JP4917847B2 - 太陽電池モジュール、太陽光発電システムおよび太陽光発電システムの駆動方法 - Google Patents
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Description
結晶シリコン太陽電池の電圧−電流特性は、想定される気象条件下の最低温度かつ最大日射時の特性における最大電力が、その太陽電池の最大出力電力である。したがって、この最大電力を越える電力は得られない。
(1)「 太陽電池パネル、および電力変換器と制御回路とからなる電力変換ユニットを有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・、
または、
V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<an の関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bn の関係を有する正の値)
のときは、
電流値Iに対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換器を制御し、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・、
かつ、V≦anI+bn
のときは、
V×Iが最大となるように、第2制御モードにより電力変換器を制御するプログラムを不揮発性メモリに備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。」
前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・、
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値Iに対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換器を制御し、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・、
かつ、V≦anI+bn
のときは、
V×Iが最大となるように、山登り法による電力変換器を制御するプログラムを不揮発性メモリに備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。」
(3)「 太陽電池パネル、および電力変換器と制御回路とからなる電力変換ユニットを有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・、
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値Iに対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換器を制御し、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・、
かつ、V≦anI+bn
のときは、
V×Iが最大となるように、増分コンダクタンス法による電力変換器を制御するプログラムを不揮発性メモリに備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。」
(4)「a1,a2,・・・,anの係数セット、および/またはb1,b2,・・・,bnの係数セットを複数備え、太陽電池パネルの種類または設置環境に応じて前記係数セットを変更することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の太陽電池モジュール。」
電力変換ユニットと太陽電池パネルとを工場にて一体に構成しておくこともできる。また、電力変換ユニットと太陽電池パネルとを別体に構成しておき、施工現場でこれらを一体化して太陽電池モジュールを作製することもできる。何れの場合にも、電力変換ユニットの制御回路の不揮発性メモリには、太陽電池パネルの特性に対応して電力変換器を制御するためのプログラムが格納される。
V=akI+bk (k=1,2,・・・,nの何れか)
における当該電圧値Vを目標値として制御することができる(後述する図3(A)参照)。
(5)「 (1)〜(4)のいずれかに記載の太陽電池モジュールが複数組み合わされたことを特徴とする太陽光発電システム。」
上述した太陽電池モジュールでは、電力変換ユニットがDC/DC変換を行う場合もあるし、DC/AC変換を行う場合もある。
本発明の太陽光発電システムにより負荷(たとえば、家庭電気機器等)に電力を供給する技術は周知であり、たとえば負荷に電力をDCで供給する場合もあるしACで供給する場合もある。また、言うまでもないが、本発明の太陽光発電システムには、既存システムにおける技術(二次電池等を用いた蓄電技術や、送配電系統との連繋技術)を適用することができる。
(6)「 電力変換ユニットをそれぞれに有する太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムの駆動方法であって、
前記制御回路は、前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値I に対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換を行い、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・
かつ、V≦anI+bn
であるときは、
V×Iが最大となるように、第2制御モードにより電力変換を行うことを特徴とする太陽光発電システムの駆動方法。」
(8)前記第2制御モードが増分コンダクタンス法であることを特徴とする、(6)に記載の太陽光発電システムの駆動方法。
(9)a1,a2,・・・,anの係数セット、および/またはb1,b2,・・・,bnの係数セットを複数備え、太陽電池パネルの種類または設置環境に応じて前記係数セットを変更することを特徴とする(6)〜(8)のいずれかに記載の太陽光発電システムの駆動方法。」
V=akI+bk (k=1,2,・・・,nの何れか)
における当該電圧値Vを目標値として制御することで、最大電力点が必ずしも一直線上にのらなくても、最大電力点への到達を効率よく行うことを可能とすることができる。
なお、DC/ACコンバータ121の出力をDCとすることもでき、この場合にはDC/ACコンバータ121に代えて、DC/DCコンバータが使用される。
dI/dV<−I/V
離散値で表現したときは、
(Im−Im-1)/(Vm−Vm-1)<−Im/Vm
Im,Vm:今回のサンプリングにおける電流、電圧の値
Im-1,Vm-1:前回のサンプリングにおける電流、電圧の値
であり(mは、サンプリング回数を示す添え字)、かつ、DC/ACコンバータ121の出力電圧Vと出力電流I(太陽電池パネル11の出力電圧Vと出力電流I)との関係が、
V>a1I+b1
または、V>a2I+b2
a1,a2:a1<a2の関係を有する正の係数
b1,b2:b1>b2の関係を有する正の値
のときは、第1制御モードでDC/ACコンバータ121を制御するプログラム(ROM1221内に格納されている)を実行する。第1制御モードにおける制御の具体例は後述する。
V≦a1I+b1
かつ、V≦a2I+b2
となったときは、第2制御モード、すなわち、たとえばいわゆる山登り法やいわゆる増分コンダクタンス法等の公知の制御を行う。第2制御モードにおける制御の具体例についても後述する。
(Im−Im-1)/(Vm−Vm-1)≧−Im/Vm
となるときは、上述した、「V≦a1I+b1、かつV≦a2I+b2」の条件の如何によらず、第2制御モードにより制御することができる。
図2(A)に電圧−電流特性が照度Gに依存して遷移する様子を示し、図2(B)に電圧−電流特性が温度Tに依存して遷移する様子を示す。
本実施形態では、V=a1I+b1で示される直線の右側、またはV=a2I+b2で示される直線の右側が第1制御モード領域Aである。
ROM1221に、a1,a2の組、またはb1,b2の組の少なくとも一方を変更する手段を電力変換ユニット12に備えておき、必要に応じてこのパラメータを変更するようにしてもよい。
V=akI+bk (k=1,2の何れか)
における電圧値Vを目標値として制御する例を示している。制御回路122は、図3(A)のa点においては、V=a2I+b2の直線上の点(同一電流値Iaでの電圧値Va)を目標値として制御する。また、制御回路122は、図3(A)のb点,c点においては、V=a1I+b1の直線上の点(電流値Ibでの電圧値Vb,電流値Icでの電圧値Vc)を目標値として制御する。
したがって、図3(A)の斜線領域では、2つの直線式V=a1I+b1,V=a2I+b2から第1制御モードで制御する領域を特定できる。なお、太陽電池特性によっては、図3(A)の2つの直線式V=a1I+b1,V=a2I+b2の何れかの右側にdP=0の点が存在してしまう場合もありうる。このような場合には、制御回路122は、第2制御モードでの制御を行う。
図5での処理および判断は、制御回路122が行っている。まず、明け方等において、太陽電池パネル11が発電を開始する、制御回路122は、太陽電池パネル11の端子電圧が所定電圧まで上昇するのを待って(S101)、DC/ACコンバータ121を駆動する。
制御回路122は、DC/ACコンバータ121の電圧Vと電流I(太陽電池パネルの出力電圧Vと出力電流I)との関係が、
V>a1I+b1
または、V>a2I+b2
となっているかを判断する(S103)。
すでに述べたように、a1, a2は、a1< a2の関係を有する各太陽電池パネルごとに決定される正の係数であり、b1,b2は、各太陽電池パネルごとに決定される正の電圧値である。
制御回路122は、S103において、V≦a1I+b1かつV≦a2I+b2となっていないとき(S103の「NO」)は、第1制御モードでDC/ACコンバータ121を制御し(S102)、V≦a1I+b1かつV≦a2I+b2となったとき(S103の「YES」)は第2制御モードでDC/ACコンバータ121を制御する(S104)。
なお、本実施形態においても、a1, a2の組、またはb1,b2の組の少なくとも一方を変更するにしてもよい。
dI/dV<−(I/V)
であるか否かを判断し、
dI/dV<−(I/V)
であり、かつ、
V>a1I+b1
または、V>a2I+b2
であるときに第1制御モードにおける制御を行うようにしてもよい。
また、上記の条件を満たさないとき、具体的には、
dI/dV≧−I/V
であり、または、
V≦a1I+b1
かつ、V≦a2I+b2
のときに第2制御モードでの制御を行うようにしてもよい。
本発明では、上述したように第1制御モードと第2制御モードとを使い分けて最大電力到達時間を早めている。本発明による第1制御モードと第2制御モードとを使い分けた制御では、第2制御モードのみにより制御した場合(たとえば、全ての領域を増分コンダクタンス法により制御した場合)における最大電力到達時間を、20〜50%短縮することができる。
また、第1制御モードをさらに複数のサブ制御モードに分け、電圧値に応じて、目標値の設定手法を異ならせた制御を行うようにもできる。
2 太陽光発電システム
11 太陽電池パネル
12 電力変換ユニット
21 電力変換装置
121 DC/ACコンバータ
122 制御回路
123 ドライブ回路
124 出力側電流・電圧検出回路
125 入力側電流・電圧検出回路
1221 ROM
Claims (9)
- 太陽電池パネル、および電力変換器と制御回路とからなる電力変換ユニットを有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・、
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値Iに対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換器を制御し、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・、
かつ、V≦anI+bn
のときは、
V×Iが最大となるように、第2制御モードにより電力変換器を制御するプログラムを不揮発性メモリに備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 太陽電池パネル、および電力変換器と制御回路とからなる電力変換ユニットを有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・、
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値Iに対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換器を制御し、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・、
かつ、V≦anI+bn
のときは、
V×Iが最大となるように、山登り法による電力変換器を制御するプログラムを不揮発性メモリに備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 太陽電池パネル、および電力変換器と制御回路とからなる電力変換ユニットを有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1、
V>a2I+b2、
・・・・、
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値Iに対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換器を制御し、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1、
V≦a2I+b2、
・・・・、
かつ、V≦anI+bn
のときは、
V×Iが最大となるように、増分コンダクタンス法による電力変換器を制御するプログラムを不揮発性メモリに備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。 - a1,a2,・・・,anの係数セット、および/またはb1,b2,・・・,bnの係数セットを複数備え、太陽電池パネルの種類または設置環境に応じて前記係数セットを変更することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池モジュールが複数組み合わされたことを特徴とする太陽光発電システム。
- 電力変換ユニットをそれぞれに有する太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムの駆動方法であって、
前記制御回路は、前記太陽電池パネルへの照度または該太陽電池パネルの温度の両方もしくは一方が変化したときに前記太陽電池パネルが有する電圧−電流特性曲線上の最大電力となる点の軌跡に対して、この軌跡に沿う領域を区別する直線を前記電圧−電流特性曲線上の前記軌跡よりも高電圧側に設定し、前記電圧−電流特性曲線における前記区別する直線の低電圧側の領域において、前記太陽電池パネルの電圧と電流とを制御する最大電力点追従方式の制御を備え、
前記区別する直線は前記軌跡に応じて複数設定されており、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V>a1I+b1
V>a2I+b2
・・・・
または、V>anI+bn
(a1,a2,・・・,an:a1<a2<・・・<anの関係を有する正の係数、b1,b2,・・・,bn:b1>b2>・・・>bnの関係を有する正の値)
のときは、
電流値I に対応する電圧値Vが最小となる前記区別する直線である、V=akI+bk(k=1,2、・・・nのいずれか)の直線上の点を目標値とした、第1制御モードにより電力変換を行い、
電流値Iおよび電圧値Vが、
V≦a1I+b1
V≦a2I+b2
・・・・
かつ、V≦anI+bn
であるときは、
V×Iが最大となるように、第2制御モードにより電力変換を行うことを特徴とする太陽光発電システムの駆動方法。 - 前記第2制御モードが山登り法であることを特徴とする、請求項6に記載の太陽光発電システムの駆動方法。
- 前記第2制御モードが増分コンダクタンス法であることを特徴とする、請求項6に記載の太陽光発電システムの駆動方法。
- a1,a2,・・・,anの係数セット、および/またはb1,b2,・・・,bnの係数セットを複数備え、太陽電池パネルの種類または設置環境に応じて前記係数セットを変更することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の太陽光発電システムの駆動方法。
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