JP2731117B2

JP2731117B2 - 太陽電池の最大電力点追尾制御方法及び装置

Info

Publication number: JP2731117B2
Application number: JP6178001A
Authority: JP
Inventors: 健雄石田; 龍蔵萩原; 繁能口
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH0844445A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の最大電力点
追尾制御方法及び装置に関し、例えば、太陽電池とイン
バータなどの電力変換器とから構成される太陽光発電シ
ステムにおいて、太陽電池の出力電力を最大限に利用す
るために用いられる。

【０００２】

【従来の技術】電圧形電流制御方式のインバータを備
え、商用電力系統と連系して使用される太陽光発電シス
テムにおいて、太陽電池の発電能力を最大限に利用する
ために、いわゆる山登り法による最大電力点追尾制御
（ＭＰＰＴ制御）が従来より行われている。

【０００３】図１３は従来のＭＰＰＴ制御を説明するた
めの図である。このうち、図１３（ａ）は太陽電池の動
作電圧Ｖｏｐと出力電力Ｐｏとの関係を示す特性曲線の
図、図１３（ｂ）は最大電力点に到達するまでの従来に
おけるＭＰＰＴ制御を示す図、図１３（ｃ）は最大電力
点付近での従来におけるＭＰＰＴ制御を示す図である。

【０００４】図１３（ａ）に示すように、太陽電池の出
力電力Ｐｏは、動作電圧Ｖｏｐによって変化し、その特
性曲線は略山形となる。特性曲線の頂点は、出力電力Ｐ
ｏが最大となる最大電力点（Ｐｍａｘ点）であり、その
ときの動作電圧Ｖｏｐが最適動作電圧（最適動作点）Ｖ
ｏｐｓである。また、特性曲線は太陽の日射量及び温度
の変動に応じて変化し、したがって最適動作電圧Ｖｏｐ
ｓもそれに応じて変化する。

【０００５】太陽電池の出力電力Ｐｏを最大限に利用す
るためには、太陽電池を最大電力点で動作させればよい
が、最大電力点は日射量や温度に応じて常に変動するの
で、最大電力点を追尾するＭＰＰＴ制御が必要となる。
ＭＰＰＴ制御においては、太陽電池の出力電力Ｐｏを周
期的に計測し、出力電力Ｐｏが増大するように動作電圧
Ｖｏｐを制御する。

【０００６】すなわち、図１３に示すように、現時点の
動作電圧Ｖｏｐｃを中心として、動作電圧Ｖｏｐを変化
幅ΔＶだけ増加方向及び減少方向にそれぞれ変移させ、
出力電力Ｐｏのグラフに白丸印で示すようにそのときの
出力電力Ｐｏを計測する。各ステップＳＰ１，２，３…
毎に、ステップ内において出力電力Ｐｏの最も大きい点
を検出し、その点へ次のステップＳＰ２，３，４の中心
点を移動させる。

【０００７】図１３（ａ）のＰ１点の近辺においては、
動作電圧Ｖｏｐが最適動作電圧Ｖｏｐｓを越えており、
動作電圧Ｖｏｐの減少方向に沿って出力電力Ｐｏが増大
するので、図１３（ｂ）に示すように、動作電圧Ｖｏｐ
は、それぞれの時点の動作電圧Ｖｏｐｃを中心に変化幅
ΔＶの分の増減を繰り返しながら、全体として減少して
いく。このとき、出力電力Ｐｏは、動作電圧Ｖｏｐの変
化に応じて増減しながら増大していく。

【０００８】図１３（ａ）の最適動作点の近辺において
は、動作電圧Ｖｏｐが最適動作電圧Ｖｏｐｓに等しいか
又はそれに近い値であるから、動作電圧Ｖｏｐを増加さ
せた場合でも減少させた場合でも、出力電力Ｐｏは減少
する。したがって、この場合には、動作電圧Ｖｏｐは、
最適動作電圧Ｖｏｐｓを中心として、変化幅ΔＶの分の
増減を繰り返す。このとき、出力電力Ｐｏは、最適動作
電圧Ｖｏｐｓからの変化に応じて常に減少する。

【０００９】ステップＳＰ毎の動作電圧Ｖｏｐの変化幅
ΔＶは、動作電圧Ｖｏｐの大きさに係わらず一定であ
る。つまり、動作電圧Ｖｏｐが最大電力点の近辺であっ
ても、最大電力点から離れている場合であっても、各ス
テップＳＰ内における変化幅ΔＶ、及び次のステップＳ
Ｐに進むときの移動幅は、常に一定である。

【００１０】なお、動作電圧Ｖｏｐを変化させるため
に、インバータにおいては、太陽電池の動作電圧Ｖｏｐ
の目標値である電圧指令値を所定の周期で変化させ、こ
れによってインバータの出力電流を規定する電流指令値
を変化させるという制御が行われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＭＰＰ
Ｔ制御では、動作電圧Ｖｏｐが常に周期的に変化し、そ
れに応じて出力電力Ｐｏも常に変動する。特に、最大電
力点の近辺においては、動作電圧Ｖｏｐの変化によって
出力電力Ｐｏは常に減少するので、その分が電力の損失
となる。また、変化幅ΔＶの大きさが動作電圧Ｖｏｐの
大きさに係わらず常に一定であるため、最大電力点の近
辺においても変化幅ΔＶが大きい。そのため、最大電力
点の近辺における電力の損失が顕著となり、これが太陽
電池の利用効率を低下させる一因となっている。

【００１２】なお、動作電圧Ｖｏｐの変化幅ΔＶを小さ
くすると、インバータの起動から最大電力点に達するま
での時間が長く必要であり、その間における太陽電池の
利用効率が低下する。また、動作電圧Ｖｏｐが常に変化
しており、これがインバータの制御の安定性を乱す原因
となるため、安定性を維持するためには、動作電圧Ｖｏ
ｐの変化速度、つまりＭＰＰＴ制御の応答速度をあまり
大きくすることができない。

【００１３】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、制御の安定性を維持しつつ、最大電力点の近辺に
おける電力の損失を最小限に抑制し、太陽電池の利用効
率を向上させることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る方
法は、太陽電池の出力電力を周期的に計測し、出力電力
が増大するように太陽電池の動作電圧を段階的に制御す
る太陽電池の最大電力点追尾制御方法において、前記動
作電圧が、増加方向又は減少方向のいずれかの方向に、
設定された回数だけ変化した場合に、前記動作電圧の変
化幅が比較的大きくなるように制御し、前記動作電圧
が、増加方向と減少方向とを繰り返すように変化した場
合に、前記動作電圧の変化幅が比較的小さくなるように
制御する方法である。

【００１５】請求項２の発明に係る装置は、太陽電池の
出力電力を周期的に計測し、出力電力が増大するように
太陽電池の動作電圧を段階的に制御するための太陽電池
の最大電力点追尾制御装置において、計測した出力電力
に基づいて比較の基準となる旧出力電力を設定する第１
制御手段と、前記旧出力電力と今回に計測した出力電力
とを比較する第２制御手段と、前記旧出力電力よりも今
回に計測した出力電力が大きい場合には、前記動作電圧
が前回と同じ方向に変化するように制御する第３制御手
段と、前記旧出力電力よりも今回に計測した出力電力が
小さい場合には、前記動作電圧が前回とは逆の方向に変
化するように制御する第４制御手段と、前記動作電圧
が、同じ方向に設定された回数だけ変化した場合に、前
記動作電圧の変化幅が比較的大きくなるように制御する
第５制御手段と、前記動作電圧が、増加方向と減少方向
とを繰り返すように設定された回数だけ変化した場合
に、前記動作電圧の変化幅が比較的小さくなるように制
御する第６制御手段と、を有して構成される。

【００１６】請求項３の発明に係る装置では、前記第５
制御手段は、前記第３制御手段が、前記動作電圧を変化
させるように制御を行ったときに、その変化方向に応じ
て加算又は減算のカウントが行われる第１カウンタを有
し、前記第１カウンタが設定されたカウント値に達した
ときに、前記動作電圧の変化幅が比較的大きくなるよう
に制御し、前記第６制御手段は、前記第４制御手段が、
前記動作電圧を変化させるように制御を行ったときに、
カウントが行われる第２カウンタを有し、前記第２カウ
ンタが設定されたカウント値に達したときに、前記動作
電圧の変化幅が比較的小さくなるように制御するように
構成される。

【００１７】請求項４の発明に係る装置では、前記第３
制御手段及び前記第４制御手段は、前記旧出力電力と今
回に計測した出力電力とを比較したときに、その比較結
果に応じて加算又は減算のカウントが行われる第３カウ
ンタ又は第４カウンタを有し、前記第３カウンタ又は前
記第４カウンタが設定されたカウント値に達したとき
に、前記動作電圧を変化させるための制御を行うように
構成される。

【００１８】

【作用】以前に計測した出力電力に基づいて、比較の基
準となる旧出力電力が設定される。旧出力電力と今回に
計測した出力電力とが比較され、比較結果に応じて、動
作電圧に対する種々の制御が行われる。

【００１９】例えば、旧出力電力よりも今回に計測した
出力電力が大きい場合には、動作電圧が前回と同じ方向
に変化するように制御される。旧出力電力よりも今回に
計測した出力電力が小さい場合には、動作電圧が前回と
は逆の方向に変化するように制御される。旧出力電力と
今回に計測した出力電力とが同じ場合には、動作電圧が
変化しないように制御される。

【００２０】動作電圧が、同じ方向に設定された回数だ
け変化した場合に、動作電圧の変化幅が比較的大きくな
るような制御が行われる。これと逆に、動作電圧が前回
とは逆の方向に設定された回数だけ変化した場合、つま
り増加方向と減少方向とを繰り返すように設定された回
数だけ変化した場合には、動作電圧の変化幅が比較的小
さくなるような制御が行われる。

【００２１】なお、太陽電池の出力電力を周期的に計測
するとは、一定の周期でなくてもよい。出力電力の計測
には、出力電力に関連する値を得る場合も含まれる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明に係る太陽光発電システム１の
全体構成を示すブロック図である。

【００２３】太陽光発電システム１は、太陽電池１０、
及び電圧形電流制御方式のインバータ２０から構成さ
れ、図示しない保護継電器などを介して商用電力系統５
と連系されている。配電線６には各種の家電製品などの
負荷Ｚが接続されている。

【００２４】インバータ２０は、複数のスイッチング素
子などからなるインバータ主回路２１、１チップのマイ
クロコンピュータ２４、デジタル信号プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）２５、出力電圧Ｖｏを検出する変圧器ＰＴ１、出力
電圧Ｖｏをディジタル信号Ｓｂに変換するＡＤ変換器２
６、出力電流Ｉｏを検出する変流器ＣＴ２、出力電流Ｉ
ｏをディジタル信号Ｓｃに変換するＡＤ変換器２７、ゲ
ート回路２８、及びドライバ回路２９などから構成され
ている。

【００２５】マイクロコンピュータ２４は、太陽電池１
０の出力電流の制御目標値を示す電流振幅指令値Ｉａｍ
ｐを生成してＤＳＰ２５に送る他、インバータ２０の全
体の制御を行う。

【００２６】ＤＳＰ２５は、マイクロコンピュータ２４
から送られた電流振幅指令値Ｉａｍｐ及びフィードバッ
ク信号Ｓｂ，Ｓｃに基づいて、所要のパルス幅値Ｐｗｍ
を高速で演算して出力する。

【００２７】ゲート回路２８は、異常発生時にＤＳＰ２
５からドライバ回路２９へのパルス幅値Ｐｗｍの伝送を
遮断するために設けられている。ドライバ回路２９は、
パルス幅値Ｐｗｍに基づいて、インバータ主回路２１の
各スイッチング素子のゲート制御信号として必要な複数
のＰＷＭパルス信号Ｐｇを生成し、インバータ主回路２
１に出力する。

【００２８】次に、マイクロコンピュータ２４及びＤＳ
Ｐ２５の構成及び動作についてさらに詳しく説明する。
図２はマイクロコンピュータ２４で処理される内容の一
部を機能的に示すブロック図、図３はＤＳＰ２５で処理
される内容の一部を機能的に示すブロック図である。

【００２９】図２に示すように、マイクロコンピュータ
２４には、太陽電池１０の動作電圧Ｖｏｐすなわちイン
バータ２０への入力電圧Ｖｉ、及び変流器ＣＴ１によっ
て検出されたインバータ主回路２１の入力電流Ｉｉを、
ディジタル値に変換するためのＡＤ変換器２４１，２４
２が設けられている。マイクロコンピュータ２４は、Ａ
Ｄ変換された電圧Ｖｉ及び電流Ｉｉに基づいて太陽電池
１０の出力電力Ｐｏを算出し、出力電力Ｐｏを最大とす
るＭＰＰＴ制御のための演算処理を行って電流振幅指令
値Ｉａｍｐを出力する。ＭＰＰＴ制御のための演算処理
に当たっては、今回に算出された出力電力Ｐｏ（新電力
Ｐｏｃ）と、以前に算出された基準となる出力電力Ｐｏ
（旧電力Ｐｏｆ）とを比較し、その比較結果に応じて、
動作電圧Ｖｏｐ（＝入力電圧Ｖｉ）の目標値である電圧
指令値Ｖｒｅｆを種々の値に設定し、動作電圧Ｖｏｐが
電圧指令値Ｖｒｅｆに等しくなるような電流振幅指令値
Ｉａｍｐを演算によって求め、これをＤＳＰ２５に出力
する。

【００３０】図３に示すように、ＤＳＰ２５では、バン
ドパスフィルタ処理部２５１によって商用交流電圧波形
から基本周波数成分に対応した信号Ｓｂが抽出され、乗
算処理部２５２によって、信号Ｓｂと電流振幅指令値Ｉ
ａｍｐとの積である電流指令値信号Ｓｉが生成される。
エラーアンプ部２５３によって、電流指令値信号Ｓｉと
出力電流値Ｓｃとの差Δｉに増幅率Ａを乗じた値である
電流誤差値Ｅが求められ、ＰＷＭ演算処理部２５４によ
って、電流誤差値Ｅに基づいてパルス幅値Ｐｗｍが算定
される。また、ピーク検出部２５５によって基本周波数
成分の各周期のピーク値が検出され、周波数解析部２５
６によって複数個のピーク値に基づいてゆらぎ成分Ｓｅ
が検出される。

【００３１】次に、マイクロコンピュータ２４が実行す
るＭＰＰＴ制御の内容を説明する。まず、ＭＰＰＴ制御
において、現時点の動作電圧Ｖｏｐｃの位置を示す領域
判定フラグＦＥＪについて説明する。

【００３２】図４はインバータ２０におけるＭＰＰＴ制
御の原理を説明するための図である。このうち、図４
（ａ）は太陽電池の動作電圧Ｖｏｐと出力電力Ｐｏとの
関係を示す特性曲線の図、図４（ｂ）は動作電圧Ｖｏｐ
が最適動作点よりも大きい場合に最大電力点に到達する
までのＭＰＰＴ制御を示す図、図４（ｃ）は最大電力点
付近でのＭＰＰＴ制御を示す図である。

【００３３】図４（ａ）において、出力電力Ｐｏが増大
するように動作電圧Ｖｏｐを変化させる場合に、その時
点での動作電圧Ｖｏｐｃが最適動作電圧Ｖｏｐｓよりも
高いか低いかによって、変化方向が異なる。つまり、出
力電力Ｐｏを増大するためには、その時点の動作電圧Ｖ
ｏｐｃが最適動作電圧Ｖｏｐｓよりも大きいときには動
作電圧Ｖｏｐｃを減少させ、その時点の動作電圧Ｖｏｐ
ｃが最適動作電圧Ｖｏｐｓよりも小さいときには動作電
圧Ｖｏｐｃを増加させる必要がある。

【００３４】したがって、動作電圧Ｖｏｐが最適動作電
圧Ｖｏｐｓよりも大きい領域にあるときには領域判定フ
ラグＦＥＪが「１」になるようにし、小さい領域にある
ときは領域判定フラグＦＥＪが「０」になるようにす
る。

【００３５】また、最適動作電圧Ｖｏｐｓの近辺におい
ては、動作電圧Ｖｏｐが変化すると、最適動作電圧Ｖｏ
ｐｓを挟んで上下に変移することが起こりうる。つまり
この場合には、領域判定フラグＦＥＪが「１」から
「０」へ、又は「０」から「１」へ変化させるようにす
る。

【００３６】そして、領域判定フラグＦＥＪが「１」で
ある状態（最適動作電圧Ｖｏｐｓ＜動作電圧Ｖｏｐ）を
モードＭ１、「０」である状態（最適動作電圧Ｖｏｐｓ
＞動作電圧Ｖｏｐ）をモードＭ２、領域判定フラグＦＥ
Ｊが「１」から「０」へ変移する状態（最適動作電圧Ｖ
ｏｐｓ＞現時点の動作電圧Ｖｏｐｃ）をモードＭ３、領
域判定フラグＦＥＪが「０」から「１」へ変移する状態
（最適動作電圧Ｖｏｐｓ＜現時点の動作電圧Ｖｏｐｃ）
をモードＭ４とする。モードＭ１及びＭ４では電圧指令
値Ｖｒｅｆを減少させ、モードＭ２及びＭ３では電圧指
令値Ｖｒｅｆを増大させる。

【００３７】図４（ｂ）に示すように、最大電力点に到
達するまでのＭＰＰＴ制御では、動作電圧Ｖｏｐが同一
方向へ一定の回数だけ変移した場合に、動作電圧Ｖｏｐ
の変化幅ΔＶが大きくなるように制御する。また、図４
（ｃ）に示すように、最適動作点付近でのＭＰＰＴ制御
では、動作電圧Ｖｏｐの増減が一定の回数だけ繰り返さ
れた場合に、動作電圧Ｖｏｐの変化幅ΔＶが小さくなる
ように制御する。

【００３８】次に、図５〜図１０に示すフローチャート
を参照してインバータ２０のＭＰＰＴ制御の内容を説明
する。図５はＭＰＰＴ制御処理のメインルーチンを示す
フローチャートである。このメインルーチンは、他の処
理についてのメインルーチンとともに、充分に短い周期
毎に実行される。

【００３９】図５において、ＭＰＰＴ制御の開始状態で
あるか否かがチェックされる（＃１１）。これは、イン
バータ２０の起動後の一定時間内は、全体の制御系の安
定を図るためにＭＰＰＴ制御を行わず、これに代えて一
定電圧制御を行うためである。開始状態でない場合には
（＃１１でノー）、所定値に設定されたスタートカウン
タをデクリメントし（＃１２）、電圧指令値Ｖｒｅｆを
初期値に設定する（＃１３）。

【００４０】開始状態になると（＃１１でイエス）、判
定タイミングであるか否かがチェックされる（＃１
４）。判定タイミングは、例えば０．１〜１秒毎にイエ
スとなるように設定されており、このチェックによっ
て、ステップ＃１５以降の処理が、例えば０．１〜１秒
毎の一定の周期で実行される。

【００４１】入力電圧Ｖｉ（動作電圧Ｖｏｐ）の平均値
を取得する（＃１５）。入力電圧Ｖｉは、図示しない別
の処理において周期的にサンプリングされており、所定
期間内における平均値が算出される。算出された入力電
圧Ｖｉが異常値である場合にそれを取り除く処理が行わ
れ（＃１６）、変速処理ルーチンが実行される（＃１
７）。

【００４２】領域判定フラグＦＥＪのチェックが行われ
る（＃１８）。領域判定フラグＦＥＪが「１」である場
合には、入力電流Ｉｉの平均値を取得する（＃１９）。
入力電流Ｉｉは、図示しない別の処理において周期的に
サンプリングされており、所定期間内における平均値が
算出される。

【００４３】その時点における出力電力Ｐｏである新電
力Ｐｏｃが、Ｐｏｃ＝Ｖｉ×Ｉｉとして算出される（＃
２０）。新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆとが比較される
（＃２１，２２）。ここで、旧電力Ｐｏｆは、比較の基
準となるものであり、後述のステップ＃４９，５９など
において実行されるように、電圧指令値Ｖｒｅｆが変更
される１回前に算出された新電力Ｐｏｃの値が、電圧指
令値Ｖｒｅｆの変更によって旧電力Ｐｏｆの値として代
入される。

【００４４】新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆとが同一であ
る場合には（＃２１でイエス）、以降の処理を行うこと
なく、メインルーチンを終了する。つまり、この場合に
は、電圧指令値Ｖｒｅｆや旧電力Ｐｏｆの値の変更は行
われない。なお、ここでの同一とは、全くの同一の場
合、及び差異が所定の範囲内である場合が含まれる。

【００４５】新電力Ｐｏｃが旧電力Ｐｏｆよりも大きい
ときは（＃２２でイエス）、電圧指令値Ｖｒｅｆを減少
させるためのＤＣＶ−ＤＯＷＮルーチンを実行し（＃２
３）、新電力Ｐｏｃが旧電力Ｐｏｆよりも小さいときは
（＃２２でノー）、最大電力点の近辺での処理であるＰ
ＥＥＫルーチンを実行する（＃２４）。

【００４６】ステップ＃１８で、領域判定フラグＦＥＪ
が「０」である場合には、入力電流Ｉｉの平均値を取得
し（＃２５）、新電力ＰｏｃがＰｏｃ＝Ｖｉ×Ｉｉとし
て算出される（＃２６）。新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆ
とが比較される（＃２７，２８）。

【００４７】新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆとが同一であ
る場合には（＃２７でイエス）、以降の処理を行うこと
なく、メインルーチンを終了する。つまり、この場合に
は、電圧指令値Ｖｒｅｆや旧電力Ｐｏｆの変更は行われ
ない。

【００４８】新電力Ｐｏｃが旧電力Ｐｏｆよりも大きい
ときは（＃２８でイエス）、電圧指令値Ｖｒｅｆを増加
させるためのＤＣＶ−ＵＰルーチンを実行し（＃２
９）、新電力Ｐｏｃが旧電力Ｐｏｆよりも小さいときは
（＃２８でノー）、ＰＥＥＫルーチンを実行する（＃３
０）。

【００４９】図６はＤＣＶ−ＤＯＷＮルーチンを示すフ
ローチャート、図７はＤＣＶ−ＵＰルーチンを示すフロ
ーチャートである。図６において、まず、ＵＤカウンタ
をデクリメントする（＃４１）。ＵＤカウンタは、この
ＤＣＶ−ＤＯＷＮルーチンを１回実行する毎に１つデク
リメントされ、次の図７において説明するＤＣＶ−ＵＰ
ルーチンを実行する毎に１つインクリメントされる。こ
のＵＤカウンタのカウント値が予め設定された下限値に
達したときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを下方へ変更する処
理が実行され、ＵＤカウンタのカウント値が予め設定さ
れた上限値に達したときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを上方
へ変更する処理が実行される。

【００５０】すなわち、ＵＤカウンタのカウント値が下
限に達していない場合には（＃４２でノー）、そのカウ
ント値をそのまま保存してメインルーチンへリターンし
（＃４３）、下限に達している場合には（＃４２でイエ
ス）、ＵＤカウンタを初期化し（＃４４）、現時点での
電圧指令値Ｖｒｅｆを読み込み（＃４５）、電圧指令値
Ｖｒｅｆが下限に達していないか否かを確認し（＃４
６）、電圧指令値Ｖｒｅｆを所定の値だけ減算してそれ
を新しい電圧指令値Ｖｒｅｆとして出力し（＃４７）、
Ｆカウンタをデクリメントする（＃４８）。その後、比
較の基準となる旧電力Ｐｏｆの値を、新電力Ｐｏｃの値
に更新する（＃４９）。

【００５１】なお、Ｆカウンタは、そのカウント値が予
め設定された上限値又は下限値に達したときに、電圧指
令値Ｖｒｅｆの変化幅ΔＶを増大する処理が実行され
る。また、後述するＳカウンタは、そのカウント値が予
め設定された上限値に達したときに、電圧指令値Ｖｒｅ
ｆの変化幅ΔＶを減少させる処理が実行される。なお、
電圧指令値Ｖｒｅｆの変化幅ΔＶは動作電圧Ｖｏｐの変
化幅ΔＶに対応する。

【００５２】図７において、ＵＤカウンタをインクリメ
ントする（＃５１）。ＵＤカウンタのカウント値が上限
に達していない場合には（＃５２でノー）、そのカウン
ト値をそのまま保存してメインルーチンへリターンし
（＃５３）、上限に達している場合には（＃５２でイエ
ス）、ＵＤカウンタを初期化し（＃５４）、電圧指令値
Ｖｒｅｆを読み込み（＃５５）、電圧指令値Ｖｒｅｆが
上限に達していないか否かを確認し（＃５６）、電圧指
令値Ｖｒｅｆに所定の値だけ加算してそれを新しい電圧
指令値Ｖｒｅｆとして出力し（＃５７）、Ｆカウンタを
インクリメントする（＃５８）。その後、比較の基準と
なる旧電力Ｐｏｆの値を、新電力Ｐｏｃの値に更新する
（＃５９）。

【００５３】図８及び図９はＰＥＥＫルーチンを示すフ
ローチャートである。図８において、まず、領域判定フ
ラグＦＥＪのチェックが行われる（＃６１）。領域判定
フラグＦＥＪが「１」である場合には、ＰＥＥＫカウン
タの現時点のカウント値を読み込み（＃６２）、その値
をインクリメントする（＃６３）。

【００５４】ＰＥＥＫカウンタは、このＰＥＥＫルーチ
ンを１回実行する毎に、領域判定フラグＦＥＪの状態に
応じてインクリメント又はデクリメントされる。そし
て、ＰＥＥＫカウンタのカウント値が予め設定された上
限値又は下限値に達したときに、前述のＵＤカウンタを
インクリメント又はデクリメントする。ＵＤカウンタが
上限値又は下限値に達したときには、ＤＣＶ−ＵＰルー
チン又はＤＣＶ−ＤＯＷＮルーチンと同様に電圧指令値
Ｖｒｅｆを上方又は下方へ変更する処理が実行される。

【００５５】つまり、ＰＥＥＫルーチンでは、電圧指令
値Ｖｒｅｆの変更を実行するために、ＰＥＥＫカウンタ
とＵＤカウンタとの２つのカウンタがいずれも上限又は
下限に達することが条件となっている。例えば、ＰＥＥ
Ｋカウンタ及びＵＤカウンタがともに４ビットで「−
８」〜「０」〜「７」をカウントするものである場合に
は、領域判定フラグＦＥＪが「１」のときには、このＰ
ＥＥＫルーチンが連続で４９（＝７×７）回実行された
ときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを増大する変更が１回実行
され、領域判定フラグＦＥＪが「０」のときには、この
ＰＥＥＫルーチンが連続で６４（＝８×８）回実行され
たときに、電圧指令値Ｖｒｅｆを減少する変更が１回実
行される。なお、それぞれのルーチンが必ずしも連続で
実行される必要はなく、例えばノイズの影響によって入
力電圧Ｖｉや入力電流Ｉｉが変動した場合には他のルー
チンが実行されることがあり、結果的にそれらのカウン
タが上限又は下限に達したときに、電圧指令値Ｖｒｅｆ
の変更が行われる。

【００５６】図８に戻って、ステップ＃６４において、
ＰＥＥＫカウンタのカウント値が上限に達していない場
合には、そのカウント値をそのまま保存してメインルー
チンへリターンし（＃６５）、上限に達している場合に
は（＃６４でイエス）、ＰＥＥＫカウンタを初期化し
（＃６６）、ＵＤカウンタをインクリメントする（＃６
７）。

【００５７】そして、ＵＤカウンタのカウント値が上限
に達していない場合には（＃６８でノー）、そのカウン
ト値をそのまま保存してメインルーチンへリターンし
（＃６９）、上限に達している場合には（＃６８でイエ
ス）、領域判定フラグＦＥＪを「０」にリセットし（＃
７０）、Ｓカウンタをインクリメントし（＃７１）、Ｕ
Ｄカウンタを初期化し（＃７２）、現時点での電圧指令
値Ｖｒｅｆを読み込み（＃７３）、電圧指令値Ｖｒｅｆ
が上限に達していないか否かを確認し（＃７４）、電圧
指令値Ｖｒｅｆを所定の値だけ加算してメモリに保存し
（＃７５）、それを新しい電圧指令値Ｖｒｅｆとして出
力する（＃７６）。その後、比較の基準となる旧電力Ｐ
ｏｆの値を、新電力Ｐｏｃの値に更新する（＃７７）。

【００５８】図９において、領域判定フラグＦＥＪが
「０」であった場合に、ＰＥＥＫカウンタの現時点のカ
ウント値を読み込み（＃８２）、その値をデクリメント
する（＃８３）。

【００５９】ステップ＃８４において、ＰＥＥＫカウン
タのカウント値が下限に達していない場合には、そのカ
ウント値をそのまま保存してメインルーチンへリターン
し（＃８５）、下限に達している場合には（＃８４でイ
エス）、ＰＥＥＫカウンタを初期化し（＃８６）、ＵＤ
カウンタをデクリメントする（＃８７）。

【００６０】そして、ＵＤカウンタのカウント値が下限
に達していない場合には（＃８８でノー）、そのカウン
ト値をそのまま保存してメインルーチンへリターンし
（＃８９）、下限に達している場合には（＃８８でイエ
ス）、領域判定フラグＦＥＪを「１」にセットし（＃９
０）、Ｓカウンタをインクリメントし（＃９１）、ＵＤ
カウンタを初期化し（＃９２）、現時点での電圧指令値
Ｖｒｅｆを読み込み（＃９３）、電圧指令値Ｖｒｅｆが
下限に達していないか否かを確認し（＃９４）、電圧指
令値Ｖｒｅｆを所定の値だけ減算してメモリに保存し
（＃９５）、それを新しい電圧指令値Ｖｒｅｆとして出
力する（＃９６）。その後、比較の基準となる旧電力Ｐ
ｏｆの値を、新電力Ｐｏｃの値に更新する（＃９７）。

【００６１】図１０は変速処理ルーチンを示すフローチ
ャートである。このルーチンに入る以前に、メインルー
チンにおいて、変化幅ΔＶが「４」に、Ｆカウンタ及び
Ｓカウンタがともに「０」に、それぞれ初期設定され
る。

【００６２】Ｆカウンタが上限値である「３」又は下限
値である「−３」となった場合には（＃１０１又は１０
２でイエス）、Ｆカウンタを「０」に初期化し（＃１０
３）、電圧指令値Ｖｒｅｆの変化幅ΔＶを比較的大きい
値である「４」に設定する（＃１０４）。

【００６３】Ｆカウンタが上限値及び下限値のいずれに
もなっていない場合には（＃１０１及び１０２でノ
ー）、Ｓカウンタが上限値である「３」となっているか
否かをチェックする（＃１０５）。Ｓカウンタが上限値
となっている場合には、Ｓカウンタを「０」に初期化し
（＃１０６）、電圧指令値Ｖｒｅｆの変化幅ΔＶを比較
的小さい値である「１」に設定する（＃１０７）。

【００６４】すなわち、ＤＣＶ−ＤＯＷＮルーチンのス
テップ＃４８又はＤＣＶ−ＵＰルーチンのステップ＃５
８において、Ｆカウンタのデクリメント又はインクリメ
ントが行われるが、それぞれのルーチンが３回連続する
と、又はいずれかのルーチンが他よりも３回多く実行さ
れると、ステップ＃１０４で変化幅ΔＶが大きい値に設
定される。また、ＰＥＥＫルーチンのステップ＃７１又
はステップ＃９２において、Ｓカウンタのインクリメン
トが行われるが、ＰＥＥＫルーチンの中のステップ＃７
１又はステップ＃９２が３回実行されると、ステップ＃
１０７で変化幅ΔＶが小さい値に設定される。

【００６５】上述の処理動作を図４に基づいて説明する
と、図４（ｂ）に示すモードＭ１においては、新電力Ｐ
ｏｃが旧電力Ｐｏｆと比較して大きい状態が所定の回数
続いた場合に、電圧指令値Ｖｒｅｆを所定値だけ減少さ
せる。この処理が３回繰り返されると、電圧指令値Ｖｒ
ｅｆの変化幅ΔＶが、それまで小さい変化幅ΔＶｓであ
った場合でも大きい変化幅ΔＶｆに変更される。一旦大
きい変化幅ΔＶｆに変更された後は、同様の設定が何回
行われても変化しない。なお、図４（ｂ）に示す例では
当初において小さい変化幅ΔＶｓとなっているが、これ
は説明のためのものであり、実際には、通常、当初にお
いては大きい変化幅ΔＶｆが設定される。

【００６６】したがって、モードＭ１又はモードＭ２に
おいて、変化幅ΔＶが大きいので高速で最適動作点に到
達することができる。また、図４（ｃ）に示すモードＭ
３又はＭ４においては、新電力Ｐｏｃが旧電力Ｐｏｆと
比較して小さい状態が所定の回数続いた場合に、電圧指
令値Ｖｒｅｆを所定値だけ変更する。この処理が３回繰
り返されると、電圧指令値Ｖｒｅｆの変化幅ΔＶが、そ
れまで大きい変化幅ΔＶｆであった場合でも小さい変化
幅ΔＶｓに変更される。一旦小さい変化幅ΔＶｓに変更
された後は、同様の設定が何回行われても変化しない。
また、新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆとが同一の状態が続
く限り何らの処理も行わない。これらの処理が繰り返さ
れることによって、最大電力点の近辺での運転が維持さ
れる。

【００６７】したがって、モードＭ３又はモードＭ４に
おいて、変化幅ΔＶが小さいので、最適動作点の近辺に
おける出力電力Ｐｏの変動が小さくなり、これによって
電力の損失を最小限に抑制して太陽電池の利用効率を向
上させることができる。

【００６８】さらに、本実施例のインバータ２０におい
ては、ＭＰＰＴ制御によって最大電力点の近辺に到達
し、モードＭ３又はＭ４の状態となったときには、変化
幅ΔＶが小さくなってＰＥＥＫカウンタとＵＤカウンタ
との両方が上限又は下限に達するまで電圧指令値Ｖｒｅ
ｆの変更が行われないので、その間においては、入力電
圧Ｖｉ（つまり動作電圧Ｖｏｐ）の変化がなく、日射量
の変動などによって特性曲線が変わらない限り出力電力
Ｐｏの変動が生じない。

【００６９】また、新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆとが同
一である場合には、電圧指令値Ｖｒｅｆを変更するため
の何らの処理、つまりＰＥＥＫカウンタ又はＵＤカウン
タのインクリメント又はデクリメントが全く行われない
ので、その状態が続く限り、電圧指令値Ｖｒｅｆは同一
であり、同一の動作電圧Ｖｏｐでの運転を持続する。し
たがって、日射量の変動などによって特性曲線が変わら
ない限り、出力電力Ｐｏの変動が生じない。

【００７０】つまり、最大電力点の近辺においては、電
圧指令値Ｖｒｅｆ、動作電圧Ｖｏｐ、及び出力電力Ｐｏ
の変動がほとんどなく、したがって、従来のような変動
による電力の損失が大幅に抑制され、太陽電池の利用効
率の向上が図られる。

【００７１】しかも、最適動作点に到達するまでの電圧
指令値Ｖｒｅｆの変化幅ΔＶが大きいので、インバータ
２０の起動から最大電力点に達するまでの時間を短縮す
ることができ、その間における太陽電池の利用効率を向
上させることができる。

【００７２】なお、新電力Ｐｏｃと旧電力Ｐｏｆとが同
一であるとき、又はＰＥＥＫルーチンに入ったときに、
日射量の変動などによって特性曲線が変化すると、これ
を契機としてＤＣＶ−ＵＰルーチン又はＤＣＶ−ＤＯＷ
Ｎルーチンに移行し、モードＭ１又はＭ２の処理が実行
されることとなる。したがって、日射量が変動したとき
にそれに素早く応答し、短時間で最大電力点に到達する
ことができる。

【００７３】図１１は他の実施例の変速処理ルーチンを
示すフローチャートである。この変速処理ルーチンは、
図１０の変速処理ルーチンが大きい変化幅ΔＶｆと小さ
い変化幅ΔＶｓとの２段階の変速であったのに対して、
上限と下限の間で多段階に変速を行うものである。この
ルーチンに入る以前に、メインルーチンにおいて、変化
幅ΔＶが上限値に、Ｆカウンタ及びＳカウンタがともに
「０」に、それぞれ初期設定される。

【００７４】Ｆカウンタが上限値である「３」又は下限
値である「−３」となっている場合には（＃１１１又は
１１２でイエス）、Ｆカウンタを「０」に初期化し（＃
１１３）、電圧指令値Ｖｒｅｆの現時点の変化幅ΔＶに
「２」を加算して「ΔＶ＋２」とする（＃１１４）。但
し、変化幅ΔＶの新しい設定値が上限を越えている場合
には（＃１１５でイエス）、変化幅ΔＶを上限値とする
（＃１１６）。

【００７５】Ｆカウンタが上限値及び下限値のいずれに
もなっていない場合には（＃１１１及び１１２でノ
ー）、Ｓカウンタが上限値である「３」となっているか
否かをチェックする（＃１１７）。Ｓカウンタが上限値
となっている場合には、Ｓカウンタを「０」に初期化し
（＃１１８）、電圧指令値Ｖｒｅｆの現時点の変化幅Δ
Ｖから「１」を減算して「ΔＶ−１」とする（＃１１
９）。但し、変化幅ΔＶの新しい設定値が下限を越えて
いる場合には（＃１２０でイエス）、変化幅ΔＶを下限
値とする（＃１２１）。

【００７６】図１２はさらに他の実施例の変速処理ルー
チンを示すフローチャートである。この変速処理ルーチ
ンは、図１０及び図１１の変速処理ルーチンが、図６〜
図９のルーチンの中の処理においてＦカウンタ及びＳカ
ウンタのカウントが実行されているのに対して、それら
のカウントをこの変速処理ルーチン内で行うようにした
ものである。このルーチンに入る以前に、メインルーチ
ンにおいて、変化幅ΔＶが「４」に、Ｆカウンタ及びＳ
カウンタがともに「０」に、Ｆカウンタの上限値が
「３」に、Ｆカウンタの下限値が「−３」に、それぞれ
初期設定される。

【００７７】他のルーチンにおいて減算指令があった場
合には（＃１３１でイエス）、Ｆカウンタをデクリメン
トし（＃１３２）、加算指令があった場合には（＃１３
３でイエス）、Ｆカウンタをインクリメントする（＃１
３４）。減算指令から加算指令に変わった場合又は減算
指令から加算指令に変わった場合には（＃１３５又は３
６でイエス）、Ｓカウンタをインクリメントする（＃１
３７）。

【００７８】Ｆカウンタが上限値又は下限値である場合
には（＃１３８又は１３９でイエス）、Ｆカウンタを
「０」にリセットし（＃１４０）、電圧指令値Ｖｒｅｆ
の変化幅ΔＶとして比較的大きい値である「４」を設定
する（＃１４１）。

【００７９】Ｆカウンタが上限値でも下限値でもなく
（＃１３８及び１３９でノー）、Ｓカウンタが上限値と
なっている場合には（＃１４２でイエス）、Ｓカウンタ
を「０」に初期化し（＃１４３）、電圧指令値Ｖｒｅｆ
の変化幅ΔＶを比較的小さい値である「１」に設定する
（＃１４４）。

【００８０】図１１及び図１２に示す実施例において
も、モードＭ３又はモードＭ４において、変化幅ΔＶが
小さいので、最適動作点の近辺における出力電力Ｐｏの
変動が小さくなり、これによって電力の損失を最小限に
抑制して太陽電池の利用効率を向上させることができ
る。

【００８１】上述の実施例において、ステップ＃４９，
５９，７７，９７の処理が本発明の第１制御手段に相当
し、ステップ＃２１，２２，２７，２８の処理が本発明
の第２制御手段に相当し、ステップ＃４７，５７又はＤ
ＣＶ−ＤＯＷＮルーチンとＤＣＶ−ＵＰルーチンの全体
が本発明の第３制御手段に相当し、ステップ＃７５，７
６，９５，９６又はＰＥＥＫルーチンの全体が本発明の
第４制御手段に相当し、ステップ＃１０４，１１４，１
４１の処理又はＦカウンタのカウント動作及びカウント
値のチェック動作を含めた全体の処理が本発明の第５制
御手段に相当し、また、ステップ＃１０７，１１９，１
４４の処理又はＳカウンタのカウント動作及びカウント
値のチェック動作を含めた全体の処理が本発明の第６制
御手段に相当する。また、本実施例のＦカウンタが本発
明の第１カウンタに、Ｓカウンタが本発明の第２カウン
タに、ＵＤカウンタが本発明の第３カウンタに、ＵＤカ
ウンタとＰＥＥＫカウンタが本発明の第４カウンタに、
それぞれ相当する。

【００８２】上述の実施例において、Ｆカウンタ、Ｓカ
ウンタ、ＰＥＥＫカウンタ、又はＵＤカウンタの上限値
又は下限値は、上述した以外に種々の値とすることがで
きる。ＰＥＥＫルーチンにおいて、ＵＤカウンタのみ又
はＰＥＥＫカウンタのみを用いてもよく、又はＵＤカウ
ンタを用いることなく、上限値及び下限値の大きいＰＥ
ＥＫカウンタのみを用いてもよい。各カウンタの初期値
は、上述の実施例に限ることなく、種々の値とすること
ができる。

【００８３】上述の実施例において、入力電圧Ｖｉを取
得し、又は出力電力Ｐｏを計測する周期、タイミングな
どは種々設定することができる。マイクロコンピュータ
２４又はＤＳＰ２５によって実行される機能の一部又は
全部を、ハードウエア回路によって実現してもよい。イ
ンバータ２０又は太陽光発電システム１の各部又は全体
の回路構成、制御内容、フローチャートの処理内容、処
理順序などは、本発明の主旨に沿って種々変更すること
ができる。

【００８４】

【発明の効果】請求項１乃至請求項４の発明によると、
制御の安定性を維持しつつ、最大電力点の近辺における
電力の損失を最小限に抑制し、太陽電池の利用効率を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る太陽光発電システムの全体構成を
示すブロック図である。

【図２】マイクロコンピュータで処理される内容の一部
を機能的に示すブロック図である。

【図３】ＤＳＰで処理される内容の一部を機能的に示す
ブロック図である。

【図４】インバータにおけるＭＰＰＴ制御の原理を説明
するための図である。

【図５】ＭＰＰＴ制御処理のメインルーチンを示すフロ
ーチャートである。

【図６】ＤＣＶ−ＤＯＷＮルーチンを示すフローチャー
トである。

【図７】ＤＣＶ−ＵＰルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図８】ＰＥＥＫルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図９】ＰＥＥＫルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図１０】変速処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図１１】他の実施例の変速処理ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図１２】他の実施例の変速処理ルーチンを示すフロー
チャートである。

【図１３】従来のＭＰＰＴ制御を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

２０インバータ（最大電力点追尾制御装置）２４マイクロコンピュータ（第１〜第６制御手段）Ｐｏ出力電力Ｖｏｐ動作電圧Ｐｏｆ旧電力（旧出力電力）Ｐｏｃ新電力（今回に計測した出力電力）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池の出力電力を周期的に計測し、出
力電力が増大するように太陽電池の動作電圧を段階的に
制御する太陽電池の最大電力点追尾制御方法において、前記動作電圧が、増加方向又は減少方向のいずれかの方
向に、設定された回数だけ変化した場合に、前記動作電
圧の変化幅が比較的大きくなるように制御し、前記動作電圧が、増加方向と減少方向とを繰り返すよう
に変化した場合に、前記動作電圧の変化幅が比較的小さ
くなるように制御する、ことを特徴とする太陽電池の最大電力点追尾制御方法。
【請求項２】太陽電池の出力電力を周期的に計測し、出
力電力が増大するように太陽電池の動作電圧を段階的に
制御するための太陽電池の最大電力点追尾制御装置にお
いて、計測した出力電力に基づいて比較の基準となる旧出力電
力を設定する第１制御手段と、前記旧出力電力と今回に計測した出力電力とを比較する
第２制御手段と、前記旧出力電力よりも今回に計測した出力電力が大きい
場合には、前記動作電圧が前回と同じ方向に変化するよ
うに制御する第３制御手段と、前記旧出力電力よりも今回に計測した出力電力が小さい
場合には、前記動作電圧が前回とは逆の方向に変化する
ように制御する第４制御手段と、前記動作電圧が、同じ方向に設定された回数だけ変化し
た場合に、前記動作電圧の変化幅が比較的大きくなるよ
うに制御する第５制御手段と、前記動作電圧が、増加方向と減少方向とを繰り返すよう
に設定された回数だけ変化した場合に、前記動作電圧の
変化幅が比較的小さくなるように制御する第６制御手段
と、を有してなることを特徴とする太陽電池の最大電力点追
尾制御装置。
【請求項３】前記第５制御手段は、前記第３制御手段が、前記動作電圧を変化させるように
制御を行ったときに、その変化方向に応じて加算又は減
算のカウントが行われる第１カウンタを有し、前記第１カウンタが設定されたカウント値に達したとき
に、前記動作電圧の変化幅が比較的大きくなるように制
御し、前記第６制御手段は、前記第４制御手段が、前記動作電圧を変化させるように
制御を行ったときに、カウントが行われる第２カウンタ
を有し、前記第２カウンタが設定されたカウント値に達したとき
に、前記動作電圧の変化幅が比較的小さくなるように制
御するように構成されてなる、請求項２記載の太陽電池の最大電力点追尾制御装置。
【請求項４】前記第３制御手段及び前記第４制御手段
は、前記旧出力電力と今回に計測した出力電力とを比較した
ときに、その比較結果に応じて加算又は減算のカウント
が行われる第３カウンタ又は第４カウンタを有し、前記第３カウンタ又は前記第４カウンタが設定されたカ
ウント値に達したときに、前記動作電圧を変化させるた
めの制御を行うように構成されてなる、請求項２又は請求項３記載の太陽電池の最大電力点追尾
制御装置。