JP6307334B2

JP6307334B2 - 太陽電池制御装置

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Publication number: JP6307334B2
Application number: JP2014088915A
Authority: JP
Inventors: 裕己川端; 英治尾形; 博康太田
Original assignee: 大井電気株式会社
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-04-23
Also published as: JP2015207238A

Description

本発明は、太陽電池制御装置に関し、特に、太陽電池から出力される電力を制御する装置に関する。

オフィス、工場、一般家庭等の電力需要者に電力を供給する設備として火力発電所、原子力発電所等の発電所がある。しかし、これらの設備を運用するに際しては様々な問題がある。例えば、火力発電所については、将来における石油の枯渇、二酸化炭素排出量の増加等の問題がある。また、原子力発電所については、安全性管理の強化等の問題がある。

このような背景の下、太陽電池に関する研究開発が広く行われている。例えば、太陽電池を電力需要者ごとに設けることで、各発電所で発電すべき電力を低減するという提案がなされている。

太陽電池については、出力電力の増大、高効率化等が課題となっている。一般に、太陽電池から最大の電力が得られるときの出力電圧、出力電流、負荷インピーダンス等の負荷状態は、太陽電池に照射される光の照度、温度等の環境条件の変化に応じて変化する。そこで、特許文献１および２に示されているように、太陽電池に対する負荷状態を制御する装置が考えられている。特許文献１に記載の装置では、太陽電池の出力電力が増大するように、太陽電池の動作電圧（出力電圧）が段階的に調整される。動作電圧が、増加方向または減少方向のいずれか一方の方向のみに、予め定められた回数だけ変化した場合に、動作電圧の変化幅が大きくなるように制御され、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、動作電圧の変化幅が小さくなるように制御される。特許文献２に記載の装置では、太陽電池の出力電圧が、その出力電力を最大にする最大動作電圧に調整される。太陽電池の出力電圧が最大動作電圧から離れている程、太陽電池の出力電圧を調整する周期が短くされる。

特開平８−４４４４５号公報特開２０１２−１１３６３９号公報

特許文献１および２に記載されているような従来の太陽電池制御装置では、太陽電池の出力電圧を調整する際の変化幅の大きさによっては、出力電力を最大に調整する処理に長時間を要することがある。

本発明は、太陽電池から出力される電力を迅速に制御することを目的とする。

本発明は、太陽電池と負荷装置との間に設けられ、前記太陽電池から出力される電圧をスイッチングにより調整して前記負荷装置に出力する電圧調整部を備え、前記電圧調整部は、スイッチング状態を調整して、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電圧を最大電圧から所定の変化幅で減少させ、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電力が目標条件を満たすときの最適スイッチング状態を探索する制御部を備え、前記最大電圧は、前記太陽電池が最小負荷状態にあるときに前記太陽電池から出力される電圧であり、前記制御部は、前記最大電圧を基準として前記出力電圧に対して定められた目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されたときは、前記最適スイッチング状態に前記スイッチング状態を設定し、前記電圧調整部が前記スイッチング状態を調整したとしても、前記負荷装置の状態によって、前記目標範囲内における限界値よりも前記出力電圧が小さくならず、前記目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されないときは、前記最大電圧から前記限界値までの範囲で前記出力電力が最大となるときの状態に前記スイッチング状態を設定し、前記目標範囲内に前記出力電圧が含まれるか否かに基づいて前記変化幅を設定する、ことを特徴とする。

望ましくは、前記目標条件は、前記出力電力が前記出力電圧の変化範囲における最大値となるという条件である。

望ましくは、前記目標条件は、前記出力電力が極大値となるという条件であり、前記制御部は、前記スイッチング状態を調整することで前記出力電圧を前記変化幅で減少させ、前記出力電力が極大値となったときは、その極大値が得られるときの前記スイッチング状態を前記最適スイッチング状態とする。また、望ましくは、前記制御部は、前記出力電圧が前記目標範囲内にあるときは、前記出力電圧が前記目標範囲内の値よりも大きいときに比べて前記変化幅を小さい値とする。

望ましくは、前記電圧調整部は、スイッチング素子を含む電圧コンバータを備え、前記制御部は、前記スイッチング素子に対するデューティ比を設定する。

本発明によれば、太陽電池から出力される電力を迅速に制御することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池制御装置を示す図である。降圧コンバータを示す図である。太陽電池の電圧電流特性を示す図である。太陽電池の電圧電力特性を示す図である。照射される光の照度が異なる３つの場合について電圧電力特性を示す図である。電圧検出値を所定の変化幅で減少させる処理を概念的に示す図である。最大電力点に対応する出力電圧が、目標範囲内の電圧よりも低い電圧電力特性を示す図である。電圧検出値が限界値より小さくならない場合の電圧電流特性を示す図である。

図１には、本発明の実施形態に係る太陽電池制御装置１０が示されている。太陽電池制御装置１０は、太陽電池１２と負荷装置４２との間に設けられた電圧調整部２０を備えている。電圧調整部２０は、太陽電池１２から出力される電圧をスイッチングにより調整して負荷装置４２に出力する。太陽電池制御装置１０は、さらに、太陽電池１２から電圧調整部２０に出力される電圧を検出する電圧検出部としての電圧計１８、および太陽電池１２から電圧調整部２０に流れる電流を検出する電流検出部としての電流計１６を備える。電圧計１８による電圧検出値Ｖｄと、電流計１６による電流検出値Ｉｄとの積から太陽電池１２の出力電力が求められ、電圧計１８および電流計１６は電力検出部を構成する。

太陽電池１２から最大の電力が得られるときの負荷インピーダンスは、太陽電池１２に照射される光の照度、温度等の環境条件の変化に応じて変化する。そこで、太陽電池制御装置１０は、太陽電池１２の出力電力が適切となるように、太陽電池１２に対する負荷インピーダンスを電圧調整部２０によって調整する。

電圧調整部２０は、電圧コンバータ２２および制御部３２を備える。電圧コンバータ２２は、制御部３２の制御によってスイッチングを行い、太陽電池１２の出力電圧を調整して負荷装置４２に出力する。電圧コンバータ２２としては、太陽電池１２の出力電圧を昇圧する昇圧コンバータ、または、太陽電池１２の出力電圧を降圧する降圧コンバータが用いられる。

電圧コンバータ２２は、昇圧または降圧の他、平均的な負荷インピーダンスを変換する機能を有する。電圧コンバータ２２の動作によって、太陽電池１２に対する負荷インピーダンスが制御される。なお、太陽電池１２に流れる電流はリプル成分を含むものであるため、負荷インピーダンスは、例えば、太陽電池１２の出力電圧の実効値の２乗を太陽電池１２の出力電力で割ったものとして定義される。

太陽電池制御装置１０の具体的な構成および動作について説明する。太陽電池１２の正極端子には、電池側ダイオード１４のアノード端子が接続されている。電池側ダイオード１４のカソード端子は、電流計１６を介して電圧コンバータ２２のプラス入力端子２４に接続されている。太陽電池１２の負極端子には、電圧コンバータ２２のマイナス入力端子２６が接続されている。電圧コンバータ２２のプラス入力端子２４およびマイナス入力端子２６との間には、電圧計１８が接続されている。なお、電圧計１８は、電池側ダイオード１４のカソード端子と電圧コンバータ２２のマイナス入力端子２６との間に接続されてもよい。

電圧コンバータ２２のプラス出力端子２８には、負荷側ダイオード３４のアノード端子が接続されている。負荷側ダイオード３４のカソード端子は、プラス負荷端子３８に接続されている。電圧コンバータ２２のマイナス出力端子３０には、マイナス負荷端子４０が接続されている。プラス負荷端子３８とマイナス負荷端子４０との間には、それぞれ、バッテリ３６の正極端子および負極端子が接続されている。さらに、プラス負荷端子３８とマイナス負荷端子４０との間には負荷装置４２が接続されている。バッテリ３６は、太陽電池１２に光が照射されていない等、太陽電池１２が電力を出力しない場合に負荷装置４２に電力を供給するためのバックアップ電源装置として機能する。負荷装置４２は、電力供給先の装置であり、例えば、オフィス、工場、一般家庭等に設けられた電気機器である。

太陽電池１２は、電池側ダイオード１４を介して、電圧コンバータ２２のプラス入力端子２４とマイナス入力端子２６との間に電圧を印加する。電池側ダイオード１４は、太陽電池１２への電流の逆流を防ぐ。制御部３２は、電圧計１８から出力された電圧検出値Ｖｄ、および電流計１６から出力された電流検出値Ｉｄに基づいて電圧コンバータ２２を制御する。電圧コンバータ２２は、制御部３２の制御に応じてスイッチングを行い、プラス入力端子２４とマイナス入力端子２６との間に印加された電圧を昇圧または降圧し、昇圧後または降圧後の電圧をプラス出力端子２８およびマイナス出力端子３０に出力する。プラス出力端子２８およびマイナス出力端子３０から出力されたコンバータ出力電圧がバッテリ３６の端子間電圧よりも大きい場合には、負荷側ダイオード３４が順方向バイアス状態となり、コンバータ出力電圧がバッテリ３６および負荷装置４２に印加される。バッテリ３６は、コンバータ出力電圧によって充電され、負荷装置４２には、コンバータ出力電圧に基づく電力が供給される。コンバータ出力電圧が、バッテリ３６の端子間電圧以下である場合には、負荷側ダイオード３４が逆方向バイアス状態となり、コンバータ出力電圧はバッテリ３６および負荷装置４２に印加されない。この場合、負荷装置４２にはバッテリ３６から電力が供給される。

図２には、電圧コンバータ２２の例として降圧コンバータ２２Ａが示されている。プラス入力端子２４には、スイッチング素子４４の一端が接続されている。スイッチング素子４４の他端には、スイッチング素子４６の一端およびインダクタ４８の一端が接続されている。スイッチング素子４６の他端には、マイナス入力端子２６およびマイナス出力端子３０が接続されている。インダクタ４８の他端にはプラス出力端子２８が接続されている。プラス出力端子２８とマイナス出力端子３０との間には、コンデンサ５０が接続されている。

スイッチング素子４４およびスイッチング素子４６には、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等の半導体素子が用いられる。スイッチング素子４４およびスイッチング素子４６は、制御部３２によって交互にオン／オフされる。

スイッチング素子４４がオン、スイッチング素子４６がオフであるときは、プラス入力端子２４からインダクタ４８に電流が流れる。この状態で、スイッチング素子４４がオフとなり、スイッチング素子４６がオンとなると、インダクタ４８に誘導起電力が発生する。この誘導起電力によって、インダクタ４８、コンデンサ５０、およびスイッチング素子４６を流れてインダクタ４８に戻る誘導電流が流れ、コンデンサ５０が充電される。再び、スイッチング素子４４がオン、スイッチング素子４６がオフとなると、インダクタ４８には、スイッチング素子４４側を正とする誘導起電力が発生し、この誘導起電力とコンデンサ５０の充電電圧とを併せた電圧が、プラス入力端子２４およびマイナス入力端子２６に印加されているコンバータ入力電圧Ｖｉに等しくなる。スイッチング素子４４およびスイッチング素子４６が交互にオン／オフされることによって、コンデンサ５０には、コンバータ入力電圧Ｖｉより小さい電圧が充電され、その充電電圧が、プラス出力端子２８およびマイナス出力端子３０からコンバータ出力電圧Ｖｏとして出力される。スイッチング素子４４がオンになる時間をオン／オフの１周期で割ったデューティ比をαとすると、コンバータ出力電圧ＶｏはＶｏ＝α・Ｖｉである。スイッチング素子４４およびスイッチング素子４６は交互にオン／オフされるため、スイッチング素子４６のデューティ比は、（１−α）である。デューティ比αは、降圧コンバータ２２Ａのスイッチング状態を設定する値であるといえる。

プラス出力端子２８とマイナス出力端子３０との間の電圧が一定である場合には、デューティ比αを増加させる程、コンバータ入力電圧Ｖｉは減少し、プラス入力端子２４に流入する電流は増加する。これによって、プラス入力端子２４およびマイナス入力端子２６から降圧コンバータ２２Ａ側を見たインピーダンスは小さくなる。一方、デューティ比αを減少させる程、コンバータ入力電圧Ｖｉは増加し、プラス入力端子２４に流入する電流は減少する。これによって、プラス入力端子２４およびマイナス入力端子２６から降圧コンバータ２２Ａ側を見たインピーダンスは大きくなる。

なお、スイッチング素子４６の代わりにダイオードが用いられてもよい。この場合、マイナス入力端子２６およびマイナス出力端子３０の側にダイオードのアノード端子が接続される。

太陽電池の出力電力の制御について説明するため、ここでは太陽電池の特性について説明する。図３には太陽電池の電圧電流特性が示されている。電圧電流特性は、太陽電池の出力電圧と、太陽電池の正極端子から流出する出力電流との関係を示す特性である。横軸は出力電圧を示し、縦軸は出力電流を示す。ここでは、インピーダンスが変化する負荷装置が太陽電池に接続されているものとする。

点ＱＳで示されているように、太陽電池が開放状態とされ、太陽電池の出力電流が０であるときは太陽電池における電圧降下はなく、出力電圧は最大電圧ＶＳとなる。このとき、太陽電池の出力電力は０である。太陽電池に対する負荷インピーダンスが変化することによって出力電流が増加すると、太陽電池における電圧降下が大きくなり、矢印５２で示されているように出力電圧が小さくなる。太陽電池の出力電力は、電圧電流特性上の点Ｑにおける出力電圧と出力電流との積であり、ハッチングが施された長方形の面積で表される。この面積が最大となる電圧電流特性上の点では太陽電池の出力電力が最大になる。このような点は最大電力点ＭＰＰ（Maximum Power Point）と称される。出力電流が、最大電力点ＭＰＰにおける値よりもさらに大きくなると、点ＱＥで示されているように出力電圧は０まで減少し、太陽電池の出力電力は０となる。

このように、太陽電池には内部抵抗があり、太陽電池に電流が流れると電圧降下によって太陽電池の出力電圧が減少する。電圧電流特性上には出力電力が最大となる最大電力点ＭＰＰが存在し、出力電圧および出力電流が最大電力点ＭＰＰにおける値となるよう、太陽電池に対する負荷インピーダンスを調整することで、太陽電池から最大の出力電力が得られる。

図４には、負荷インピーダンスを変化させて、出力電圧を最大値ＶＳから０まで減少させた場合における、出力電圧に対する出力電力の特性（電圧電力特性）が示されている。横軸は出力電圧を示し、縦軸は出力電力を示す。出力電圧が最大値ＶＳから減少するに従って出力電力は増加し、最大電力点ＭＰＰにおいて最大値に達した後、減少して０に達する。図５には、照射される光の照度が異なる３つの場合について、電圧電力特性５４Ａ、５４Ｂおよび５４Ｃが例示されている。電圧電力特性５４Ａは、電圧電力特性５４Ｂよりも照度が大きい場合の特性であり、電圧電力特性５４Ｂは、電圧電力特性５４Ｃよりも照度が大きい場合の特性である。照度が大きい程、出力電力は大きくなり、照度の変化に応じて最大電力点ＭＰＰに対応する出力電圧および負荷インピーダンスが変化する。

最大電力点ＭＰＰは、最大電圧ＶＳを基準とした一定の目標範囲内にあることが多い。すなわち、最大電圧ＶＳに対し、ａ・ＶＳ以上、ｂ・ＶＳ以下の目標範囲内に最大電力点ＭＰＰが存在することが多い。例えば、ａが０．７であり、ｂが０．９である太陽電池が広く生産されている。この場合、最大電圧ＶＳの７０％以上、９０％以下の目標範囲内に最大電力点ＭＰＰが存在する。

このように、太陽電池の出力電力が最大となる負荷インピーダンスは、環境条件の変化に応じて変化する。そこで、本発明の実施形態に係る太陽電池制御装置１０では、電圧コンバータ２２の制御によって、太陽電池１２に対する負荷インピーダンスを適切に制御する。ここでは、電圧コンバータ２２として、図２に示されている降圧コンバータ２２Ａを用いた場合の制御について説明する。

降圧コンバータ２２Ａのスイッチング素子４４およびスイッチング素子４６は交互にオン／オフされるため、スイッチング素子４４のデューティ比をαとした場合には、スイッチング素子４６のデューティ比は（１−α）となる。

最初に制御部３２は、スイッチング素子４４のデューティ比αを０とする。これによって太陽電池１２は開放状態となり、電圧検出値Ｖｄは最大検出値ＶＳとなる。制御部３２は、電圧検出値Ｖｄが最大検出値ＶＳから目標範囲内の値に達するまで、降圧コンバータ２２Ａを制御して電圧検出値Ｖｄを所定の第１変化幅Δ１で減少させる。この際、制御部３２は、デューティ比αを増加させることで、電圧検出値Ｖｄを第１変化幅Δ１で減少させる。

制御部３２は、電圧検出値Ｖｄを第１変化幅Δ１で減少させるごとに、電圧検出値Ｖｄおよび電流検出値Ｉｄを取得して電力検出値Ｗ＝Ｉｄ・Ｖｄを求める。そして、電圧検出値Ｖｄを第１変化幅Δ１で減少させるごとに、電圧検出値Ｖｄ、デューティ比αおよび電力検出値Ｗを対応付けて記憶する。

図６には、電圧検出値Ｖｄを、最大検出値ＶＳから第１変化幅Δ１で減少させる処理が、Ｖｄ軸上の矢印によって概念的に示されている。各電圧検出値Ｖｄに対しては、電圧電力特性に応じた電力検出値Ｗが求められ、電圧検出値Ｖｄ、デューティ比α、および電力検出値Ｗが対応付けられる。

制御部３２は、電圧検出値Ｖｄが目標範囲内の値に達した後は、電圧検出値Ｖｄが目標範囲の下限値ａ・ＶＳ未満の最初の値（最小検出値）に達するまで、降圧コンバータ２２Ａを制御して電圧検出値Ｖｄを所定の第２変化幅Δ２で減少させる。第２変化幅Δ２は、上記の第１変化幅Δ１よりも小さい値とする。例えば、第２変化幅Δ２は、第１変化幅Δ１の５分の１とする。この際、制御部３２は、デューティ比αを増加させることで、電圧検出値Ｖｄを第２変化幅Δ２で減少させる。

制御部３２は、電圧検出値Ｖｄを第２変化幅Δ２で減少させるごとに、電圧検出値Ｖｄおよび電流検出値Ｉｄを取得して電力検出値Ｗを求める。そして、電圧検出値Ｖｄを第２変化幅Δ２で減少させるごとに、電圧検出値Ｖｄ、デューティ比α、および電力検出値Ｗを対応付けて記憶する。

図６には、電圧検出値Ｖｄを、目標範囲内の値から最小検出値に達するまで第２変化幅Δ２で電圧検出値Ｖｄを減少させる処理が、Ｖｄ軸上の矢印によって概念的に示されている。各電圧検出値Ｖｄに対しては、電圧電力特性に応じた電力検出値Ｗが求められ、電圧検出値Ｖｄ、デューティ比α、および電力検出値Ｗが対応付けられる。

制御部３２は、電圧検出値Ｖｄの変化範囲において記憶された、電圧検出値Ｖｄ、デューティ比α、および電力検出値Ｗの対応関係に基づいて、電圧検出値Ｖｄの変化範囲において電力検出値Ｗが最大値となるときの最適化デューティ比を求める。そして、降圧コンバータ２２Ａのスイッチング素子４４のデューティ比を最適化デューティ比に設定し、スイッチング素子４６のデューティ比を、最適化デューティ比を１から減じた値に設定する。図６に示される例では、最大電力点ＭＰＰにおけるデューティ比が最適化デューティ比として求められる。

各スイッチング素子のデューティ比が、最適化デューティ比に従って設定されることで、電力検出値Ｗが最大値となるという目標条件が満たされ、太陽電池１２からは最大の電力が出力される。

制御部３２は、上記の処理に従って最適化デューティ比を求め、最適化デューティ比に従って各スイッチング素子のデューティ比を設定する処理を所定の時間間隔で繰り返し実行する。なお、スイッチング素子４６の代わりにダイオードが用いられる場合には、デューティ比の設定は、スイッチング素子４４についてのみ行えばよい。

このような処理によれば、最大検出値ＶＳを基準として定められた目標範囲内に電圧検出値Ｖｄが含まれるか否かに基づいて変化幅が設定される。すなわち、電圧検出値Ｖｄが目標範囲内の値よりも大きいときは、目標範囲内で設定される第２変化幅よりも大きい第１変化幅が設定される。これによって、目標範囲内にある最大電力点が迅速に探索されると共に、目標範囲内にある最大電力点の探索分解能が向上する。

太陽電池には、図７に示されているように、最大電力点ＭＰＰに対応する出力電圧が目標範囲内の電圧よりも低いものがある。この場合、電圧検出値Ｖｄの変化範囲内には、電圧電力特性の最大電力点ＭＰＰが見出されない。そして、電圧電力特性上の点５６で示されているように、電圧検出値Ｖｄが最小検出値に達したときに、電力検出値Ｗが、電圧検出値Ｖｄの変化範囲における最大値となる。この場合、電圧検出値Ｖｄが最小検出値に達したときのデューティ比αが最適化デューティ比として求められる。各スイッチング素子のデューティ比が、最適化デューティ比に従って設定されることで、電力検出値Ｗが、電圧検出値Ｖｄの変化範囲における最大値となるという目標条件が満たされる。

また、バッテリの出力電圧、負荷装置で発生する起電力等、降圧コンバータ２２Ａよりも負荷側の回路の状態によっては、降圧コンバータ２２Ａのスイッチング素子４４のデューティ比αに関わらず、電圧検出値Ｖｄがある限界値ＶＬより小さくならない場合がある。この場合、制御部３２は、最大検出値ＶＳから限界値ＶＬまで電圧検出値Ｖｄを減少させ、この範囲において電力検出値Ｗが最大値となるときのデューティ比αを最適化デューティ比として求める。図８には、電圧検出値Ｖｄが限界値ＶＬより小さくならない場合の電圧電力特性の例が示されている。この例では、限界値ＶＬは目標範囲内の値であり、デューティ比αを増加させたとしても、電圧検出値Ｖｄは下限値ＶＬよりも小さくならない。この場合、下限値ＶＬに対応する電圧電力特性上の点５８におけるデューティ比αが、最適化デューティ比として求められる。各スイッチング素子のデューティ比が、最適化デューティ比に従って設定されることで、電力検出値Ｗが下限値ＶＬにおける値となるという目標条件が満たされる。なお、限界値ＶＬが目標範囲内の値よりも大きい場合についても、同様の処理によって最適化デューティ比が求められる。

上記では、電圧検出値Ｖｄの変化範囲において、電圧検出値Ｖｄ、デューティ比α、および電力検出値Ｗを対応付けて記憶した後に、電力検出値Ｗが最大値となるときの最適化デューティ比を求める処理について説明した。このような処理の他、電圧検出値Ｖｄを減少させる過程において、電力検出値Ｗの極大値が見出されたときは、その極大値に対応するデューティ比αを最適化デューティ比とする処理を実行してもよい。

この場合、制御部３２は、電圧検出値Ｖｄを所定の変化幅で減少させる前後について電力検出値Ｗを比較する。そして、電圧検出値Ｖｄを減少させた後の電力検出値Ｗ２が、電圧検出値Ｖｄを減少させる前の電力検出値Ｗ１よりも小さい場合には、電力検出値Ｗ１を電力検出値Ｗの極大値として認識し、電力検出値Ｗ１に対応するデューティ比αを最適化デューティ比として求める。

このような処理によれば、必ずしも電圧検出値Ｖｄを最大検出値ＶＳから最小検出値に達するまでの全範囲に亘って減少させる必要がない。そのため、迅速に最適化デューティ比が求められる。

上記では、太陽電池１２を開放状態としたときの電圧検出値Ｖｄを最大検出値ＶＳとした。最大検出値ＶＳは、太陽電池１２の出力電力が予め定められた最小値となるとき、すなわち、太陽電池１２が最小負荷状態（開放状態を含む。）にあるときの電圧検出値Ｖｄとして定義してもよい。

また、上記では、電圧コンバータ２２として降圧コンバータ２２Ａを用いた例について説明した。電圧コンバータ２２として昇圧コンバータを用いた場合にも同様の処理によって、最適化デューティ比を求めることができる。この場合、昇圧コンバータに含まれるスイッチング素子のデューティ比を変化させることで、電圧検出値Ｖｄを最大検出値ＶＳから所定の変化幅で減少させて、電力検出値Ｗが目標条件を満たすときのデューティ比が最適デューティとして求められる。

１０太陽電池制御装置、１２太陽電池、１４電池側ダイオード、１６電流計、１８電圧計、２０電圧調整部、２２電圧コンバータ、２２Ａ降圧コンバータ、２４プラス入力端子、２６マイナス入力端子、２８プラス出力端子、３０マイナス出力端子、３２制御部、３４負荷側ダイオード、３６バッテリ、３８プラス負荷端子、４０マイナス負荷端子、４２負荷装置、４４，４６スイッチング素子、４８インダクタ、５０コンデンサ、５２矢印、５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ電圧電力特性、５６検出電圧の変化範囲の最小値に対応する電圧電力特性上の点、５８下限値ＶＬに対応する電圧電力特性上の点。

Claims

太陽電池と負荷装置との間に設けられ、前記太陽電池から出力される電圧をスイッチングにより調整して前記負荷装置に出力する電圧調整部を備え、
前記電圧調整部は、
スイッチング状態を調整して、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電圧を最大電圧から所定の変化幅で減少させ、前記太陽電池から前記電圧調整部に出力される出力電力が目標条件を満たすときの最適スイッチング状態を探索する制御部を備え、
前記最大電圧は、前記太陽電池が最小負荷状態にあるときに前記太陽電池から出力される電圧であり、
前記制御部は、
前記最大電圧を基準として前記出力電圧に対して定められた目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されたときは、前記最適スイッチング状態に前記スイッチング状態を設定し、
前記電圧調整部が前記スイッチング状態を調整したとしても、前記負荷装置の状態によって、前記目標範囲内における限界値よりも前記出力電圧が小さくならず、前記目標範囲内で前記最適スイッチング状態が探索されないときは、前記最大電圧から前記限界値までの範囲で前記出力電力が最大となるときの状態に前記スイッチング状態を設定し、
前記目標範囲内に前記出力電圧が含まれるか否かに基づいて前記変化幅を設定する、ことを特徴とする太陽電池制御装置。
請求項１に記載の太陽電池制御装置において、
前記目標条件は、前記出力電力が極大値となるという条件であり、
前記制御部は、前記スイッチング状態を調整することで前記出力電圧を前記変化幅で減少させ、前記出力電力が極大値となったときは、その極大値が得られるときの前記スイッチング状態を前記最適スイッチング状態とする、ことを特徴とする太陽電池制御装置。
請求項１または請求項２に記載の太陽電池制御装置において、
前記制御部は、前記出力電圧が前記目標範囲内にあるときは、前記出力電圧が前記目標範囲内の値よりも大きいときに比べて前記変化幅を小さい値とする、ことを特徴とする太陽電池制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池制御装置において、
前記電圧調整部は、スイッチング素子を含む電圧コンバータを備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子に対するデューティ比を設定することを特徴とする太陽電池制御装置。