JP5862639B2

JP5862639B2 - 太陽電池制御装置

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Publication number: JP5862639B2
Application number: JP2013219573A
Authority: JP
Inventors: 前野　清元; 清元前野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: US10027162B2; US20160261141A1; DE112014004837T5; WO2015059540A1; CN105659180A; JP2015082199A

Description

本発明は、太陽電池制御装置に関する。

従来、直列接続された太陽電池アレイにそれと同数個のモニタ太陽電池を並列接続し、モニタ太陽電池の短絡電流と太陽電池アレイの開放電圧とを検出することによって、太陽電池アレイ全体での最大出力点を算出するという技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６１−２８１３１６号公報

しかしながら、特許文献１の技術においては、モニタ太陽電池の短絡電流と太陽電池アレイの開放電圧とを検出するタイミングに関する記載はない。したがって、移動体に太陽電池モジュールを組付けた場合、最大出力点の算出タイミングが適切に設定できないため、演算処理の増加又は最大出力点の算出タイミングの遅延が生じることがある。

そこで、本発明の一つの案では、移動体に太陽電池モジュールを組付けた場合においても、最大出力点の算出タイミングが適切に設定できる太陽電池制御装置を提供することを目的とする。

一つの案では、移動体に組付けられた太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの最大出力点を算出する制御部と、前記太陽電池モジュールに照射される光量変化を検出する光量検出部と、移動体の速度を検出する速度検出部と、を有し、制御部は、前記光量変化に基づいて前記最大出力点を算出し、移動体の速度に応じて、最大出力点の算出タイミングを制御する太陽電池制御装置が提供される。

一態様によれば、移動体に太陽電池モジュールを組付けた場合においても、最大出力点の算出タイミングが適切に設定できる太陽電池制御装置を提供できる。

太陽電池のＰＶ特性曲線である。山登り法のロジックを示すフローチャートである。太陽電池の一部分が陰となった場合のＰＶ特性曲線の一例を示す図である。第１実施形態に係る太陽電池制御装置の概略図である。太陽電池に照射される照度と短絡電流との関係の一例を示す図である。太陽電池のＩＶ特性曲線と負荷直線の一例を示す図である。太陽電池に照射される照度と開放電圧との関係の一例を示す図である。太陽電池の温度と開放電圧との関係の一例を示す図である。太陽電池クラスタの一部分が陰となった場合のＩＶ特性曲線の一例を示す図である。第１実施形態に係る最大出力点の算出方法を示すＩＶ特性曲線である。第１実施形態に係る最大出力点の算出方法の一例を示すフローチャートである。第１実施形態に係る最大出力点の算出方法の他の例を示すフローチャートである。第１実施形態に係る最大出力点の算出タイミングを示す図である。第２実施形態に係る太陽電池制御装置の概略図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

図１は、太陽電池の動作電圧Ｖと出力Ｐとの関係を示すＰＶ特性曲線である。図２は、山登り法のロジックを示すフローチャートである。

太陽電池の出力Ｐは、動作電圧Ｖによって変化し、そのＰＶ特性曲線は、図１に示すように極大点を持つ。図１におけるＰＶ特性曲線の極大点は、出力Ｐが最大となる最大出力点（ＭＰＰ：Maximum Power Point）である。ＭＰＰ電力Ｐ_ｍは、ＭＰＰでの動作電圧である最大出力動作電圧Ｖ_ＰｍとＭＰＰでの動作電流である最大出力動作電流Ｉ_Ｐｍとを乗算して算出される。

ＰＶ特性曲線は、太陽の日射量及び温度の変動に応じて変化するため、最大出力動作電圧Ｖ_Ｐｍ及び最大出力動作電流Ｉ_Ｐｍもそれに応じて変化する。

太陽電池の出力Ｐを最大限に利用するためには、太陽電池をＭＰＰで動作させればよい。しかしながら、ＭＰＰは日射量や温度に応じて常に変動するので、ＭＰＰを追従する最大出力追従（ＭＰＰＴ：Maximum Power Point Tracking）制御が必要となる。ＭＰＰＴ制御においては、図２のフローチャートに示すように、太陽電池の出力Ｐを所定の時間間隔Δｔで計測し、出力Ｐが増大するように動作電圧Ｖを制御する。

以下、図１及び図２を参照しながら、ＭＰＰＴ制御の一例として、山登り法について説明する。

図１のＰＶ特性曲線において、山登り法の制御開始時点の動作電圧Ｖ、出力Ｐの状態がＶ＝Ｖ_０、Ｐ＝Ｐ_０であったとする。

先ず、動作電圧ＶをΔＶだけ増加させ、Ｖ_１（＝Ｖ_０＋ΔＶ）とし、Ｐ_１を算出する。

Ｐ_０とＰ_１とを比較し、Ｐ_０よりもＰ_１の方が大きいため、ΔＶの符号は変更せずに、動作電圧ＶをΔＶだけ増加させ、Ｖ_２（＝Ｖ_１＋ΔＶ）とし、Ｐ_２を算出する。

Ｐ_１とＰ_２とを比較し、Ｐ_１よりもＰ_２の方が大きいため、ΔＶの符号は変更せずに、再度、動作電圧ＶをΔＶだけ増加させ、Ｖ_３（＝Ｖ_２＋ΔＶ）とし、Ｐ_３を算出する。

このとき、Ｐ_２とＰ_３とを比較すると、Ｐ_２よりもＰ_３の方が小さいため、ΔＶの符号を反転し、動作電圧ＶをΔＶだけ減少させ、Ｖ_２（＝Ｖ_３−ΔＶ）とし、Ｐ_２を算出する。

以下、太陽の日射量及び温度の変動等によって、ＰＶ特性曲線の変化が起きるまでの間、動作電圧Ｖは、Ｖ_１、Ｖ_３に到達するたびにΔＶの符号が反転し、Ｖ_１とＶ_３との間を行き来する。

以上のように、動作電圧Ｖの制御を所定の時間間隔Δｔで行うことで、太陽電池のＭＰＰを追従することが可能である。なお、この一連の動作は、例えば、インバータに設けられた電圧変換器のデューティ比を可変すること等により実現される。

しかしながら、上述のＭＰＰＴ制御では、アナログ回路によって所定の時間間隔Δｔで出力Ｐを計測し、演算を行うため、ＭＰＰ算出に要する時間は数秒程度となる。また、太陽電池の一部が陰になった場合には、太陽電池の一部が陰になる前と比較して、ＭＰＰの電圧が大きく変動するため、ＭＰＰ算出に要する時間は更に長くなる、又は、ＭＰＰ算出ができなくなることがある。

更には、上述のＭＰＰＴ制御では、動作電圧Ｖが常に所定の時間間隔Δｔで変化し、この変化に応じて出力Ｐも常に変動する。特に、ＭＰＰの近辺においては、動作電圧Ｖの変化によって出力Ｐは常に減少するので、その減少分が電力の損失となる。

また、動作電圧Ｖの変化幅であるΔＶの大きさは、動作電圧Ｖの大きさに関わらず常に一定であるため、ＭＰＰの近辺においてはΔＶの変化による出力Ｐの変化が大きい。このため、ＭＰＰの近辺における電力の損失が顕著となり、電力の損失は、太陽電池の利用効率を低下させる一因となる。

なお、ΔＶを小さくすると、インバータの起動からＭＰＰに達するまでの時間が長くなり、その間における太陽電池の利用効率が低下する。更に、ＭＰＰＴ制御では、動作電圧Ｖが常に変化しており、動作電圧Ｖの変化がインバータの制御安定性を乱す原因となる。したがって、インバータの制御安定性を維持するためには、動作電圧Ｖの制御を行う所定の時間間隔Δｔ、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。

太陽電池モジュールを住宅用やメガソーラー用等として取り付ける場合は、日射量の変動が数秒〜数分程度であるため、上述の山登り法によるＭＰＰＴ制御を用いることにより、太陽電池モジュールのＭＰＰは、日射量の変動に追従する。

しかしながら、太陽電池モジュールを移動体に組付ける場合には、日射量の変動、例えば、陰による影響や移動体が走行する凸凹面による影響等は、数ｍｓ以下となることがある。したがって、太陽電池モジュールを移動体に組付ける場合には、上述した山登り法によるＭＰＰＴ制御を用いると、太陽電池モジュールのＭＰＰは、日射量の変動に追従することが困難である。

また、太陽電池モジュールに部分的な陰が発生し、図３に示すように、ＰＶ特性曲線に極大点が２つ生じた場合には、太陽電池モジュールの動作点は、ＭＰＰに到達できない場合がある。

そこで、以下に説明する実施形態では、移動体に太陽電池モジュールを組付けた場合においても、ＭＰＰの算出タイミングが適切に設定できる太陽電池制御装置１を提案する。

＜第１実施形態＞
（太陽電池制御装置１の構成）
先ず、本発明の第１実施形態に係る太陽電池制御装置１の構成について、図４を参照しながら説明する。

図４に示すように、第１実施形態に係る太陽電池制御装置１は、太陽電池クラスタ１０、光量検出部１１、速度検出部１２、温度検出部（不図示）、制御部１３及び記憶部１４を有する。

太陽電池クラスタ１０は、複数の太陽電池セル１０１が電気的に直列接続されることにより構成されている。また、太陽電池クラスタ１０には、直列接続された太陽電池セル１０１と並列にバイパスダイオード１０２が結線されている。更に、太陽電池クラスタ１０は、複数が直列接続されることにより太陽電池モジュール２を構成し、移動体に組付けられている。

バイパスダイオード１０２は、部分的な日陰又は太陽電池クラスタ１０内のトラブルによって発生する太陽電池モジュール２全体の出力低下、発熱又は焼損の防止のために設けられる、主回路の一部をバイパスする素子である。太陽電池モジュール２は、不図示の電圧変換器に接続されて、負荷等に電力を供給する。

光量検出部１１は、太陽電池クラスタ１０に並列接続されており、シャント抵抗１１１と電圧計１１２を有する電流検出部１１３及びスイッチング素子１１４から構成されている。光量検出部１１は、スイッチング素子１１４をＯＮ状態にすることにより、電流検出部１１３により太陽電池クラスタ１０の短絡電流を計測し、太陽電池クラスタ１０に照射される光量変化を算出することができる。

なお、スイッチング素子１１４のＯＮ、ＯＦＦの制御は、後述する制御部１３により行われる。

速度検出部１２は、移動体の速度を検出するものであり、特に限定されない。例えば、移動体の車輪の角速度から速度を検出する速度計や、ＧＰＳから取得する信号を利用して速度を検出する速度計等を用いることができる。

温度検出部は、太陽電池セル１０１の温度を検出するものであり、特に限定されることはなく、例えば、熱電対等を用いることができる。

制御部１３は、例えば、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）等によって構成されており、光量検出部１１により検出される光量変化及び温度検出部により検出される太陽電池セル１０１の温度Ｔ_ｃｅｌｌに基づいて、太陽電池クラスタ１０のＭＰＰを算出する。また、制御部１３は、速度検出部１２により検出される移動体の速度に合わせて、ＭＰＰの算出タイミングを制御する。

記憶部１４は、光量検出部１１により検出される光量変化及び制御部１３により算出される演算値を記憶する。また、記憶部１４には、太陽電池セル１０１の開放電圧Ｖ_ｏｃが太陽電池セルの温度Ｔ_ｃｅｌｌの関数として予め記憶されている。記憶部１４は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク又は光学ディスク等を用いてＲＡＭ、ＲＯＭとして実現されうる。

以下、制御部１３の動作について詳細に説明する。

（ＭＰＰの算出方法）
先ず、制御部１３によるＭＰＰの算出方法について、図５〜１２を参照しながら説明する。

図５は、太陽電池に照射される照度と短絡電流との関係の一例を示す図である。図６は、太陽電池のＩＶ特性曲線と負荷直線の一例を示す図である。図６中の（Ａ）〜（Ｃ）は、日射量を変化させたときの太陽電池のＩＶ特性曲線を示し、（ａ）〜（ｇ）は、太陽電池に並列に接続される負荷を変化させたときの負荷直線を示す。

図５に示すように、太陽電池の短絡電流Ｉ_ｓｃは、太陽電池に照射される光量（日射量又は照度）に比例する。また、図６に示すように、日射量が大きい場合には、ＩＶ特性曲線（Ａ）に示すように短絡電流Ｉ_ｓｃは大きくなり、日射量が小さい場合には、ＩＶ特性曲線（Ｃ）に示すように短絡電流Ｉ_ｓｃは小さくなる。

負荷直線は、太陽電池に接続されるシャント抵抗１１１を変化させることにより、傾きが変化する。例えば、シャント抵抗１１１が小さい場合には、負荷直線（ａ）に示すように傾きが大きくなり、シャント抵抗１１１が大きい場合には、負荷直線（ｇ）に示すように傾きが小さくなる。

また、太陽電池のＩＶ特性曲線が（Ａ）で示される場合に、負荷直線が（ａ）〜（ｄ）に示される直線となるようにシャント抵抗１１１を選択すると、ＩＶ特性曲線（Ａ）と負荷直線（ａ）〜（ｄ）との交点における電流値はほとんど同じである。また、ＩＶ特性曲線が（Ａ）〜（Ｃ）と変動した場合であっても、同様のことが言える。

すなわち、負荷直線（ａ）〜（ｄ）で示される直線となるようにシャント抵抗１１１を選択することにより、日射量が変動した場合であっても、太陽電池の短絡電流Ｉ_ｓｃを凡そ推定することができる。

なお、シャント抵抗１１１は、シャント抵抗１１１での発熱等による電力ロスを低減するために、できるだけ抵抗値が小さいほうが好ましい。但し、抵抗値の小さいシャント抵抗１１１を選択すると、システムノイズ等の影響を受けることがあるため、使用するシステムに応じて、当業者はシャント抵抗１１１を適宜選択することができる。

太陽電池の開放電圧Ｖ_ｏｃは、太陽電池の種類、太陽電池に照射される照度及び太陽電池の温度Ｔ_ｃｅｌｌによって決定される。

図７は、太陽電池に照射される照度と開放電圧Ｖ_ｏｃとの関係の一例を示す図である。図８は、太陽電池の温度Ｔ_ｃｅｌｌと開放電圧Ｖ_ｏｃとの関係の一例を示す図である。

図７に示すように、太陽電池の開放電圧Ｖ_ｏｃは、太陽電池に照射される照度が大きいほど大きくなる。例えば、太陽電池の開放電圧Ｖ_ｏｃは、太陽電池に照射される照度が、１０００Ｗ／ｍ^２（好天時）の場合には、１つの太陽電池セルあたり０．８Ｖを示し、８Ｗ／ｍ^２（日の出時）の場合には、１つの太陽電池セルあたり０．６Ｖを示す。

また、図８に示すように、太陽電池の開放電圧Ｖ_ｏｃは、太陽電池の温度Ｔ_ｃｅｌｌが大きいほど、小さくなる。例えば、太陽電池の開放電圧Ｖ_ｏｃは、太陽電池の温度Ｔ_ｃｅｌｌが７５℃となる場合は、０．６５Ｖを示し、太陽電池の温度Ｔ_ｃｅｌｌが２５℃の場合は、０．７３Ｖを示す。

なお、図７及び図８の特性図は、太陽電池としてシリコン太陽電池を用いた場合の一例であり、使用する太陽電池の種類によって、その関係は異なる。したがって、使用する太陽電池の種類毎に、太陽電池の仕様書を参照する、又は、太陽電池を用いて実測する等、太陽電池に照射される照度又は太陽電池の温度Ｔ_ｃｅｌｌと開放電圧Ｖ_ｏｃとの関係を、予め記憶部１４に記憶させておくのが好ましい。

また、太陽電池の短絡電流Ｉ_ｓｃと最大出力動作電流Ｉ_Ｐｍとの間には、以下の関係が成立する。
Ｉ_Ｐｍ＝ｋ_１×Ｉ_ｓｃ、ｋ_１＝ｃｏｎｓｔ．…（Ｘ）
更に、太陽電池の開放電圧Ｖ_ｏｃと最大出力動作電圧Ｖ_Ｐｍとの間には、以下の関係が成立する。
Ｖ_Ｐｍ＝ｋ_２×Ｖ_ｏｃ、ｋ_２＝ｃｏｎｓｔ．…（Ｙ）
ここで、ｋ_１、ｋ_２は定数であり、太陽電池の種類により決定されうる。

図９は、直列接続された３つの太陽電池クラスタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおいて、その一部分が陰になった場合のＩＶ特性曲線の一例を示す図である。図９においては、太陽電池クラスタ１０ｃ内の太陽電池セル１０１の一部分が陰になっているため、日射量が小さい。また、図９に示すように、太陽電池クラスタ１０ごとの日射条件の違いは、太陽電池クラスタ１０のＩＶ特性曲線の重ね合わせにより判断することができる。

図１０及び図１１は、各々、第１実施形態に係るＭＰＰの算出方法を示すＩＶ特性曲線及びフローチャートである。図１０及び図１１を用いて、第１実施形態に係る太陽電池制御装置１におけるＭＰＰの算出方法を具体的に説明する。

図１１に示すように、制御部１３は、以下のステップ（Ｓ１）〜（Ｓ９）により、太陽電池モジュール２のＭＰＰ電力Ｐ_ｍを算出する。
（Ｓ１）光量検出部１１のスイッチング素子１１４をＯＮにし、電圧計１１２によりシャント抵抗１１１に印加される電圧Ｖ_ｓｈを計測する。
（Ｓ２）電圧Ｖ_ｓｈと予め記憶部１４に記憶されているシャント抵抗値Ｒ_ｓｈからシャント抵抗１１１を流れる電流を算出し、太陽電池クラスタ１０ａの短絡電流Ｉ_{ｓｃ１０ａ}を推定する。
（Ｓ３）温度検出部により、太陽電池セル１０１の温度Ｔ_ｃｅｌｌを計測する。
（Ｓ４）短絡電流Ｉ_{ｓｃ１０ａ}、温度Ｔ_ｃｅｌｌ及び予め記憶部１４に記憶されている太陽電池の種類に応じて、温度Ｔ_ｃｅｌｌにおける太陽電池セル１０１の開放電圧Ｖ_ｏｃを算出する。
（Ｓ５）太陽電池セル１０１の開放電圧Ｖ_ｏｃに、太陽電池クラスタ１０ａを構成する直列接続された太陽電池セル１０１の数量Ｎを乗算することにより、太陽電池クラスタ１０ａの開放電圧Ｖ_ｏｃ１０を算出する。
（Ｓ６）短絡電流Ｉ_{ｓｃ１０ａ}と開放電圧Ｖ_ｏｃ１０とを乗算することにより、太陽電池クラスタ１０ａにおける最大出力点候補Ｉ_{ｓｃ１０ａ}×Ｖ_ｏｃ１０を算出する。
（Ｓ７）太陽電池クラスタ１０ｂ、１０ｃに対しても、（Ｓ１）から（Ｓ６）と同様のステップを行うことにより、最大出力点候補Ｉ_{ｓｃ１０ｂ}×Ｖ_ｏｃ１０及びＩ_{ｓｃ１０ｃ}×Ｖ_ｏｃ１０を算出する。
（Ｓ８）３つの太陽電池クラスタ１０ａ、１０ｂ及び１０ｃにおける最大出力点候補Ｉ_{ｓｃ１０ａ}×Ｖ_ｏｃ１０、Ｉ_{ｓｃ１０ｂ}×Ｖ_ｏｃ１０及びＩ_{ｓｃ１０ｃ}×Ｖ_ｏｃ１０の値を比較し、最も大きい最大出力点候補を算出する。
（Ｓ９）最も大きい最大出力点候補に対して、予め記憶部１４に記憶されている式（Ｘ）及び（Ｙ）を適用し、太陽電池モジュール２のＩ_Ｐｍ及びＶ_Ｐｍを算出し、Ｉ_ＰｍとＶ_Ｐｍとを乗算することにより、太陽電池モジュール２のＭＰＰ電力Ｐ_ｍを決定する。

第１実施形態に係る太陽電池制御装置１においては、制御部１３が上述のＭＰＰの算出方法を後述する所定の算出タイミングで繰り返し行うことにより、太陽電池のＭＰＰを追従することが可能である。

以上のように、第１実施形態においては、太陽電池クラスタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの各々について、最大出力点候補を算出し、最も大きい最大出力点候補について、式（Ｘ）及び（Ｙ）を用いて、太陽電池モジュール２のＰ_ｍを算出した。しかしながら、上述のＭＰＰの算出方法は一例であり、これに限定されることはない。

例えば、図１２に示すように、制御部１３は、以下のステップ（Ｓ１´）〜（Ｓ１０´）により、太陽電池モジュール２のＭＰＰ電力Ｐ_ｍを算出しても良い。
（Ｓ１´）光量検出部１１のスイッチング素子１１４をＯＮにし、電圧計１１２によりシャント抵抗１１１に印加される電圧Ｖ_ｓｈを計測する。
（Ｓ２´）電圧Ｖ_ｓｈと予め記憶部１４に記憶されているシャント抵抗値Ｒ_ｓｈからシャント抵抗１１１を流れる電流を算出し、太陽電池クラスタ１０ａの短絡電流Ｉ_{ｓｃ１０ａ}を推定する。
（Ｓ３´）温度検出部により、太陽電池セル１０１の温度Ｔ_ｃｅｌｌを計測する。
（Ｓ４´）短絡電流Ｉ_{ｓｃ１０ａ}、温度Ｔ_ｃｅｌｌ及び予め記憶部１４に記憶されている太陽電池の種類に応じて、温度Ｔ_ｃｅｌｌにおける太陽電池セル１０１の開放電圧Ｖ_ｏｃを算出する。
（Ｓ５´）太陽電池セル１０１の開放電圧Ｖ_ｏｃに、太陽電池クラスタ１０ａを構成する直列接続された太陽電池セル１０１の数量Ｎを乗算することにより、太陽電池クラスタ１０ａの開放電圧Ｖ_ｏｃ１０を算出する。
（Ｓ６´）開放電圧Ｖ_ｏｃ１０に対して、予め記憶部１４に記憶されている式（Ｙ）を適用し、太陽電池クラスタ１０ａにおける最大出力動作電圧Ｖ_Ｐｍ１０を算出する。
（Ｓ７´）短絡電流Ｉ_{ｓｃ１０ａ}に対して、予め記憶部１４に記憶されている式（Ｘ）を適用し、最大出力動作電流Ｉ_{Ｐｍ１０ａ}を算出する。
（Ｓ８´）最大出力動作電流Ｉ_{Ｐｍ１０ａ}と最大出力動作電圧Ｖ_Ｐｍ１０とを乗算することにより、太陽電池クラスタ１０ａの最大出力Ｐ_ｍ１０ａを算出する。
（Ｓ９´）太陽電池クラスタ１０ｂ、１０ｃに対しても、（Ｓ１´）から（Ｓ８´）と同様のステップを行うことにより、Ｐ_ｍ１０ｂ及びＰ_ｍ１０ｃを算出する。
（Ｓ１０´）Ｐ_ｍ１０ａ、Ｐ_ｍ１０ｂ及びＰ_ｍ１０ｃの値を比較し、最も大きい最大出力を選択することで、太陽電池モジュール２のＭＰＰ電力Ｐ_ｍを決定する。

（ＭＰＰの算出タイミング）
次に、制御部１３によるＭＰＰの算出タイミングの制御について説明する。

表１に、陰の代表例と移動体の速度ごとの陰の通過時間を示す。

表１に示すように、移動体に組付けられた太陽電池モジュール２を日射から遮る遮光物は、例えば、電線、電柱支持ワイヤー、道路標識、電柱、歩道橋、普通の木、大きな木、大型トラック、家、ビル、高速道路防音壁、トンネル等のように複数存在する。また、各々の遮光物は、小さなものから大きなものまで、サイズは多様である。

例えば、遮光物が電線や電柱支持ワイヤーの場合は、そのサイズが０．０１ｍと小さいため、太陽電池セル１０１、太陽電池クラスタ１０及び太陽電池モジュール２の出力特性は、遮光物の陰によって影響を受けることはほとんどない（表１の「−」で示す）。

一方、遮光物が歩道橋の場合には、そのサイズが３ｍと大きいため、太陽電池セル１０１、太陽電池クラスタ１０及び太陽電池モジュール２の出力特性は、遮光物の陰の影響を受ける（表１の「○」で示す）。

太陽電池モジュール２が日射から遮られる（陰となる）時間は、例えば、８０ｋｍ／ｈで走行する移動体が歩道橋（サイズ：３ｍ）を通過する場合、０．１３５ｓである。すなわち、移動体に組付けられた太陽電池モジュール２は、０．１３５ｓの間、歩道橋により遮光されるため、太陽電池モジュール２のＭＰＰは、遮光される前のＭＰＰとは異なる点となる。

そこで、ＭＰＰＴ制御により太陽電池モジュール２の動作点を移動させることにより、太陽電池モジュール２は、ＭＰＰで動作する。しかしながら、上述した山登り法等のＭＰＰＴ制御では、アナログ回路によって所定の時間間隔Δｔで出力Ｐを計測し、演算を行うため、太陽電池モジュール２をミリ秒オーダーでＭＰＰに追従させることは困難である。

一方、第１実施形態に係る太陽電池制御装置１は、太陽電池クラスタ１０ごとにスイッチング素子１１４を制御し、Ｉ_ｓｃを検出する構成であることから、ミリ秒オーダーであっても太陽電池モジュール２をＭＰＰに追従させることができる。

例えば、図１３に示すように、クロック周波数が２５ＭＨｚのマイコン（１ステートが４０ｎｓ）を使用した場合には、１つの太陽電池クラスタ１０におけるＡＤ変換に要する時間は１０μｓ程度であった。また、各クラスタで算出したＰ_ｍを比較して最大値を判定する際に要する時間は１０μｓ程度であった。また、ＭＰＰ算出する前の動作点から新しく算出したＭＰＰに収束させるために要する時間は１ｍｓ程度であった。

ＭＰＰの算出タイミングは、常に一定の時間である必要はなく、移動体の速度に応じて、表１に示す陰の通過時間を考慮して決定することができる。すなわち、移動体の速度が大きいときには、ＭＰＰの算出タイミングを速くし、移動体の速度が小さいときには、ＭＰＰの算出タイミングを遅くすることができる。

例えば、８０ｋｍ／ｈで走行する移動体が歩道橋（サイズ：３ｍ）を通過する場合は、表１に示すように、陰の通過時間は０．１３５ｓであることから、ＭＰＰの算出タイミングは、０．１３５ｓ以下に設定すればよい。

また、例えば、移動体の速度が８０ｋｍ／ｈのときに、スイッチング素子１１４のＯＮ、ＯＦＦ周期を１ｍｓ（０．００１ｓ）とすると、表１に示すように、太陽電池モジュール２のＭＰＰは、電線及び電柱支持ワイヤーを除くすべての遮光物に対して追従する。

更に、移動体が停止（０ｋｍ／ｈ）している場合には、移動体が停止している間、スイッチング素子１１４をＯＦＦ状態にしておくことも可能である。これにより、スイッチング素子１１４での発熱等によるスイッチングロスが低減される。

以上に説明したように、第１実施形態に係る太陽電池制御装置１によれば、移動体に太陽電池モジュール２を組付けた場合においても、演算処理を増加させることなく、ＭＰＰの算出タイミングが適切に設定できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る太陽電池制御装置１の構成について、図１４を参照しながら説明する。

第２実施形態に係る太陽電池制御装置１は、光量検出部１１として、日射量感知素子を有する点において、第１実施形態に係る太陽電池制御装置１と異なる。よって、以下では、光量検出部１１を中心に第２実施形態に係る太陽電池制御装置１について説明する。

図１４に示すように、第２実施形態に係る太陽電池制御装置１は、光量検出部１１として、日射量を検出する日射量感知素子（例えば、フォトダイオード１１５）を有している。

フォトダイオード１１５は、太陽電池クラスタ１０ごとに、太陽電池クラスタ１０に対して、移動体の進行方向前方に所定の距離ｌだけ離して配置されており、太陽電池モジュール２に照射される光量変化を検出する。

制御部１３は、フォトダイオード１１５により検出される光量変化に基づいて、移動体の速度に応じた所定のオフセット時間ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}を加えて、太陽電池クラスタ１０の動作電圧Ｖを制御する。

フォトダイオード１１５を設置する距離ｌは、移動体の速度ｖとして考えられる値と演算に必要な処理時間ｔとを用いて設定することができる。

例えば、移動体の速度ｖを０〜２００ｋｍ／ｈとし、制御部１３による演算に必要な処理時間ｔを１０μｓとすると、以下の数式が成り立つ。
０≦ｖ（ｌ／ｔ）≦５５．５［ｍ／ｓ］、ｔ＝１０［μｓ］
よって、
０≦ｌ≦５５．５×１０^−５［ｍ］
すなわち、演算に必要な処理時間ｔが１０μｓ、移動体の速度が０〜２００ｋｍ／ｈの範囲である場合には、太陽電池クラスタ１０とフォトダイオード１１５との距離ｌは、５５．５×１０^−５ｍ以上あれば良く、移動体のサイズと比較して十分小さい。

オフセット時間ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}は、例えば、移動体の速度を１００ｋｍ／ｈ（２２．２ｍ／ｓ）、距離ｌを１０ｃｍ（０．１ｍ）とした場合には、以下のように設定することができる。
ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}＝０．１［ｍ］／２２．２［ｍ／ｓ］＝４．５［ｍｓ］
以上に説明したように、第２実施形態に係る太陽電池制御装置１によれば、移動体に太陽電池モジュール２を組付けた場合においても、演算処理を増加させることなく、ＭＰＰの算出タイミングが適切に設定できる。

特に、第２実施形態では、光量検出部１１にスイッチング素子１１４を設けていないことから、発熱等のスイッチングロスがなく、光量検出部１１の消費電力が低減される。

以上、太陽電池制御装置１を実施形態により説明したが、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

例えば、本発明の実施形態では、光量検出部１１として、シャント抵抗１１１とスイッチング素子１１４とを含む構成やフォトダイオード１１５を用いる構成を用いたが、これに限定されるものではない。光量検出部１１の種類は、光量変化を検出できる構成であれば良く、例えば、太陽電池セルを光量検出部１１として用いることができる。

光量検出部１１として、太陽電池セルを用いる場合には、移動体に組付ける太陽電池モジュール２を構成する太陽電池セルと同一仕様の太陽電池セルが好ましい。

また、移動体に組付けられた太陽電池モジュール２として、３つの太陽電池クラスタ１０が直列に接続された１つの太陽電池モジュール２を用いたが、太陽電池クラスタ１０の数量はこれに限定されるものではない。更には、例えば、太陽電池モジュール２が、複数接続されていても良い。

１太陽電池制御装置
２太陽電池モジュール
１０太陽電池クラスタ
１１光量検出部
１２速度検出部
１３制御部
１１３電流検出部
１１４スイッチング素子
１１５フォトダイオード

Claims

移動体に組付けられた太陽電池モジュールと、
前記太陽電池モジュールの最大出力点を算出する制御部と、
前記太陽電池モジュールに照射される光量変化を検出する光量検出部と、
前記移動体の速度を検出する速度検出部と、
を有し、
前記制御部は、前記光量変化に基づいて前記最大出力点を算出し、前記移動体の速度に応じて、前記最大出力点の算出タイミングを制御する、
太陽電池制御装置。
前記太陽電池モジュールに照射される光量変化を検出する光量検出部を有し、
前記制御部は、前記光量変化に基づいて前記最大出力点を算出する、
請求項１に記載の太陽電池制御装置。
前記光量検出部は、電流検出部とスイッチング素子とを含み、
前記電流検出部により検出される電流に基づいて光量変化が算出される、
請求項２に記載の太陽電池制御装置。
前記光量検出部は、前記太陽電池モジュールに照射される日射量を検出する日射量感知素子を含む、
請求項２に記載の太陽電池制御装置。
前記日射量感知素子は、前記太陽電池モジュールと所定の距離を離して前記太陽電池モジュールよりも前記移動体の進行方向前方に設けられている、
請求項４に記載の太陽電池制御装置。
前記太陽電池モジュールは、複数の太陽電池クラスタを含み、
前記太陽電池クラスタごとに前記光量検出部が設けられた、
請求項２乃至５の何れか一項に記載の太陽電池制御装置。