JP5903341B2 - 発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法 - Google Patents

発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法に関する。
太陽光を光電変換する太陽電池を用いた太陽光発電システムが知られている。太陽電池の発電する電力は直流電力である一方、通常の負荷機器は交流電力を用いて駆動することが通常である。そこで、太陽光発電システムでは、インバータを用いて直流電力を交流電力に変換する。
ところで、太陽電池の日射量および温度に応じて、最大電力を発生させる動作点、すなわち動作電流および／または動作電圧は変動する。それゆえ、太陽電池を有効に活用するためには、その状況における太陽電池の発電電力を最大化させる動作電圧および／または動作電流で、太陽電池を発電させることが求められる。
発電電力を最大化させる動作電圧などを求めるために、太陽電池の動作電圧を周期的に変動させながら太陽電池の発電電力を検出し、最大出力点を追尾する山登り法が、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御の一つとして知られている（特許文献１参照）。
特開２００４−２９５６８８号公報
山登り法においては、動作電圧を変えた状態で発電させ、その発電電力と動作電圧の変動の過程における発電電力の最大値との比較を繰返して、最大出力点が検出される。それゆえ、動作電圧の調整可能範囲全域に亘るように動作電圧を変えると、最大出力点の検出までに時間がかかり、発電効率が低下する。
一方で、山登り法において、動作電圧の変動範囲を狭小化することにより、早期に最大出力点を検出することも可能である。しかし、例えば、ソーラパネルの一部に影が映りこむ場合のように、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係に複数の極大値が生ずることがある。このような場合に、動作電圧の変動範囲を狭小化すると、単一の極大値で太陽電池を発電させることになり、必ずしも太陽電池の発電電力を最大化できるわけではなかった。
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、太陽電池の最大出力点に高速に追尾させる発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法を提供することにある。
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による発電制御装置は、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第１の範囲内で変動させながら太陽電池の実際の発電電力を算出し、第１の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池を発電させる第１のＭＰＰＴ制御を実行する太陽電池制御部と、
前記第１の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、現在の発電電力が最大の発電電力より大きい場合にのみ下限値を更新する一方で、駆動変数を所定の単位変動量で継続的に変動させることで、前記第１の範囲を更新する範囲設定部とを備え、
第１のＭＰＰＴ制御の実行周期は、下限値に依存して変動する
ことを特徴とするものである。
また、当該発電制御装置は、
範囲設定部は、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または定格ＰＶ曲線の近似線に基づいて所定の単位変動量で継続的に動作電圧を下降させるか、または、太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または定格ＰＩ曲線の近似線に基づいて所定の単位変動量で継続的に動作電流を下降させるかのいずれかを実行する
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
範囲設定部により更新される第１の範囲の上限および下限の少なくとも一方は、定格ＰＶ曲線または定格ＰＶ曲線の近似線において最大発電電力を生じさせる動作電圧、他方は定格ＰＩ曲線または定格ＰＩ曲線の近似線において最大発電電力を生じさせる動作電流に相当する
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
定格ＰＶ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電圧をＶ、太陽電池の短絡電流をＩｓｃ、および０より大きく１以下の第１の定数をＣ１とする
Figure 0005903341
 に基づいて定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
第１の範囲は、最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電圧の下限が
Figure 0005903341
 となるように定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
定格ＰＩ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電流をＩ、太陽電池の開放電圧をＶｏｃ、０より大きく１以下の第２の定数をＣ２とする
Figure 0005903341
 に基づいて定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
第１の範囲は、最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電流の下限が
Figure 0005903341
 となるように定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
定格ＰＶ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電圧をＶ、太陽電池の並列抵抗をＲｓｈ、および太陽電池の短絡電流をＩｓｃとする
Figure 0005903341
 に基づいて定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
第１の範囲は、最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電圧の下限が
Figure 0005903341
 となるように定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
定格ＰＩ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電流をＩ、太陽電池の直列抵抗をＲｓ、および太陽電池の開放電圧をＶｏｃとする
Figure 0005903341
 に基づいて定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
第１の範囲は、最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電流の下限が
Figure 0005903341
 となるように定められる
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
第１のＭＰＰＴ制御は、動作電圧が上昇するように駆動変数を変動させる上昇方向のＭＰＰＴ制御、および動作電圧が下降するように駆動変数を変動させる下降方向のＭＰＰＴ制御を有しており、
上昇方向のＭＰＰＴ制御および下降方向のＭＰＰＴ制御の実行周期をそれぞれ独立して有する
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
駆動変数を動作電圧とする場合における、
下降方向のＭＰＰＴ制御の実行周期は、太陽電池の開放電圧に対する第１の範囲に対応する電圧の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定され、
上昇方向のＭＰＰＴ制御の実行周期は、太陽電池の短絡電流に対する第１の範囲に対応する電流の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定される
ことが好ましい。
また、当該発電制御装置は、
太陽電池制御部に、第１の周期で第１のＭＰＰＴ制御を実行させ、第１の周期より短い第２の周期で発電電力が増加する方向に太陽電池の実際の発電電力が最大となるまで変動させる第２のＭＰＰＴ制御を実行させる方法選択部を備える
ことが好ましい。
また、上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による太陽光発電システムは、
太陽電池と、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第１の範囲内で変動させながら太陽電池の実際の発電電力を算出し、第１の範囲内において発電電力を最大化させる駆動変数で太陽電池を発電させる第１のＭＰＰＴ制御を実行する太陽電池制御部と、第１の範囲内における駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または定格ＰＶ曲線の近似線、および太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または定格ＰＩ曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、現在の発電電力が最大の発電電力より大きい場合にのみ下限値を更新する一方で、駆動変数を所定の単位変動量で継続的に変動させることで、第１の範囲を更新する範囲設定部とを備え、
第１のＭＰＰＴ制御の実行周期は、下限値に依存して変動する
ことを特徴とするものである。
また、当該太陽光発電システムは、
範囲設定部は、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または定格ＰＶ曲線の近似線に基づいて所定の単位変動量で継続的に動作電圧を下降させるか、または、太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または定格ＰＩ曲線の近似線に基づいて所定の単位変動量で継続的に動作電流を下降させるかのいずれかを実行する
ことが好ましい。
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
例えば、本発明の第１の観点を方法として実現させた発電制御方法は、
太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として変動させながら太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御方法であって、
駆動変数を所定量だけ変動させる変動ステップと、
変動ステップにおいて変動させた駆動変数で発電させた太陽電池の現在の発電電力を、最大発電電力と比較する比較ステップと、
現在の発電電力が最大発電電力より大きい場合には、該現在の発電電力を最大発電電力に更新する更新ステップと、
最大発電電力と、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または定格ＰＶ曲線の近似線、および太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または定格ＰＩ曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、現在の発電電力が最大発電電力より大きい場合にのみ下限値を更新する一方で、駆動変数を所定の単位変動量で継続的に変動させることで、駆動変数の変動範囲を設定する設定ステップと、
駆動変数が変動範囲により定まる上限または下限に達するまで、変動ステップ、比較ステップ、更新ステップ、および設定ステップを繰返させる繰返しステップと、
駆動変数が上限または下限に達したときの最大発電電力で発電させた駆動変数で、太陽電池に発電させる発電ステップとを備え、
繰返しステップの実行周期は、下限値に依存して変動する
ことを特徴としている。
また、当該発電制御方法は、
設定ステップは、太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または定格ＰＶ曲線の近似線に基づいて所定の単位変動量で継続的に動作電圧を下降させるか、または、太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または定格ＰＩ曲線の近似線に基づいて所定の単位変動量で継続的に動作電流を下降させるかのいずれかを実行する
ことが好ましい。
上記のように構成された本発明に係る発電制御装置、太陽光発電システム、および発電制御方法によれば、太陽電池の最大出力点に高速で追尾させることが可能である。
本発明の第１の実施形態に係る発電制御装置を含む太陽光発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 太陽電池の定格ＰＶ曲線を示すグラフである。 太陽電池の定格ＰＩ曲線を示すグラフである。 太陽電池の定格ＶＩ曲線を示すグラフである。 方法選択部が実行するタイミング管理処理を説明するフローチャートである。 下降方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを説明するフローチャートである。 上昇方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを説明するフローチャートである。 第２のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを説明するフローチャートである。 第１の実施形態において、発電電力を最大化させる動作電圧を確実に検出可能であることを説明するためのグラフである。 第１の実施形態において、様々なＰＶ曲線が定格ＰＶ曲線に内包されることを説明するためのグラフである。 第１の実施形態において、あるＰＶ曲線に対して、変動範囲の下限の決定方法を説明するためのグラフである。 第１の実施形態において、別のＰＶ曲線に対して、変動範囲の下限の決定方法を説明するためのグラフである。 第２の実施形態における、太陽電池の定格ＶＩ曲線の近似直線を示すグラフである。 第２の実施形態における、太陽電池の定格ＰＶ曲線の近似直線を示すグラフである。 第２の実施形態における、太陽電池の定格ＰＩ曲線の近似直線を示すグラフである。 第３の実施形態における、太陽電池の定格ＶＩ曲線の近似直線を示すグラフである。 第３の実施形態における、太陽電池の定格ＰＶ曲線の近似直線を示すグラフである。 第３の実施形態における、太陽電池の定格ＰＩ曲線の近似直線を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施形態に係る発電制御装置を含む太陽光発電システムについて説明する。図１は、本実施形態に係る発電制御装置を含む太陽光発電システムの概略構成を示す機能ブロック図である。図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを表す。また、図１において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御信号または通信される情報の流れを表す。
図１に示すように、太陽光発電システム１０は、負荷機器１１および商用系統１２に接続される。太陽光発電システム１０は交流電力を負荷機器１１に供給する。太陽光発電システム１０から供給される交流電力が負荷機器１１の需要に対して不足する場合に、商用系統１２が不足する交流電力を負荷機器１１に供給する。太陽光発電システム１０から供給される交流電力が負荷機器１１の需要に対して余剰である場合に、余剰の電力を商用系統１２に逆潮流させることにより、売電が行われる。
太陽光発電システム１０は、太陽電池１３および発電制御装置１４を含んで構成される。
太陽電池１３はソーラパネルに入射する光を光電変換して、直流電力を発電する。
発電制御装置１４は太陽電池１３から出力される直流電力を交流電力に変換して、負荷機器１１および商用系統１２に交流電力を供給可能である。また、発電制御装置１４は、太陽電池１３に対してＭＰＰＴ制御を行い、太陽電池１３の発電電力を最大化させる。
発電制御装置１４は、インバータ１５、電流電圧センサ１６、タイマ１７、太陽電池制御部１８、方法選択部１９、および範囲設定部２０を含んで構成される。
インバータ１５は、太陽電池１３が発電した直流電力を交流電力に変換する。電流電圧センサ１６は、太陽電池１３の動作電流および動作電圧を検出する。タイマ１７は現在時刻を測定する。
太陽電池制御部１８は、太陽電池１３を特定の駆動変数で発電させる。駆動変数は、太陽電池１３の動作電圧および動作電流の少なくとも一方であり、本実施形態では方法選択部１９の選択に応じていずれを駆動させるか定める。駆動変数を変動させることにより、太陽電池１３の発電電力が変わる。
また、太陽電池制御部１８は、第１のＭＰＰＴ制御または第２のＭＰＰＴ制御を実行し、太陽電池１３の発電電力を最大化させる。
第１のＭＰＰＴ制御では、太陽電池制御部１８は、下降方向および上昇方向のいずれかの方向に、範囲設定部２０が設定または更新する第１の範囲の下限値または上限値に達するまで、駆動変数を変動させる。太陽電池制御部１８は、駆動変数を変動させる間、太陽電池１３の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部１８は、第１の範囲の下限値または上限値に達したときに、第１の範囲内の変動において発電電力を最大化させた駆動変数で太陽電池１３を発電させる。
第２のＭＰＰＴ制御では、太陽電池制御部１８は、太陽電池１３の発電電力が増加する方向に駆動変数を変動させる。太陽電池制御部１８は、駆動変数を変動させる間、太陽電池１３の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部１８は、太陽電池１３の実際の発電電力が減少に転じるときに駆動変数の変動を停止し、その直前の駆動変数で太陽電池１３を発電させる。
方法選択部１９は、第１のＭＰＰＴ制御および第２のＭＰＰＴ制御のいずれかを、太陽電池制御部１８に実行させる。第１のＭＰＰＴ制御は、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御を含む。なお、方法選択部１９は、下降方向の周期で下降方向のＭＰＰＴ制御を実行させ、上昇方向の周期で上昇方向のＭＰＰＴ制御を実行させ、第２の周期で第２のＭＰＰＴ制御を実行させる。
方法選択部１９は、後に詳細に説明するように、上昇方向の周期および下降方向の周期を、それぞれ前回実行した上昇方向のＭＰＰＴ制御および下降方向のＭＰＰＴ制御においてそれぞれ求めた変数に基づいて、設定する。なお、上昇方向の周期および下降方向の周期の下限は、固定値として予め定められる第２の周期よりも長くなるように、定められる。
範囲設定部２０は、第１のＭＰＰＴ制御を開始するときに、駆動変数を変動させる第１の範囲を定める。また、範囲設定部２０は、第１のＭＰＰＴ制御の実行中に第１の範囲を更新する。
次に、第１のＭＰＰＴ制御、すなわち下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御について詳細に説明する。下降方向のＭＰＰＴ制御においては、動作電圧を駆動変数として下降させる。また、上昇方向のＭＰＰＴ制御においては、動作電流を駆動変数として下降させることにより、動作電圧を上昇させる。
下降方向のＭＰＰＴ制御を開始すると、太陽電池制御部１８は太陽電池１３の現在の発電電力を算出する。太陽電池制御部１８は、算出した発電電力および対応する動作電圧を、最大発電電力および最大動作電圧として記憶する。
範囲設定部２０は、最大発電電力および定格ＰＶ曲線に基づいて、動作電圧を変動させる第１の範囲の下限値を決定する。定格ＰＶ曲線とは、図２に示すように、定格における各動作電圧に対する発電電力の関係を示す曲線である。すなわち、定格ＰＶ曲線とは、各動作電圧における最大発電電力の関係を示す曲線である。範囲設定部２０は、定格ＰＶ曲線上において最大発電電力に対応する２つの動作電圧の中で低い方を第１の範囲の下限値に決定する。
第１の範囲の下限値を決定すると、方法選択部１９は、動作電圧の単位変動量を所定の第１の変動電圧ΔＶ１に定める。太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧から第１の変動電圧ΔＶ１を減じた動作電圧になるように太陽電池１３を発電させる。太陽電池制御部１８は、動作電圧の変動後の太陽電池１３の実際の動作電圧および動作電流に基づいて、太陽電池１３の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部１８は、算出した発電電力を記憶した最大発電電力と比較する。
新たに算出した発電電力が最大発電電力より大きい場合には、太陽電池制御部１８は記憶した最大発電電力を新たに算出した発電電力になるように更新し、対応する最大動作電圧も更新する。最大発電電力を更新した場合には、範囲設定部２０は更新された最大発電電力および定格ＰＶ曲線に基づいて、動作電圧の第１の範囲の下限値を更新する。なお、新たに算出した発電電力が最大発電電力以下である場合には、最大発電電力および動作電圧の第１の範囲の下限値を更新しない。
新たに算出した発電電力と最大発電電力との比較後、太陽電池制御部１８は再び現在の動作電圧から第１の変動電圧ΔＶ１を減じた動作電圧になるように太陽電池１３を発電させる。上述の制御と同様にして、太陽電池制御部１８は、太陽電池１３の実際の発電電力を算出する。さらに、太陽電池制御部１８は、算出した発電電力と記憶した最大発電電力とを比較する。
太陽電池制御部１８は、以後、動作電圧が第１の範囲の下限値に達するまで、動作電圧の変動を繰返す。太陽電池制御部１８は、動作電圧が第１の範囲の下限値に達したときに、動作電圧の変動を停止する。太陽電池制御部１８は、動作電圧の変動の終了時に記憶している最大動作電圧を、現状において太陽電池１３の発電電力を最大化させる動作電圧として検出する。太陽電池制御部１８は、検出した最大動作電圧で、太陽電池１３を発電させる。
さらに、下降方向のＭＰＰＴ制御では、方法選択部１９は、次回の下降方向のＭＰＰＴ制御を実行するまでの下降方向の周期を算出する。下降方向の周期ΔＴｖｄは、太陽電池１３の開放電圧Ｖｏｃ、現在の動作電圧Ｖｐｖ、および第１の範囲の下限値Ｖｎｍｉｎを（１）式に代入して算出される。
Figure 0005903341
（１）式において、Ｔｂａｓｅは予め定められる基本周期であって、第２の周期より長くなるように定められる。Ａは定数である。下降方向のＭＰＰＴ制御の実行後、算出した下降方向の周期の経過時に、方法選択部１９は、下降方向のＭＰＰＴ制御を実行させる。
上昇方向のＭＰＰＴ制御を開始すると、下降方向のＭＰＰＴ制御と同様に、太陽電池制御部１８は太陽電池１３の現在の発電電力を算出する。太陽電池制御部１８は、算出した発電電力および対応する動作電流を、最大発電電力および最大動作電流として記憶する。
範囲設定部２０は、最大発電電力および定格ＰＩ曲線に基づいて、動作電流を変動させる第１の範囲の下限値を決定する。定格ＰＩ曲線とは、図３に示すように、定格における各動作電流に対する発電電力の関係を示す曲線である。なお、図４に示す定格ＩＶ曲線を用いて、図２に示す定格ＰＶ曲線から、定格ＰＩ曲線に変換することが可能である。下降方向のＭＰＰＴ制御と同様に、範囲設定部２０は、定格ＰＩ曲線上において最大発電電力に対応する２つの動作電流の中で低い方を第１の範囲の下限値に決定する。
第１の範囲の下限値を決定すると、方法選択部１９は、サーチ変動における動作電流の単位変動量を所定の第１の変動電流ΔＩ１に定める。太陽電池制御部１８は、現在の動作電流から第１の変動電流ΔＩ１を減じた動作電流になるように太陽電池１３を発電させる。なお、太陽電池１３の動作電圧に対する動作電流の関係を示す定格ＩＶ曲線（図４参照）に示すように、動作電流の減少に応じて動作電圧は上昇する。したがって、上昇方向のＭＰＰＴ制御では、動作電流を駆動変数として下降させることにより、動作電圧が上昇する。なお、動作電流の第１の範囲の下限値は、動作電圧を変動させる範囲の上限値と等価である。
太陽電池制御部１８は、動作電流の変動後の太陽電池１３の実際の動作電圧および動作電流に基づいて、太陽電池１３の実際の発電電力を算出する。太陽電池制御部１８は、算出した発電電力を最大発電電力と比較する。
新たに算出した発電電力が最大発電電力より大きい場合には、太陽電池制御部１８は記憶した最大発電電力を新たに算出した発電電力になるように更新し、最大動作電流も更新する。最大発電電力を更新した場合には、範囲設定部２０は更新された最大発電電力および定格ＰＩ曲線に基づいて、動作電流の変動範囲の下限値を更新する。なお、新たに算出した発電電力が最大発電電力以下である場合には、最大発電電力および動作電流の変動範囲の下限値を更新しない。
新たに算出した発電電力と最大発電電力との比較後、太陽電池制御部１８は再び現在の動作電流から第１の変動電流ΔＩ１を減じた動作電流になるように太陽電池１３を発電させる。上述の制御と同様にして、太陽電池制御部１８は、太陽電池１３の実際の発電電力を算出する。さらに、太陽電池制御部１８は、算出した発電電力と記憶した最大発電電力とを比較する。
太陽電池制御部１８は、以後、動作電流が第１の範囲の下限値に達するまで、動作電流の変動を繰返す。太陽電池制御部１８は、動作電流が第１の範囲の下限値に達したときに、動作電流の変動を停止する。太陽電池制御部１８は、動作電流の変動の終了時に記憶している最大動作電流を、現状において太陽電池１３の発電電力を最大化させる動作電流として検出する。太陽電池制御部１８は、検出した最大動作電流で、太陽電池１３を発電させる。
さらに、上昇方向のＭＰＰＴ制御では、方法選択部１９は、次回の上昇方向のＭＰＰＴ制御を実行するまでの上昇方向の周期を算出する。上昇方向の周期ΔＴｖｕは、太陽電池１３の短絡電流Ｉｓｃ、現在の動作電流Ｉｐｖ、および第１の範囲の下限値Ｉｎｍｉｎを（２）式に代入して算出される。
Figure 0005903341
上昇方向のＭＰＰＴ制御の実行後、算出した上昇方向の周期の経過時に、方法選択部１９は、上昇方向のＭＰＰＴ制御を実行させる。
次に、第２のＭＰＰＴ制御について詳細に説明する。第２のＭＰＰＴ制御においては、まず方法選択部１９は動作電圧を駆動変数に定める。また、方法選択部１９は動作電圧の単位変動量を所定の第２の変動電圧ΔＶ２に定める。第２の変動電圧ΔＶ２は、下降方向の第１の変動電圧ΔＶ１より小さい。
太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧から第２の変動電圧ΔＶ２だけ上昇または下降させ、その変動の前後の太陽電池１３の発電電力を比較する。変動後の発電電力が増加するときには、太陽電池制御部１８は現在の変動方向を、第２のＭＰＰＴ制御における変動方向に定める。変動後の発電電力が減少するときには、太陽電池制御部１８は現在の変動方向の逆方向を、第２のＭＰＰＴ制御における変動方向に定める。
太陽電池制御部１８は、動作電圧の変動を実行しながら、第２の変動電圧ΔＶ２の電圧変動の前後における太陽電池１３の実際の発電電力を比較する。太陽電池制御部１８は、変動後において発電電力が減少するまで動作電圧の変動を実行する。変動後の発電電力が減少した場合には、太陽電池制御部１８は、変動前の動作電圧を、発電電力を最大化させる動作電圧に決定する。太陽電池制御部１８は、決定した動作電圧で、太陽電池１３に発電させる。
次に、方法選択部１９が太陽電池制御部１８に実行させる下降方向のＭＰＰＴ制御、上昇方向のＭＰＰＴ制御、および第２のＭＰＰＴ制御を実行するタイミング管理処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。タイミング管理処理は、発電制御装置１４が太陽電池１３の発電する直流電流を交流電流への変換を開始するときに始まる。
ステップＳ１００において、方法選択部１９は、タイミング管理時刻ｔ、前回の下降方向のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐｄ、前回の上昇方向のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐｕ、および前回の第２のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐ２をゼロにリセットする。また、方法選択部１９は、下降方向の周期ΔＴｖｄおよび上昇方向の周期ΔＴｖｕを基本周期Ｔｂａｓｅにリセットする。なお、タイミング管理時刻ｔは、ゼロへのリセット後、タイマ１７の測定する現在時刻に基づいて変わり、リセット後の経過時間を表す。リセット後に、プロセスはステップＳ１０１に進む。
ステップＳ１０１では、方法選択部１９は、タイミング管理時刻ｔが、前回の下降方向のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐｄから下降方向の周期ΔＴｖｄだけ経過しているか否かを判別する。経過しているときには、プロセスはステップＳ２００に進む。経過していないときには、プロセスはステップＳ１０４に進む。
ステップＳ２００では、方法選択部１９は、下降方向のＭＰＰＴ制御を太陽電池制御部１８に実行させる。下降方向のＭＰＰＴ制御を終了すると、プロセスはステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、方法選択部１９は、下降方向のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐｄを、タイミング管理時刻ｔに更新する。実行時刻を更新すると、プロセスはステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、方法選択部１９は、下降方向のＭＰＰＴ制御における現在動作電圧Ｖｐｖおよび動作電圧を変動させる第１の範囲の下限値Ｖｎｍｉｎに基づいて、下降方向の周期ΔＴｖｄを算出する。下降方向の周期ΔＴｖｄを算出すると、プロセスはステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ１０４では、方法選択部１９は、タイミング管理時刻ｔが、前回の上昇方向のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐｕから上昇方向の周期ΔＴｖｕだけ経過しているか否かを判別する。経過しているときには、プロセスはステップＳ３００に進む。経過していないときには、プロセスはステップＳ１０７に進む。
ステップＳ３００では、方法選択部１９は、上昇方向のＭＰＰＴ制御を太陽電池制御部１８に実行させる。上昇方向のＭＰＰＴ制御を終了すると、プロセスはステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５では、方法選択部１９は、上昇方向のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐｕを、タイミング管理時刻ｔに更新する。実行時刻を更新すると、プロセスはステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６では、方法選択部１９は、上昇方向のＭＰＰＴ制御における現在動作電流Ｉｐｖおよび動作電流の変動の第１の範囲の下限値Ｉｎｍｉｎに基づいて、上昇方向の周期ΔＴｖｕを算出する。上昇方向の周期ΔＴｖｕを算出すると、プロセスはステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ１０７では、方法選択部１９は、タイミング管理時刻ｔが、前回の第２のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐ２から第２の周期ΔＴ２だけ経過しているか否かを判別する。経過しているときには、プロセスはステップＳ４００に進む。経過していないときには、プロセスはステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ４００では、方法選択部１９は、第２のＭＰＰＴ制御を太陽電池制御部１８に実行させる。第２のＭＰＰＴ制御を終了すると、プロセスはステップＳ１０８に進む。
ステップＳ１０８では、方法選択部１９は、第２のＭＰＰＴ制御の実行時刻Ｔｐ２を、タイミング管理時刻ｔに更新する。実行時刻を更新すると、プロセスはステップＳ１０１に戻る。
次に、ステップＳ２００で実行される下降方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンについて、図６のフローチャートを用いて説明する。
下降方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを開始すると、ステップＳ２０１において、太陽電池制御部１８は、動作電圧の目標値である指令電圧Ｖｎを現在の動作電圧Ｖｐｖにリセットする。また、太陽電池制御部１８は、最大動作電圧Ｖｎｍａｘを現在の動作電圧Ｖｐｖにリセットする。さらに、太陽電池制御部１８は、最大発電電力Ｐｎｍａｘを現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積にリセットする。リセットを終えると、プロセスはステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、太陽電池制御部１８は、最大発電電力Ｐｎｍａｘと定格ＰＶ曲線とに基づいて、動作電圧の第１の範囲の下限値Ｖｎｍｉｎを算出する。下限値Ｖｎｍｉｎを算出すると、プロセスはステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、太陽電池制御部１８は、現在の指令電圧Ｖｎから第１の変動電圧ΔＶ１を減じた電圧を新たな指令電圧Ｖｎとして更新する。指令電圧Ｖｎを更新すると、プロセスはステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４では、太陽電池制御部１８は、指令電圧Ｖｎが第１の範囲の下限値Ｖｎｍｉｎより大きいか否かを判別する。指令電圧Ｖｎが下限値Ｖｎｍｉｎより大きいときには、プロセスはステップＳ２０５に進む。指令電圧Ｖｎが下限値Ｖｎｍｉｎ以下であるときには、プロセスはステップＳ２０８に進む。
ステップＳ２０５では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖが指令電圧Ｖｎになるように、太陽電池１３を制御する。太陽電池１３の制御後、プロセスはステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積が最大発電電力Ｐｎｍａｘより大きいか否かを判別する。積が最大発電電力Ｐｎｍａｘ以下であるときには、プロセスはステップＳ２０３に戻る。積が最大発電電力Ｐｎｍａｘより大きいときには、プロセスはステップＳ２０７に進む。
ステップＳ２０７では、太陽電池制御部１８は、最大発電電力Ｐｎｍａｘを、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積に更新する。また、太陽電池制御部１８は、最大動作電圧Ｖｎｍａｘを、現在の動作電圧Ｖｐｖに更新する。更新すると、プロセスはステップＳ２０２に戻る。
前述のようにステップＳ２０４において、指令電圧Ｖｎが下限値Ｖｎｍｉｎ以下であるときには、プロセスはステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖが最大動作電圧Ｖｎｍａｘになるように、太陽電池１３を制御する。太陽電池１３の制御後、下降方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを終了し、プロセスはステップＳ１０２に戻る。
次に、ステップＳ３００で実行される上昇方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンについて、図７のフローチャートを用いて説明する。
上昇方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを開始すると、ステップＳ３０１において、太陽電池制御部１８は、動作電流の目標値である指令電流Ｉｎを現在の動作電流Ｉｐｖにリセットする。また、太陽電池制御部１８は、最大動作電流Ｉｎｍａｘを現在の動作電流Ｉｐｖにリセットする。さらに、太陽電池制御部１８は、最大発電電力Ｐｎｍａｘを現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積にリセットする。置換を終えると、プロセスはステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２では、太陽電池制御部１８は、最大発電電力Ｐｎｍａｘと定格ＰＩ曲線とに基づいて、動作電流の第１の範囲の下限値Ｉｎｍｉｎを算出する。下限値Ｉｎｍｉｎを算出すると、プロセスはステップＳ３０３に進む。
ステップＳ３０３では、太陽電池制御部１８は、現在の指令電流Ｉｎから第１の変動電流ΔＩ１を減じた電流を新たな指令電流Ｉｎとして更新する。指令電流Ｉｎを更新すると、プロセスはステップＳ３０４に進む。
ステップＳ３０４では、太陽電池制御部１８は、指令電流Ｉｎが変動範囲の下限値Ｉｎｍｉｎより大きいか否かを判別する。指令電流Ｉｎが下限値Ｉｎｍｉｎより大きいときには、プロセスはステップＳ３０５に進む。指令電流Ｉｎが下限値Ｉｎｍｉｎ以下であるときには、プロセスはステップＳ３０８に進む。
ステップＳ３０５では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電流Ｉｐｖが指令電流Ｉｎになるように、太陽電池１３を制御する。太陽電池１３の制御後、プロセスはステップＳ３０６に進む。
ステップＳ３０６では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積が最大発電電力Ｐｎｍａｘより大きいか否かを判別する。積が最大発電電力Ｐｎｍａｘ以下であるときには、プロセスはステップＳ３０３に戻る。積が最大発電電力Ｐｎｍａｘより大きいときには、プロセスはステップＳ３０７に進む。
ステップＳ３０７では、太陽電池制御部１８は、最大発電電力Ｐｎｍａｘを、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積に更新する。また、太陽電池制御部１８は、最大動作電流Ｉｎｍａｘを、現在の動作電流Ｉｐｖに更新する。更新すると、プロセスはステップＳ３０２に戻る。
前述のようにステップＳ３０４において、指令電流Ｉｎが下限値Ｉｎｍｉｎ以下であるときには、プロセスはステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０８では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電流Ｉｐｖが最大動作電流Ｉｎｍａｘになるように、太陽電池１３を制御する。太陽電池１３の制御後、上昇方向のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを終了し、プロセスはステップＳ１０５に戻る。
次に、ステップＳ４００で実行される第２のＭＰＰＴ制御のサブルーチンについて、図８のフローチャートを用いて説明する。
第２のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを開始すると、ステップＳ４０１において、太陽電池制御部１８は、動作電圧の変動方向を決める方向係数Ｖｓｇｎを−１にリセットする。また、太陽電池制御部１８は、前回の発電電力Ｐｎを、現在の動作電圧Ｖｐｖと現在の動作電流Ｉｐｖの積にリセットする。リセットを終えると、プロセスはステップＳ４０２に進む。
ステップＳ４０２では、太陽電池制御部１８は、現在の指令電圧Ｖｎから第２の変動電圧ΔＶ２を方向係数Ｖｓｇｎの符号に応じた方向に変動させた電圧を新たな指令電圧Ｖｎに定める。指令電圧Ｖｎを更新すると、プロセスはステップＳ４０３に進む。
ステップＳ４０３では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖが指令電圧Ｖｎになるように、太陽電池１３を制御する。太陽電池１３の制御後、プロセスはステップＳ４０４に進む。
ステップＳ４０４では、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積が前回の発電電力Ｐｎ未満であるか否かを判別する。積が前回の発電電力Ｐｎ未満であるときには、プロセスはステップＳ４０５に進む。積が前回の発電電力Ｐｎ以上であるときには、プロセスはステップＳ４０５をスキップしてステップＳ４０６に進む。
ステップＳ４０５では、太陽電池制御部１８は、方向係数Ｖｓｇｎの正負の符号を入替える。符号の入替え後、プロセスはステップＳ４０６に進む。
ステップＳ４０６では、太陽電池制御部１８は、前回の発電電力Ｐｎを、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積に更新する。更新後、プロセスはステップＳ４０７に進む。
ステップＳ４０７および続くステップＳ４０８では、ステップＳ４０２およびステップＳ４０３と同様に、太陽電池制御部１８は、指令電圧Ｖｎの更新および現在の動作電圧Ｖｐｖが指令電圧Ｖｎになるように太陽電池１３を制御する。
ステップＳ４０９では、ステップＳ４０４と同様に、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖおよび現在の動作電流Ｉｐｖの積が前回の発電電力Ｐｎ未満であるか否かを判別する。積が前回の発電電力Ｐｎ以上であるときには、プロセスはステップＳ４０６に戻る。積が前回の発電電力Ｐｎ未満であるときには、プロセスはステップＳ４１０に進む。
ステップＳ４１０では、太陽電池制御部１８は、現在の指令電圧Ｖｎから第２の変動電圧ΔＶ２を方向係数Ｖｓｇｎの符号を反転させた符号に応じた方向に変動させた電圧を新たな指令電圧Ｖｎに定める。指令電圧Ｖｎを更新すると、プロセスはステップＳ４１１に進む。
ステップＳ４１１では、ステップＳ４０３と同様に、太陽電池制御部１８は、現在の動作電圧Ｖｐｖが指令電圧Ｖｎになるように太陽電池１３を制御する。太陽電池１３の制御後、第２のＭＰＰＴ制御のサブルーチンを終了し、プロセスはステップＳ１０８に戻る。
以上のような構成の第１の実施形態の発電制御装置によれば、第１のＭＰＰＴ制御により、不必要に広範囲にサーチ変動をさせることなく、太陽電池の最大出力点、すなわち発電電力を最大化させる動作電圧および動作電流を正確に検出することが可能である。このような効果について、以下に詳細に説明する。
図９（ａ）、９（ｂ）に示すように、太陽電池１３の動作電圧に対する発電電力の関係を示すＰＶ曲線は上に凸であり、極大値を有する。したがって、現在の発電電力Ｐｐｖより発電電力が大きくなる動作電圧の範囲は、現在のＰＶ曲線と現在の発電電力Ｐｐｖの交点の動作電圧座標の最小値から最大値に挟まれる範囲である（符号“ＶＲ”参照）。言い換えると、この範囲内に、発電電力を最大化させる動作電圧が存在する。したがって、現在の発電電力Ｐｐｖおよび現在のＰＶ曲線を用いることにより、発電電力を最大化させる動作電圧を確実に検出可能である。
しかし、太陽電池１３の発電電力は、動作電圧以外にも、例えば日射量、温度、および陰の映りこみなどの条件による影響を受けるので、個々の条件の違いによりＰＶ曲線も変化する。ただし、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、どのようなＰＶ曲線も、定格ＰＶ曲線と動作電圧軸の内部に含まれる。それゆえ、現在の発電電力Ｐｐｖおよび現在のＰＶ曲線を用いて上述のように定めた動作電圧の範囲は、現在の発電電力Ｐｐｖおよび定格ＰＶ曲線を用いて上述のように定めた動作電圧の範囲内に含まれる。
そこで、本実施形態では、現在の発電電力Ｐｐｖおよび定格ＰＶ曲線を用いて動作電圧の変動範囲を定めるので、発電電力を最大化させる動作電圧を確実に検出可能である。
また、本実施形態では、第１のＭＰＰＴ制御中に検出した最大発電電力よりも現在の発電電力が大きいときに第１の範囲を更新するので、以下に説明するように、不必要に広範囲な駆動変数の変動を防ぐことが可能である。
例えば、太陽電池１３のある状態における動作電圧に対する発電電力の関係が、図１０（ａ）に示すＰＶ曲線に表される場合におけるサーチ変動の変動範囲について説明する。下降方向のＭＰＰＴ制御の前における現在の動作電圧Ｖｐｖにより変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎが定まる（図１１（ａ）参照）。現在の動作電圧Ｖｐｖが下降して発電電力が増加すると、変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎが更新され、それまでの下限値よりも増加する（図１１（ｂ）参照）。発電電力が最大化したときに変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎの更新は止まる（図１１（ｃ）参照）。したがって、図１０（ａ）に示すＰＶ曲線に対して、サーチ変動は、図１１（ａ）におけるＶｐｖから図１１（ｃ）におけるＶｎｍｉｎの範囲で実行される。
また、太陽電池１３の別の状態における動作電圧に対する発電電力の関係が、図１０（ｃ）に示すＰＶ曲線に表される場合におけるサーチ変動の変動範囲について説明する。下降方向のＭＰＰＴ制御の前における現在の動作電圧Ｖｐｖにより変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎが定まる（図１２（ａ）参照）。発電電力が最初の極大値に達するときに変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎの更新は止まり、発電電力が最初の極大値を超えるまで現在の動作電圧Ｖｐｖを下降させる（図１２（ｂ）参照）。発電電力が最初の極大値を超えると、変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎの更新が再開され、発電電力が次の極大値に達するときに更新が止まる（図１２（ｃ）参照）。このように、図１０（ｃ）に示すＰＶ曲線に対してサーチ変動は、図１２（ａ）におけるＶｐｖから図１２（ｃ）におけるＶｎｍｉｎの範囲で実行される。
このように第1の実施形態の構成によれば、いずれのＰＶ曲線においても、そのＰＶ曲線に適した範囲に変動範囲が設定されることになるので、不必要に広範囲な駆動変数の変動を防ぐことが可能である。
また、第１の実施形態の発電制御装置によれば、動作電圧の上昇を、動作電流の調整により実行するので、以下に説明するように、発電電力を高精度で最大化させることが可能である。
定格ＰＶ曲線においては、発電電力を最大化させる動作電圧以上の範囲においては、傾きの絶対値が極めて大きい。それゆえ、動作電圧の単位変動量に対する発電電力の変動量が大きいので、動作電圧の直接の調整による上昇では、発電電圧の微調整が難しい。
そこで、第１の実施形態では、動作電圧の上昇を、動作電流を下降させることにより実行するので、発電電力の微調整が可能である。したがって、発電電力を高精度で最大化することが可能である。
また、第１の実施形態では、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御において実行周期を別々に定めることが可能である。駆動変数の変動範囲によって最適な実行周期が異なっており、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御それぞれの変動範囲に応じて最適な実行周期を定めることが可能となる。
また、第１の実施形態では、第１のＭＰＰＴ制御において、第１の範囲が短くなるほど実行周期を長くするので、必要以上の高頻度での第１のＭＰＰＴ制御の実行を抑制可能である。動作電圧又は動作電流の変動範囲が短い場合には、長い場合に比べて、発電電力を最大化させる動作電圧または動作電流が存在する確率は低い。それゆえ、変動範囲が短くなるほど第１のＭＰＰＴ制御の実行周期を長くすることにより、必要以上の高頻度での第１のＭＰＰＴ制御が抑制される。
また、第１の実施形態では、第１のＭＰＰＴ制御より短い周期で第２のＭＰＰＴ制御を実行するので、駆動変数の変動による発電効率の低化を抑制可能である。第１のＭＰＰＴ制御においては発電電力を最大化させる動作電圧または動作電流を確実に検出することが可能である。一方、第２のＭＰＰＴ制御においては発電電力の極大化にかかる時間が第１のＭＰＰＴ制御に比べて短いことが一般的である。それゆえ、第１の実施形態では、比較的長い周期で第１のＭＰＰＴ制御を行うことにより、発電電力の別の極大値が最大値となったときの発電効率の低下を抑制することが可能である。また、第１の実施形態では、比較的短い周期で第２のＭＰＰＴ制御を行うことにより、比較的長期間の駆動変数の変動を抑制し、その結果、発電効率の低下を抑制することが可能である。
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線の代わりに定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線の近似直線を用いる点が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。
太陽電池１３の動作電圧に対する動作電流を示すＶＩ曲線は、図１３に示すように、短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃによって近似可能である。太陽電池１３のＶＩ曲線をこのように近似すると、定格ＰＶ曲線は（３）、（４）式により近似される（図１４参照）。また、定格ＰＩ曲線は（５）、（６）式により近似される（図１５参照）。
Figure 0005903341
第２の実施形態では、太陽電池制御部１８は、定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線のそれぞれの近似直線を用いて、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御を実行する。
以上のような構成の第２の実施形態の発電制御装置によっても、第１の実施形態と同様に、第１のＭＰＰＴ制御により、不必要に広範囲に駆動変数を変動させることなく、太陽電池の最大出力点、すなわち発電電力を最大化させる動作電圧および動作電流を正確に検出することが可能である。
また、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、動作電圧の上昇を動作電流の調整により実行するので、発電電力を高精度で最大化させることが可能である。
また、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御において実行周期を別々に定めることが可能である。
また、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、第１のＭＰＰＴ制御において、第１の範囲が短くなるほど実行周期を長くするので、必要以上の高頻度での第１のＭＰＰＴ制御の実行が抑制される。
また、第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、第１のＭＰＰＴ制御より短い周期で第２のＭＰＰＴ制御を実行するので、駆動変数の変動による発電効率の低減化を抑制可能である。
また、第２の実施形態では、定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線を直線近似しているので、変動範囲の下限値の算出が第１の実施形態に比べて極めて容易である。すなわち、近似直線（３）式に基づいて、サーチ変動中の最大発電電力をＰｎｍａｘとすると、動作電圧の変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎは（７）式によって算出される。また、近似曲線（５）式に基づいて、動作電流の変動範囲の下限値Ｉｎｍｉｎは（８）式によって算出される。
Figure 0005903341
また、第２の実施形態では、定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線を近似に短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃを用いればよいので、事前に検出することなく使用直前に検出することも可能である。また、例えば、太陽電池１３の経年劣化などにより定格の短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃが変動した場合であっても、容易に更新することが可能である。
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態では定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線の代わりに定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線の近似曲線を用いる点が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第３の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能および構成を有する部位には同じ符号を付す。
太陽電池１３の動作電圧に対する動作電流を示すＶＩ曲線の一部は、図１６に示すように、短絡電流Ｉｓｃおよび太陽電池１３の並列抵抗Ｒｓｈを用いた（９）式によって近似可能である。
Figure 0005903341
また、ＶＩ曲線の別の一部は、図１６に示すように、開放電圧Ｖｏｃおよび太陽電池１３の直列抵抗Ｒｓを用いた（１０）式によって近似可能である。
Figure 0005903341
太陽電池１３のＶＩ曲線をこのように近似すると、定格ＰＶ曲線は（１１）、（１２）式によって近似される（図１７参照）。また、定格ＰＩ曲線は（１３）、（１４）式によって近似される（図１８参照）。
Figure 0005903341
第３の実施形態では、太陽電池制御部１８は、定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線のそれぞれの近似曲線を用いて、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御を実行する。
以上のような構成の第３の実施形態の発電制御装置によっても、第１の実施形態と同様に、第１のＭＰＰＴ制御により、不必要に広範囲に駆動変数を変動させることなく、太陽電池の最大出力点、すなわち発電電力を最大化させる動作電圧および動作電流を正確に検出することが可能である。
また、第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、動作電圧の上昇を動作電流の調整により実行するので、発電電力を高精度で最大化させることが可能である。
また、第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、下降方向のＭＰＰＴ制御および上昇方向のＭＰＰＴ制御において実行周期を別々に定めることが可能である。
また、第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、第１のＭＰＰＴ制御において、第１の範囲が短くなるほど実行周期を長くするので、必要以上の高頻度での第１のＭＰＰＴ制御の実行が抑制される。
また、第３の実施形態によっても、第１の実施形態と同様に、第１の最適化制御より短い周期で第２のＭＰＰＴ制御を実行するので、駆動変数の変動による発電効率の低減化を抑制可能である。
また、第３の実施形態では、定格ＰＶ曲線および定格ＰＩ曲線を２次の曲線によって近似しているので、変動範囲の下限値の算出が第１の実施形態に比べて容易である。すなわち、近似曲線（１１）式に基づいて、サーチ変動中の最大発電電力をＰｎｍａｘとすると、動作電圧の変動範囲の下限値Ｖｎｍｉｎは（１５）式によって算出される。また、近似曲線（１３）式に基づいて、動作電流の変動範囲の下限値Ｉｎｍｉｎは（１６）式によって算出される。
Figure 0005903341
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
例えば、第２の実施形態において、定格ＰＶ曲線を（３）式を用いて近似する構成であるが、（１７）式によって近似してもよい。また、定格ＰＩ曲線を（５）式を用いて近似する構成であるが、（１８）式によって近似してもよい。
Figure 0005903341
（１７）、（１８）式において、Ｃ１、Ｃ２は、０より大きく１以下の定数である。
１０ 電力供給システム
１１ 負荷機器
１２ 商用系統
１３ 太陽電池
１４ 発電制御装置
１５ インバータ
１６ 電流電圧センサ
１７ タイマ
１８ 太陽電池制御部
１９ 方法選択部
２０ 範囲設定部

Claims (18)

  1. 太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第１の範囲内で変動させながら前記太陽電池の実際の発電電力を算出し、前記第１の範囲内において前記発電電力を最大化させる前記駆動変数で前記太陽電池を発電させる第１のＭＰＰＴ制御を実行する太陽電池制御部と、
    前記第１の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、現在の発電電力が前記最大の発電電力より大きい場合にのみ下限値を更新する一方で、前記駆動変数を所定の単位変動量で継続的に変動させることで、前記第１の範囲を更新する範囲設定部とを備え、
    前記第１のＭＰＰＴ制御の実行周期は、前記下限値に依存して変動する
    ことを特徴とする発電制御装置。
  2. 請求項１に記載の発電制御装置であって、
    前記範囲設定部は、前記太陽電池の前記動作電圧に対する前記発電電力の関係を示す前記定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線に基づいて前記所定の単位変動量で継続的に前記動作電圧を下降させるか、または、前記太陽電池の前記動作電流に対する前記発電電力の関係を示す前記定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線に基づいて前記所定の単位変動量で継続的に前記動作電流を下降させるかのいずれかを実行することを特徴とする発電制御装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の発電制御装置であって、前記範囲設定部により更新される前記第１の範囲の上限および下限の少なくとも一方は、前記定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線において前記最大の発電電力を生じさせる動作電圧、他方は前記定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線において前記最大の発電電力を生じさせる動作電流に相当することを特徴とする発電制御装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発電制御装置であって、前記定格ＰＶ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電圧をＶ、前記太陽電池の短絡電流をＩｓｃ、および０より大きく１以下の第１の定数をＣ１とする
    Figure 0005903341
     に基づいて定められることを特徴とする発電制御装置。
  5. 請求項４に記載の発電制御装置であって、前記第１の範囲は、前記最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電圧の下限が
    Figure 0005903341
     となるように定められることを特徴とする発電制御装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の発電制御装置であって、前記定格ＰＩ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電流をＩ、前記太陽電池の開放電圧をＶｏｃ、０より大きく１以下の第２の定数をＣ２とする
    Figure 0005903341
     に基づいて定められることを特徴とする発電制御装置。
  7. 請求項６に記載の発電制御装置であって、前記第１の範囲は、前記最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電流の下限が
    Figure 0005903341
     となるように定められることを特徴とする発電制御装置。
  8. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発電制御装置であって、前記定格ＰＶ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電圧をＶ、前記太陽電池の並列抵抗をＲｓｈ、および前記太陽電池の短絡電流をＩｓｃとする
    Figure 0005903341
     に基づいて定められることを特徴とする発電制御装置。
  9. 請求項８に記載の発電制御装置であって、前記第１の範囲は、前記最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電圧の下限が
    Figure 0005903341
     となるように定められることを特徴とする発電制御装置。
  10. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発電制御装置であって、前記定格ＰＩ曲線の近似線は、発電電力をＰ、動作電流をＩ、前記太陽電池の直列抵抗をＲｓ、および前記太陽電池の開放電圧をＶｏｃとする
    Figure 0005903341
     に基づいて定められることを特徴とする発電制御装置。
  11. 請求項１０に記載の発電制御装置であって、前記第１の範囲は、前記最大の発電電力をＰｎｍａｘとして、動作電流の下限が
    Figure 0005903341
     となるように定められることを特徴とする発電制御装置。
  12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の発電制御装置であって、
    前記第１のＭＰＰＴ制御は、前記動作電圧が上昇するように前記駆動変数を変動させる上昇方向のＭＰＰＴ制御、および前記動作電圧が下降するように前記駆動変数を変動させる下降方向のＭＰＰＴ制御を有しており、
    前記上昇方向のＭＰＰＴ制御および前記下降方向のＭＰＰＴ制御の実行周期をそれぞれ独立して有する
    ことを特徴とする発電制御装置。
  13. 請求項１２に記載の発電制御装置であって、
    前記駆動変数を動作電圧とする場合における、
    前記下降方向のＭＰＰＴ制御の実行周期は、前記太陽電池の開放電圧に対する前記第１の範囲に対応する電圧の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定され、
    前記上昇方向のＭＰＰＴ制御の実行周期は、前記太陽電池の短絡電流に対する前記第１の範囲に対応する電流の変動範囲の割合が小さくなるほど長くなるように設定される
    ことを特徴とする発電制御装置。
  14. 請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の発電制御装置であって、前記太陽電池制御部に、第１の周期で前記第１のＭＰＰＴ制御を実行させ、前記第１の周期より短い第２の周期で前記発電電力が増加する方向に前記太陽電池の実際の発電電力が最大となるまで変動させる第２のＭＰＰＴ制御を実行させる方法選択部を備えることを特徴とする発電制御装置。
  15. 太陽電池と、
    太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として第１の範囲内で変動させながら前記太陽電池の実際の発電電力を算出し、前記第１の範囲内において前記発電電力を最大化させる前記駆動変数で前記太陽電池を発電させる第１のＭＰＰＴ制御を実行する太陽電池制御部と、前記第１の範囲内における前記駆動変数の変動中に算出された最大の発電電力と前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、現在の発電電力が前記最大の発電電力より大きい場合にのみ下限値を更新する一方で、前記駆動変数を所定の単位変動量で継続的に変動させることで、前記第１の範囲を更新する範囲設定部とを備え、
    前記第１のＭＰＰＴ制御の実行周期は、前記下限値に依存して変動する
    ことを特徴とする太陽光発電システム。
  16. 請求項１５に記載の太陽光発電システムであって、
    前記範囲設定部は、前記太陽電池の前記動作電圧に対する前記発電電力の関係を示す前記定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線に基づいて前記所定の単位変動量で継続的に前記動作電圧を下降させるか、または、前記太陽電池の前記動作電流に対する前記発電電力の関係を示す前記定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線に基づいて前記所定の単位変動量で継続的に前記動作電流を下降させるかのいずれかを実行することを特徴とする太陽光発電システム。
  17. 太陽電池の動作電流および動作電圧の少なくとも一方を駆動変数として変動させながら太陽電池の発電電力を最大化させる発電制御方法であって、
    前記駆動変数を所定量だけ変動させる変動ステップと、
    前記変動ステップにおいて変動させた前記駆動変数で発電させた前記太陽電池の現在の発電電力を、最大発電電力と比較する比較ステップと、
    前記現在の発電電力が前記最大発電電力より大きい場合には、該現在の発電電力を最大発電電力に更新する更新ステップと、
    前記最大発電電力と、前記太陽電池の動作電圧に対する発電電力の関係を示す定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線、および前記太陽電池の動作電流に対する発電電力の関係を示す定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線の少なくとも一方とに基づいて、前記現在の発電電力が前記最大発電電力より大きい場合にのみ下限値を更新する一方で、前記駆動変数を所定の単位変動量で継続的に変動させることで、前記駆動変数の変動範囲を設定する設定ステップと、
    前記駆動変数が前記変動範囲により定まる上限または下限に達するまで、前記変動ステップ、前記比較ステップ、前記更新ステップ、および前記設定ステップを繰返させる繰返しステップと、
    前記駆動変数が前記上限または前記下限に達したときの前記最大発電電力で発電させた前記駆動変数で、前記太陽電池に発電させる発電ステップとを備え、
    前記繰返しステップの実行周期は、前記下限値に依存して変動する
    ことを特徴とする発電制御方法。
  18. 請求項１７に記載の発電制御方法であって、
    前記設定ステップは、前記太陽電池の前記動作電圧に対する前記発電電力の関係を示す前記定格ＰＶ曲線または前記定格ＰＶ曲線の近似線に基づいて前記所定の単位変動量で継続的に前記動作電圧を下降させるか、または、前記太陽電池の前記動作電流に対する前記発電電力の関係を示す前記定格ＰＩ曲線または前記定格ＰＩ曲線の近似線に基づいて前記所定の単位変動量で継続的に前記動作電流を下降させるかのいずれかを実行することを特徴とする発電制御方法。
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