを得ず、し
かも、その３点の内、２点のデータは同一動作電圧であ
って日射量変化の判定のみに利用され電力−電圧特性上
の現在位置探知のためのデータには成り得ないので、結
果として最大電力点追跡の制御応答としては不十分と言
わざるを得ない。

【００１３】更に、例えば、特開平９−１３１０８１号
公報は、電圧または電流の複数の動作点における出力電
力を計測し、これらデータから求める電圧（電流）−電
力特性曲線の曲率に応じて最大電力点の方向を追跡する
電池電源の電力制御装置を開示している。ここでは、少
なくとも、複数の計測データから有極の関数式により決
定される近似曲線の曲率を求めるという複雑な演算処理
が必要となり、その分ソフトウェアが複雑になるととも
に、演算処理時間が大となって迅速な追跡制御を実現す
ることが困難となる。

【００１４】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、その目的は、電圧または電流の
設定値を変化させる場合の整定に必要な時間を実質的に
短縮して最大電力点追跡の制御動作を速めることができ
る太陽光発電制御装置を得ることである。また、この発
明は、日射量等発電環境の変化を加味するとともに速や
かな最大電力点追跡制御を可能とする太陽光発電制御装
置を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る太陽光発電制御装置は、太陽電池からの電力をその電
圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、
上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、およ
び上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池
の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化さ
せ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における
上記太陽電池の出力電力の比較から太陽電池の最大電力
動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電
制御装置において、設定値とする太陽電池の電圧または
電流の変化を監視する監視手段を備え、第１の動作点に
おける電力検出が終了した後、設定目標値を次ステップ
の設定目標値に変更して次に電力を検出すべき第２の動
作点に移行する場合、上記監視手段の出力と上記次ステ
ップの設定目標値との偏差量を検出し、この偏差量が予
め定めた所定範囲内になった時点における出力電力検出
値を上記第２の動作点における出力電力とするものであ
る。

【００１６】また、請求項２に係る太陽光発電制御装置
は、その第１の動作点から第２の動作点に移行する場
合、設定目標値を次ステップの設定目標値に変更してか
らの経過時間を検出し、この経過時間が予め定めた所定
時間となった時点で偏差量が所定範囲内になっていない
ときは、当該所定時間における出力電力検出値を上記第
２の動作点における出力電力とするものである。

【００１７】また、請求項３に係る太陽光発電制御装置
は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷また
は系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電
力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を
制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設
定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互い
に異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力
の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最
大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽
光発電制御装置において、出力電力の比較を、第１の設
定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第
１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定
値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１
の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値
で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者につい
て行い、第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第
２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが
成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定
し、上記第１および第２の条件が共に不成立のときは、
上記３者の内、出力電力検出値が最大となるものの設定
値を動作設定値に決定するものである。

【００１８】また、請求項４に係る太陽光発電制御装置
は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷また
は系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電
力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を
制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設
定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互い
に異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力
の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最
大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽
光発電制御装置において、出力電力の比較を、第１の設
定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第
１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定
値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１
の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値
で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者につい
て行い、第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第
２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが
成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定
し、上記第１および第２の条件が共に不成立で、それぞ
れ第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が成立するときは上記第２
の設定値を動作設定値に決定し、上記第３の条件が不成
立のときは上記第３の設定値を動作設定値に決定するも
のである。

【００１９】また、請求項５に係る太陽光発電制御装置
は、請求項３または４に記載の太陽光発電制御装置にお
いて、各動作点における出力電力の検出を、請求項１ま
たは２に記載の制御方式で行うものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１における太陽光発電制御装置のＭＰＰＴ制
御を説明するためのフローチャートである。なお、制御
装置のハード構成は従来の図１０と同様であるので重複
を避けるため図示は省略する。今回提案するＭＰＰＴ制
御も、太陽電池の電圧または電流の設定値を順次ステッ
プ状に変化させ、これら設定値が互いに異なる複数の動
作点における太陽電池の出力電力の比較から太陽電池の
最大電力動作点を追跡制御するものであるが、従来の図
１２では電圧値が互いに異なる２つの動作点における出
力電力の比較から次に採用すべき動作電圧値を決定する
のに対し、ここでは電圧値が互いに異なる３つの動作点
における出力電力の比較から次に採用すべき動作電圧値
を決定する。

【００２１】以下、太陽電池の電力−電圧特性上の動作
点を示す図２を参照しながら、制御動作を図１のフロー
チャートに従って詳細に説明する。先ず、現状の太陽電
池動作電圧Ｖ１を第１の設定値として太陽電池出力電流
Ｉ１を計測し（ステップＴ１）、コントローラ５のマイ
クロプロセッサは、Ｖ１とＩ１とを乗算することにより
太陽電池出力電力Ｗ１を算出し（ステップＴ２）、メモ
リーにＶ１とＷ１との値を記憶する（ステップＴ３）。
次に、設定目標値をＶ１より所定量高い第２の設定値で
あるＶ２へ移動し（ステップＴ４）、これに応じてＤＣ
／ＤＣコンバータ６はその出力電力を増減させ、太陽電
池２から見たＤＣ／ＤＣコンバータ６のインピーダンス
を変化させることにより、動作電圧を上昇させ、この整
定のために０．５秒待機する（ステップＴ５）。なお、
実施の形態１においてこの整定のために一定時間（０．
５秒）待機するという点は従来と同様である。

【００２２】整定後の動作電圧Ｖ２、出力電流Ｉ２を計
測し（ステップＴ６）、コントローラ５のマイクロプロ
セッサは、Ｖ２とＩ２とを乗算することにより太陽電池
出力電力Ｗ２を算出し（ステップＴ７）、メモリーにＶ
２とＷ２との値を記憶する（ステップＴ８）。

【００２３】次に、設定目標値を当初のＶ１より所定量
低い第３の設定値であるＶ３へ移動し（ステップＴ
９）、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力
電力を増減させ、太陽電池２から見たインピーダンスを
変化させることにより、動作電圧を降下させ、この整定
のために０．５秒待機する（ステップＴ１０）。整定後
の動作電圧Ｖ３、出力電流Ｉ３を計測し（ステップＴ１
１）、コントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ３と
Ｉ３とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ３を算
出し（ステップＴ１２）、メモリーにＶ３とＷ３との値
を記憶する（ステップＴ１３）。

【００２４】以上のステップＴ１〜Ｔ１３によりメモリ
ーに記憶された、互いに異なる動作電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ
３（Ｖ３＜Ｖ１＜Ｖ２）における出力電力Ｗ１、Ｗ２、
Ｗ３の相互大小比較を後述するステップＴ１４、Ｔ１
６、Ｔ１７で行い、その結果に基づき次に採用すべき動
作設定値を決定する。

【００２５】ところで、３つの出力電力計測値Ｗ１、Ｗ
２、Ｗ３の大小関係は、純数学的には表１に示すＫ１〜
Ｋ６の６つのケースが考えられる。

【００２６】

【表１】

【００２７】ここで、計測の時刻はＷ１→Ｗ２→Ｗ３の
順で経過していること、また、発電環境としての日射量
は、時間の経過と共に減少する場合、増加する場合、ほ
とんど変化しない場合の３つの場合が想定されること、
更に、図３に示すように、日射量の変動によって出力電
力の値が変動しても、各日射量における太陽電池の最大
電力点となる電圧はあまり変化しないという現象が認め
られることから、３点の出力電力の比較の結果、その間
に日射量が変化したと判断される場合には、動作電圧は
変化させない方が追跡制御動作の全体としては出力電力
量は大きくなると考えられる。

【００２８】以上の前提条件を踏まえ、表１の各ケース
毎に、可能性の高い判定内容とその判定の結果として採
用すべき設定電圧値の出力について説明する。先ず、ケ
ースＫ１（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）は、計測時間が経過する
につれて出力電力が単調減少しているので、一つはこの
間で日射量が連続的に減少していることが考えられる。
この場合は、上述した通り、設定電圧値は移動させない
のが得策であり、元の電圧Ｖ１を採用する。また、３点
の電圧の中央にある電圧Ｖ１における出力電力Ｗ１が最
大であるので、別の可能性として、この間に日射量の変
化がなく、しかも、電圧Ｖ１が最大電力動作点またはそ
の近傍にあることが考えられる。従って、この場合も採
用すべき電圧はＶ１となる。

【００２９】次にケースＫ２（Ｗ１＞Ｗ３＞Ｗ２）は、
日射量の連続的な変化は考えにくく、日射量の変化がな
く、ケースＫ１と同様、電圧Ｖ１が最大電力動作点近傍
にある可能性が高く、この場合は当然電圧Ｖ１を採用す
べきである。以上のように、ケースＫ１、Ｋ２の場合
は、次設定値としてＶ１を採用すべきことから、図１の
フローチャートでは、これをステップＴ１４の第１の条
件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）の成立（ＹＥＳ）で判
別し、この場合、動作電圧をＶ１に戻す（ステップＴ１
５）。

【００３０】ステップＴ１４でＮＯとなるケースＫ３〜
Ｋ６の内、ケースＫ４（Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ１）は特異な発
電環境の変化を仮定しないと生じないので、現実的には
起こり難いと考えられここでは対象外としてよい。ケー
スＫ６（Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１）は、計測時間が経過するに
つれて出力電力が単調増加しているので、この間で日射
量が連続的に増加していることが考えられる。この場合
は、上述した通り、設定電圧値は移動させないのが得策
であり、元の電圧Ｖ１を採用する。従って、このケース
Ｋ４、Ｋ６をステップＴ１６の第２の条件（Ｗ１＜Ｗ２
かつＷ１＜Ｗ３）の成立（ＹＥＳ）で判別し、動作電圧
をＶ１に戻す（ステップＴ１５）。

【００３１】ステップＴ１６でＮＯとなった残りの２ケ
ースＫ３、Ｋ５の内、ケースＫ３（Ｗ２＞Ｗ１＞Ｗ３）
の場合は、これまでのステップＴ１４、Ｔ１６における
判別により日射量変化有（減少または増加）の可能性は
排除されているので日射量の変化はほとんど無しと考え
てよく、３点の内、最大の出力電力Ｗ２における動作電
圧Ｖ２を採用すべきである。これを、ステップＴ１７の
第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）の成立（ＹＥＳ）で判別し、
動作電圧Ｖ２に上昇させる（ステップＴ１８）。なお、
このケースＫ３は、図２において、３点の電圧が最大電
力点の電圧より手前に位置する場合が相当する。

【００３２】残りのケースＫ５（Ｗ３＞Ｗ１＞Ｗ２）の
場合は、ケースＫ３と同様、日射量変化無としてよいの
で、３点の内、最大の出力電力Ｗ３における動作電圧Ｖ
３を採用すべきである。このケースＫ５は、図２におい
て、３点の電圧が最大電力点の電圧を越えた部分にある
場合が相当する。図１のフローチャートでは、このケー
スＫ５の場合をステップＴ１７における不成立（ＮＯ）
で判別し、現状の動作電圧、即ち、３点の内最終時点の
動作電圧Ｖ３を、新たなＶ１、従って、次回の比較演算
の３点値の中央電圧値に設定する（ステップＴ１）。

【００３３】なお、以上では、３点の出力電力のいずれ
かの間で等号が成立する場合（Ｗ１＝Ｗ２、Ｗ２＝Ｗ
３、Ｗ３＝Ｗ１またはＷ１＝Ｗ２＝Ｗ３）については触
れていないが、これら等号が成立する場合、即ち、動作
電圧を変化させても太陽電池の出力電力が変化しない場
合は、日没時や曇等、日射量が非常に弱い状態であると
判断される。従って、この等号が成立する場合は、必ず
しも表１で説明した内容による判定および出力結果が得
られないが、このような極低出力状態が一定時間継続す
ると、図示しない監視手段でこれを検知し、太陽電池を
負荷や系統から切り離すことになるので特に問題とはな
らない。

【００３４】以上のように、この発明の実施の形態１の
太陽光発電制御装置においては、日射量変化の有無の判
別も可能となり、日射量の変化有と判断される場合は、
動作電圧を移動させることなく、全体として出力電力量
が大きくなる合理的な運転ができ、また、日射量の変化
無と判断される場合は、電圧が互いに異なる３点のいず
れか出力電力が最大となる動作点の電圧を直ちに決定す
ることができ、最大電力点追跡の制御動作を速めること
ができる。

【００３５】なお、図１のフローチャートのステップＴ
１７では、第３の条件としてＷ２＞Ｗ１の成立または不
成立を判別するようにしたが、３者の出力電力Ｗ１、Ｗ
２、Ｗ３の内、最大のもの（ここではＷ２またはＷ３の
いずれかとなる）を選別し、当該出力電力最大動作点の
電圧を採用するようにしてもよい。

【００３６】また、以上の説明では、設定電圧として、
電圧Ｖ１の次に、これを所定量増加させた電圧Ｖ２と
し、更にその次に、電圧Ｖ１を所定量減少させた電圧Ｖ
３としたが、上記とは逆に、電圧Ｖ１の次にこれを所定
量減少させた電圧Ｖ２とし、更にその次に、電圧Ｖ１を
所定量増加させた電圧Ｖ３としても、図１と同様の要領
で迅速な最大電力点追跡制御を実現することができる。

【００３７】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２における太陽光発電制御装置を示すブロック図であ
る。この形態２は従来技術で説明した整定に要する時間
の短縮を図ることで、追跡制御の制御速度の向上を実現
するものである。ここでは、図４のコントローラ５の内
部に常時監視手段５１を設けている。この常時監視手段
５１は、常に（あるいは、１秒間に１００回程度の非常
に速い繰り返し周期で）太陽電池の動作電圧をモニター
する構成となっている。

【００３８】次に、太陽電池の電力−電圧特性上の動作
点を示す図５と処理の流れを示すフローチャート図６に
基づき動作について詳細に説明する。なお、図６に示す
フローチャートは、常時監視手段５１によって整定の時
間を実質的に短縮する構成を、先の形態１で説明した３
点の電圧における出力電力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の比較から
採用すべき動作電圧値を決定する方式の追跡制御に適用
したものである。従って、説明が重複する部分は適宜省
略する。

【００３９】図６において、ステップＵ１〜Ｕ３は図１
のステップＴ１〜Ｔ３と全く同一で、メモリーにＶ１と
Ｗ１との値を記憶する。次に、ステップＵ４で、設定目
標値をＶ１より所定量高い第２の設定値Ｖ２へ移動し、
これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ６はその出力電力を
増減させ、太陽電池の動作電圧を上昇させていく。

【００４０】この電圧上昇の過程を図７に示す。電圧は
時刻ｔ１でのＶ１の値から、太陽電池２を含む配線、更
にはＤＣ／ＤＣコンバータ６や負荷７を含む回路の諸定
数で決定される時定数で上昇を続け目標設定値Ｖ２に至
る。この実施の形態２においては、常時監視手段５１に
よりこの電圧変化を常時監視し、この監視電圧とＶ２と
の差がΔＶ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜の３％以内になったか否か
を常時判別する（ステップＵ５１）。電圧差が３％以内
でなければ（ステップＵ５１でＮＯ）、動作設定値をＶ
２に移動させた時点（図７では時刻ｔ１が相当）からの
経過時間が、回路条件にかかわらず整定に必要な十分な
時間として従来から設定されている時間０．５秒以上で
あるか否かを判別する（ステップＵ５２）。０．５秒未
満の間はステップＵ５１の判別動作を繰り返す。

【００４１】ステップＵ５１で電圧差が３％以内になる
と（同ステップＵ５１でＹＥＳ）、その時点の動作電圧
Ｖ２′、出力電流Ｉ２′を計測し（ステップＵ６）、コ
ントローラ５のマイクロプロセッサは、Ｖ２′とＩ２′
とを乗算することにより太陽電池出力電力Ｗ２′を算出
し（ステップＵ７）、メモリーにＶ２′とＷ２′との値
を記憶する（ステップＵ８）。動作設定値をＶ２に移動
させた時点からの経過時間が０．５秒になっても電圧差
が３％以内にならないときは（ステップＵ５２でＹＥ
Ｓ）、この時点で電圧監視を打ち切り、ステップＵ６〜
Ｕ８で、Ｖ２′とＷ２′との値を記憶する。このケース
は監視動作等に何らかの異常が発生してこの整定の時間
が無駄に長大化することを防止することを想定したもの
で、通常の制御動作では起こり得ないと考えられる。

【００４２】ステップＵ９〜Ｕ１３の動作も同様である
ので、詳細な説明は割愛するが、ステップＵ１０１で
は、監視電圧と、Ｖ１より所定量低下させた動作設定値
Ｖ３との差がΔＶ＝｜Ｖ３−Ｖ１｜の３％以内になった
か否かを常時判別する。電圧差が３％以内になると（ス
テップＵ１０１でＹＥＳ）、その時点の動作電圧Ｖ
３′、出力電流Ｉ３′を計測し、コントローラ５のマイ
クロプロセッサは、Ｖ３′とＩ３′とを乗算することに
より太陽電池出力電力Ｗ３′を算出し、メモリーにＶ
３′とＷ３′との値を記憶する（ステップＵ１１〜Ｕ１
３）。

【００４３】ステップＵ１４〜Ｕ１８の動作は、Ｗ２→
Ｗ２′、Ｗ３→Ｗ３′、Ｖ２→Ｖ２′、Ｖ３→Ｖ３′と
した点を除けば実施の形態１の図１で説明した内容と全
く同一であるので再度の説明は省略する。

【００４４】以上のように、この実施の形態２において
は、動作電圧をＶ１からＶ２へ、また、Ｖ２からＶ３へ
移行させる場合、従来のように、種々の回路条件を想定
し整定のため十分余裕をもって設定された時間（ここで
は０．５秒）、一律に経過させるのではなく、常時監視
手段５１により動作電圧を常時監視し、ほぼ整定したと
みなし得るレベル（ここでは、例えば、監視電圧とＶ２
との差がΔＶ＝｜Ｖ２−Ｖ１｜の３％以内となったレベ
ルとしている）に達した時点で電圧Ｖ２′、Ｗ３′等を
求め以後の出力電力比較演算処理に移行する。このた
め、全体として、最大電力点追跡制御の速度が高まり、
また、３点の出力電力の計測の時間ずれがその分短縮さ
れるので、その間における日射量の変化による影響も低
減し、追跡制御の精度の向上が期待できる。

【００４５】ちなみに、インバータを使用した太陽光発
電制御装置の実器モデルにおいて出力電圧を変化させた
場合の実測波形を図８に示す。この例は現状の出力電圧
Ｖ０＝２００Ｖから設定目標値電圧Ｖ１＝１９８Ｖに移
行させる場合で、同図（ａ）は太陽電池出力電圧、同図
（ｂ）は系統電圧、同図（ｃ）はインバータ出力電流を
示す。ここでは、出力電圧は約０．０５秒で整定してお
り、この実施の形態２を適用することにより、０．５秒
一律で処理していた従来の場合に比較して、追跡制御の
速度が大幅に上昇する。

【００４６】なお、図６のステップＵ５１、Ｕ１０１や
ステップＵ５２、Ｕ１０２で用いた判別基準の具体的数
値（３％、０．５秒）は、装置の能力や特性等に応じて
適宜変更し得ることは言うまでもない。

【００４７】また、図６では、常時監視手段５１を導入
して整定のための時間の実質的な短縮を実現する発明
を、先の実施の形態１の、互いに異なる３点の電圧にお
ける出力電力の比較から最大電力点追跡制御を行う発明
に適用したが、前者の発明は、互いに異なる任意の複数
の電圧における出力電力の比較から最大電力点追跡制御
を行う場合に広く適用でき、その制御速度を高めるとい
う同等の効果を奏するものである。

【００４８】更に、以上の各形態例においては、複数点
の出力電力を計測する場合の設定値として電圧値を採用
したが、電流値を設定値とし、計測された出力電圧とか
ら出力電力を求め、また、電流値を常時監視するように
してもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１に係
る太陽光発電制御装置は、太陽電池からの電力をその電
圧を変換して負荷または系統に供給する電力変換手段、
上記太陽電池の出力電力を検出する電力検出手段、およ
び上記電力変換手段を制御することにより上記太陽電池
の電圧または電流の設定値を順次ステップ状に変化さ
せ、これら設定値が互いに異なる複数の動作点における
上記太陽電池の出力電力の比較から太陽電池の最大電力
動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽光発電
制御装置において、設定値とする太陽電池の電圧または
電流の変化を監視する監視手段を備え、第１の動作点に
おける電力検出が終了した後、設定目標値を次ステップ
の設定目標値に変更して次に電力を検出すべき第２の動
作点に移行する場合、上記監視手段の出力と上記次ステ
ップの設定目標値との偏差量を検出し、この偏差量が予
め定めた所定範囲内になった時点における出力電力検出
値を上記第２の動作点における出力電力とするので、整
定を要する時間が実質的に短縮され、最大電力動作点追
跡制御の動作を速めることができる。

【００５０】また、請求項２に係る太陽光発電制御装置
は、その第１の動作点から第２の動作点に移行する場
合、設定目標値を次ステップの設定目標値に変更してか
らの経過時間を検出し、この経過時間が予め定めた所定
時間となった時点で偏差量が所定範囲内になっていない
ときは、当該所定時間における出力電力検出値を上記第
２の動作点における出力電力とするので、監視動作等に
異常があって整定の時間が無駄に長大化することを防止
することができる。

【００５１】また、請求項３に係る太陽光発電制御装置
は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷また
は系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電
力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を
制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設
定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互い
に異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力
の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最
大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽
光発電制御装置において、出力電力の比較を、第１の設
定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第
１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定
値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１
の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値
で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者につい
て行い、第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第
２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが
成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定
し、上記第１および第２の条件が共に不成立のときは、
上記３者の内、出力電力検出値が最大となるものの設定
値を動作設定値に決定するので、発電環境の変化を加味
するとともに速やかな最大電力動作点追跡制御が可能と
なり、全体として大きな発電電力量が確保できる。

【００５２】また、請求項４に係る太陽光発電制御装置
は、太陽電池からの電力をその電圧を変換して負荷また
は系統に供給する電力変換手段、上記太陽電池の出力電
力を検出する電力検出手段、および上記電力変換手段を
制御することにより上記太陽電池の電圧または電流の設
定値を順次ステップ状に変化させ、これら設定値が互い
に異なる複数の動作点における上記太陽電池の出力電力
の比較から採用すべき動作設定値を決定し太陽電池の最
大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を備えた太陽
光発電制御装置において、出力電力の比較を、第１の設
定値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ１と、上記第
１の設定値より所定量増加または減少させた第２の設定
値で動作させたときの出力電力検出値Ｗ２と、上記第１
の設定値より所定量減少または増加させた第３の設定値
で動作させたときの出力電力検出値Ｗ３との３者につい
て行い、第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第
２の条件（Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが
成立するときは上記第１の設定値を動作設定値に決定
し、上記第１および第２の条件が共に不成立で、それぞ
れ第３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が成立するときは上記第２
の設定値を動作設定値に決定し、上記第３の条件が不成
立のときは上記第３の設定値を動作設定値に決定するの
で、発電環境の変化を加味するとともに速やかな最大電
力動作点追跡制御が可能となり、全体として大きな発電
電力量が確保できる。

【００５３】また、請求項５に係る太陽光発電制御装置
は、請求項３または４に記載の太陽光発電制御装置にお
いて、各動作点における出力電力の検出を、請求項１ま
たは２に記載の制御方式で行うので、一層高速度で正確
な最大電力動作点追跡制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における太陽光発電
制御装置のＭＰＰＴ制御の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図２】 太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す
図である。

【図３】 日照量が変化した場合の動作点の移動を説明
するための図である。

【図４】 この発明の実施の形態２における太陽光発電
制御装置の構成を示すブロック図である。

【図５】 太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示す
図である。

【図６】 実施の形態２におけるＭＰＰＴ制御の動作を
説明するためのフローチャートである。

【図７】 整定時の電圧上昇の過程を示す図である。

【図８】 実器モデルにおける実測波形を示す図であ
る。

【図９】 放射照度が変化した場合の太陽電池の電流、
電力−電圧特性を示す図である。

【図１０】 従来の太陽光発電制御装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図１１】 太陽電池の電力−電圧特性上の動作点を示
す図である。

【図１２】 従来のＭＰＰＴ制御の動作を説明するため
のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 太陽光発電システム、２ 太陽電池、３ 電圧モニ
ター回路、４ 電流モニター回路、５ コントローラ、
５１ 常時監視手段、６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、７
負荷。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 HA30 HB06 5H420 BB03 BB12 BB14 CC03 DD02 DD03 EB26 EB37 EB39 FF03 FF04 FF22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽電池からの電力をその電圧を変換し
   て負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電
   池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力
   変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧また
   は電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設
   定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池
   の出力電力の比較から太陽電池の最大電力動作点を追跡
   制御する電力制御手段を備えた太陽光発電制御装置にお
   いて、 設定値とする太陽電池の電圧または電流の変化を監視す
   る監視手段を備え、 第１の動作点における電力検出が終了した後、設定目標
   値を次ステップの設定目標値に変更して次に電力を検出
   すべき第２の動作点に移行する場合、上記監視手段の出
   力と上記次ステップの設定目標値との偏差量を検出し、
   この偏差量が予め定めた所定範囲内になった時点におけ
   る出力電力検出値を上記第２の動作点における出力電力
   とすることを特徴とする太陽光発電制御装置。
2. 【請求項２】 第１の動作点から第２の動作点に移行す
   る場合、設定目標値を次ステップの設定目標値に変更し
   てからの経過時間を検出し、この経過時間が予め定めた
   所定時間となった時点で偏差量が所定範囲内になってい
   ないときは、当該所定時間における出力電力検出値を上
   記第２の動作点における出力電力とすることを特徴とす
   る請求項１記載の太陽光発電制御装置。
3. 【請求項３】 太陽電池からの電力をその電圧を変換し
   て負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電
   池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力
   変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧また
   は電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設
   定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池
   の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太
   陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を
   備えた太陽光発電制御装置において、 出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出
   力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加
   または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力
   電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少ま
   たは増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電
   力検出値Ｗ３との３者について行い、 第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件
   （Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立する
   ときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、 上記第１および第２の条件が共に不成立のときは、上記
   ３者の内、出力電力検出値が最大となるものの設定値を
   動作設定値に決定することを特徴とする太陽光発電制御
   装置。
4. 【請求項４】 太陽電池からの電力をその電圧を変換し
   て負荷または系統に供給する電力変換手段、上記太陽電
   池の出力電力を検出する電力検出手段、および上記電力
   変換手段を制御することにより上記太陽電池の電圧また
   は電流の設定値を順次ステップ状に変化させ、これら設
   定値が互いに異なる複数の動作点における上記太陽電池
   の出力電力の比較から採用すべき動作設定値を決定し太
   陽電池の最大電力動作点を追跡制御する電力制御手段を
   備えた太陽光発電制御装置において、 出力電力の比較を、第１の設定値で動作させたときの出
   力電力検出値Ｗ１と、上記第１の設定値より所定量増加
   または減少させた第２の設定値で動作させたときの出力
   電力検出値Ｗ２と、上記第１の設定値より所定量減少ま
   たは増加させた第３の設定値で動作させたときの出力電
   力検出値Ｗ３との３者について行い、 第１の条件（Ｗ１＞Ｗ２かつＷ１＞Ｗ３）と第２の条件
   （Ｗ１＜Ｗ２かつＷ１＜Ｗ３）とのいずれかが成立する
   ときは上記第１の設定値を動作設定値に決定し、 上記第１および第２の条件が共に不成立で、それぞれ第
   ３の条件（Ｗ２＞Ｗ１）が成立するときは上記第２の設
   定値を動作設定値に決定し、 上記第３の条件が不成立のときは上記第３の設定値を動
   作設定値に決定することを特徴とする太陽光発電制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載の太陽光発電制
   御装置において、各動作点における出力電力の検出を、
   請求項１または２に記載の制御方式で行うことを特徴と
   する太陽光発電制御装置。