JPH06259152A - 太陽電池電源及びその制御方法 - Google Patents
太陽電池電源及びその制御方法Info
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- JPH06259152A JPH06259152A JP5048036A JP4803693A JPH06259152A JP H06259152 A JPH06259152 A JP H06259152A JP 5048036 A JP5048036 A JP 5048036A JP 4803693 A JP4803693 A JP 4803693A JP H06259152 A JPH06259152 A JP H06259152A
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Abstract
ようにした太陽電池電源及びその制御方法に関し、太陽
電池の最適動作点追尾における無駄な制御を無くして短
時間で最適動作点に至ることを可能とし、これによって
太陽電池の発電電力を有効に利用することを目的とす
る。 【構成】太陽電池と、太陽電池の出力する直流電力を交
流電力に変換するとともに太陽電池の動作点を変化させ
ることが可能なスイッチング回路とを有し、太陽電池が
最適動作点で動作するように最適動作点追尾制御が行わ
れるように構成された太陽電池電源の制御方法におい
て、最適動作点追尾制御を行う範囲を太陽電池の最適動
作点の変動範囲に限定し、太陽電池の最適動作点の変動
範囲外においては、動作電圧が一定となるように定電圧
制御を行う。
Description
追尾制御を効率良く行うようにした太陽電池電源及びそ
の制御方法に関する。
システム、非常用電源システム、ソーラーエアコンシス
テムなど各種のシステムに利用され、システムの省エネ
ルギー化に大きく貢献している。しかし、太陽電池の出
力は、照度(太陽の日射量)及び温度に応じて大きく変
動し、それにともなって最大出力を取り出せる最適動作
点も変動する。
は、太陽電池が常に最適動作点で動作するように、例え
ば電力変換装置に組み込まれたスイッチング回路におい
てPWM制御による最適動作点追尾制御(最大電力追尾
制御)が行われている。従来の最適動作点追尾制御は、
太陽電池の動作点の全変動範囲、すなわち太陽電池の開
放電圧から短絡電流が流れる零電圧までの全範囲にわた
って行われている。
の出力電圧及び出力電流の検出を開始し、これらの積に
より求められる電力値を増大させるべくスイッチング回
路のパルス幅を所定量ずつ変化させることにより、太陽
電池の出力電圧が開放電圧から最適動作電圧に至るまで
の間において段階的に推移するように制御されている。
また、外乱などの影響によって制御が外れた場合には、
再度、開放電圧からの追尾が開始されるようになってい
る。
池の最適動作点は、開放電圧の近辺には存在せず、且つ
短絡電流の流れる零電圧近辺にも存在しない。したがっ
て、従来の最適動作点追尾制御によると、最適動作点の
存在しない発電動作の両端部分においても最適動作点追
尾を行うという全く無駄な制御が行われていることとな
る。
作点に至るまでに数秒乃至10秒程度の時間遅れが生
じ、その間においては太陽電池の発電電力が有効に利用
されないばかりでなく、太陽電池電源によって駆動され
るシステムの効率又は稼働率が低下するという問題があ
った。
最適動作点追尾における無駄な制御を無くして短時間で
最適動作点に至ることを可能とし、これによって太陽電
池の発電電力を有効に利用することのできる太陽電池電
源及びその制御方法を提供することを目的とする。
陽電池電源は、上述の課題を解決するため、太陽電池
と、前記太陽電池の出力する直流電力を交流電力に変換
するとともに前記太陽電池の動作点を変化させることが
可能なスイッチング回路と、前記太陽電池の最適動作点
の変動範囲内において、前記スイッチング回路を制御し
て前記太陽電池が最適動作点で動作するように最適動作
点追尾制御を行うための手段と、前記太陽電池の最適動
作点の変動範囲外において、前記スイッチング回路を制
御して前記太陽電池の動作電圧が一定となるように定電
圧制御を行うための手段と、を有して構成される。
池と、前記太陽電池の出力する直流電力を交流電力に変
換するとともに前記太陽電池の動作点を変化させること
が可能なスイッチング回路とを有し、前記太陽電池が最
適動作点で動作するように最適動作点追尾制御が行われ
るように構成された太陽電池電源の制御方法において、
前記最適動作点追尾制御を行う範囲を前記太陽電池の最
適動作点の変動範囲に限定し、前記太陽電池の最適動作
点の変動範囲外においては、動作電圧が一定となるよう
に定電圧制御を行う太陽電池電源の制御方法である。
陽電池の最適動作点の変動範囲を、前記太陽電池への日
射量又は太陽電池の温度の変動に基づく最適動作点の最
大変動範囲に対応して設定する太陽電池電源の制御方法
である。
ング回路によって交流電力に変換され、その後必要に応
じて直流電力に変換される。スイッチング回路では、太
陽電池の出力電流又は出力電圧を制御することにより、
太陽電池の動作点の最適動作点追尾制御又は定電圧制御
が行われる。
変動などによる太陽電池の最適動作点の変動範囲内にお
いて行われる。その変動範囲外においては定電圧制御が
行われる。
上がり時などのように太陽電池の出力電圧が開放電圧と
なっている場合には、太陽電池の出力電圧が設定された
変動範囲の上限に到達するまで定電圧制御が行われ、変
動範囲に入った後に最適動作点追尾制御が行われる。
ソーラーエアコンシステム1の概略の回路を示すブロッ
ク図である。
1は太陽電池電源3及びインバータエアコン5から構成
されている。太陽電池電源3は、太陽電池PV、及び太
陽電池PVの出力する直流電力をそれよりも電圧の高い
直流電力に変換するDCーDCコンバータ11から構成
されている。
交流電力に変換するスイッチング回路21、整流平滑回
路22、及び制御回路23などからなっている。
するようにPWM制御される2つのトランジスタTR
1,2、トランスT1、及びコンデンサC1などからな
り、各トランジスタTR1,2のオン時間(オン時間と
オフ時間のデューティ比)を変化させることによって太
陽電池PVから流れ込む電流Isが変化し、これにとも
なって太陽電池PVの出力電圧Vsが変化する。このよ
うにして太陽電池PVの動作点が制御されるようになっ
ている。
C1、チョークコイルCH1、及び平滑コンデンサC2
などからなり、トランスT1の2次側の出力を整流し平
滑して直流電力を出力する。
Vsを検出するための、抵抗R1,2及びフォトカプラ
PC1などからなる電圧検出回路31、太陽電池PVの
出力電流Isを検出するための変流器CT1、マイクロ
コンピュータ33、及びPWM制御回路34などからな
っている。
のプログラムが格納されたメモリ、演算用のワークメモ
リ、AD入力ポート及びPWMポートなどの種々の入出
力用ポートを有しており、電圧検出回路31及び変流器
CT1から入力される電圧Vs及び電流Isに基づいて
所定の演算を行い、スイッチング回路21において太陽
電池PVの最適動作点追尾制御(以下において「追尾制
御」ということがある)及び定電圧制御が行われるよう
にPWM制御回路34へデジタル値のPWM信号S1を
出力する。詳細は後述する。
ータ33から出力されるPWM信号S1に対応した幅の
パルスP1,2を交互に出力し、これによって上述のト
ランジスタTR1,2の各オン時間を制御する。
が可変のインバータINVによって室外機のコンプレッ
サ用モータMの回転制御が行われる公知のものであり、
倍電圧整流回路41を介して供給される商用電源と上述
の太陽電池電源3とによる並列運転が行われる。
作、特に太陽電池電源3の最適動作点追尾制御について
詳しく説明する。
が最適動作点で動作するように追尾制御が行われるが、
追尾制御の行われる範囲が太陽電池PVの最適動作点の
変動範囲E(変動範囲E1,E2、図2を参照)に限定
されており、太陽電池PVの最適動作点の変動範囲E外
においては、動作電圧(出力電圧Vs)が一定となるよ
うな定電圧制御が行われる。
した電圧Vs及び電流Isに基づいて電力値を求め、今
回に求めた電力値PVP1と前回に求めた電力値PVP
0とを比較し、その比較結果に基づいて、次回に検出さ
れる電力値が増大するようにPWM信号S1の値(PW
M値)を増減する。
Eの上限を越えている場合にはこの上限に対応する出力
電圧VsとなるようにPWM信号S1の値(PWM値)
を増減し、変動範囲Eの下限を越えている場合にはこの
下限に対応する出力電圧VsとなるようにPWM信号S
1の値(PWM値)を増減する。
範囲Eについて説明する。図2は追尾制御が行われる変
動範囲Eを説明するための図である。この内、図2
(a)では、温度を一定とし、太陽電池PVに入射する
日射量(照度)をパラメータとして、太陽電池PVの出
力電圧Vsと出力電流Isとの関係が示されており、図
2(b)では、太陽電池PVに入射する日射量を一定と
し、温度をパラメータとして、太陽電池PVの出力電圧
Vsと出力電流Isとの関係が示されている。
よって日中における日射量が最も少なくなったときの日
射量である10mW/cm2 から、太陽光による最大日
射量である100mW/cm2 までの複数の出力電圧対
出力電流曲線と、それぞれにおける最適動作点Pmax
が示されている。太陽電池PVを太陽光発電に用いる場
合の実用範囲としては、10〜100mW/cm2 の範
囲の日射量を考えれば充分である。この図から理解でき
るように、日射量の変動による最適動作点Pmaxの変
動範囲E1は、太陽電池PVの出力電圧Vsの全範囲
(0〜開放電圧)の中の一部分である。
動範囲E1内に限定し、変動範囲E外においては、つま
り最適動作点Pmaxとはなりえない範囲においては、
追尾制御を行うことなく、処理時間のより短い定電圧制
御を行うこととし、これにより制御の無駄を無くして最
適動作点追尾のための処理に要する時間の短縮を図り、
短時間で最適動作点Pmaxに達するように制御を行う
のである。
着目した場合には、変動範囲E1の下限値に対応する出
力電圧Vsが下限電圧VLiとなり、上限値に対応する
出力電圧Vsが上限電圧VHiとなる。
によって太陽電池PVの温度が0〜80℃の範囲で変動
した場合の複数の出力電圧対出力電流曲線と、それぞれ
における最適動作点Pmaxが示されている。太陽電池
PVの実用範囲として、0〜80℃の範囲の温度を考え
れば充分である。この図に示されるように、温度の変動
に着目した場合には、変動範囲E2の下限値に対応する
出力電圧Vsが下限電圧VLdとなり、上限値に対応す
る出力電圧Vsが上限電圧VHdとなる。
圧Vsの範囲が、一般的に用いられる太陽電池PVでは
例えば50〜70V又は65〜85Vなどのオーダーで
設定される。なお、上においては、説明の便宜上、日射
量又は温度がそれぞれ単独で変動した場合について述べ
たが、実際には日射量及び温度が同時に変動するので、
これらの両方の変動を考慮することが望ましい。その場
合には、例えば最低日射量且つ最高温度における最適動
作点Pmaxから最高日射量且つ最低温度における最適
動作点Pmaxまでの範囲を変動範囲Eとし、それぞれ
の下限及び上限に対応する出力電圧Vsを下限電圧VL
及び上限電圧VHとすればよい。また、日射量の範囲と
温度の範囲とを上述以外に種々組み合わせてもよく、日
射量及び温度以外の要素を組み合わせてもよい。下限電
圧VL又は上限電圧VHとして、適度の余裕幅を持たせ
てもよい。
作の概略をフローチャートを参照して説明する。
と下限電圧VLとを比較し(#11)、電圧Vsが下限
電圧VLよりも小さい場合には、PWM信号S1の値
(PWM値)を1つ減算する(#12)。また、検出さ
れた電圧Vsが上限電圧VHよりも大きい場合には(#
13でイエス)、PWM信号S1の値(PWM値)を1
つ加算する(#14)。これらの処理が繰り返されるこ
とによって、太陽電池PVの出力電圧Vsが下限電圧V
L又は上限電圧VHと等しくなるように定電圧制御が行
われる。
までの範囲に入っていれば、つまり変動範囲E内であれ
ば、そのときの電力値を演算し(#15)、最適動作点
追尾制御のルーチンを実行する(#16)。
電池PVが最適動作点Pmaxで動作するように、演
算、比較、又はカウントなど種々の処理が実行され、そ
の結果であるPWM信号S1が出力される。
動作点追尾制御が行われ、太陽電池PVが最適動作点P
maxで動作し、インバータエアコン5に電力が供給さ
れる。
発明における最適動作点追尾制御を行うための手段及び
定電圧制御を行うための手段に相当し、特に、フローチ
ャートの#11〜14の処理が定電圧制御のための処理
に対応し、#16が最適動作点追尾制御のための処理に
対応する。
太陽電池PVの最適動作点追尾制御における無駄な制御
を無くして短時間で最適動作点Pmaxに至ることとな
り、その結果、太陽電池PVの発電電力が有効に利用さ
れ、且つソーラーエアコンシステム1全体の効率及び稼
働率が向上する。
圧制御の内容は種々変更することができる。マイクロコ
ンピュータ33からPWM制御回路34に対してPWM
値に対応するアナログ信号を出力するようにしてもよ
い。太陽電池電源3にはDCーDCコンバータ11を組
み込んだが、DCーDCコンバータ11から整流回路2
2を取り除き、スイッチング回路21から交流電力を出
力するように構成してもよい。その場合には、例えば家
庭用の商用電源にスイッチング回路21からの交流電力
を供給し、太陽電池電源3と商用電源との系統連係を図
ることもできる。その他、スイッチング回路21、整流
回路22、制御回路23などの構成、素子の種類又は定
数、フローチャートの内容及び順序、太陽電池電源3、
ソーラーエアコンシステム1の各部の構成などは、本発
明の主旨に沿って種々変更することができる。
追尾における無駄な制御を無くして短時間で最適動作点
に至ることが可能となり、太陽電池の発電電力を有効に
利用することができ、且つシステムの効率又は稼働率を
向上させることができる。
動作点の変動範囲を太陽電池の使用環境に応じた実用範
囲に設定することができる。
アコンシステムの概略の回路を示すブロック図である。
するための図である。
示すフローチャートである。
段、定電圧制御を行うための手段) E1,E2 変動範囲 PV 太陽電池
Claims (3)
- 【請求項1】太陽電池と、 前記太陽電池の出力する直流電力を交流電力に変換する
とともに前記太陽電池の動作点を変化させることが可能
なスイッチング回路と、 前記太陽電池の最適動作点の変動範囲内において、前記
スイッチング回路を制御して前記太陽電池が最適動作点
で動作するように最適動作点追尾制御を行うための手段
と、 前記太陽電池の最適動作点の変動範囲外において、前記
スイッチング回路を制御して前記太陽電池の動作電圧が
一定となるように定電圧制御を行うための手段と、 を有してなることを特徴とする太陽電池電源。 - 【請求項2】太陽電池と、前記太陽電池の出力する直流
電力を交流電力に変換するとともに前記太陽電池の動作
点を変化させることが可能なスイッチング回路とを有
し、前記太陽電池が最適動作点で動作するように最適動
作点追尾制御が行われるように構成された太陽電池電源
の制御方法において、 前記最適動作点追尾制御を行う範囲を前記太陽電池の最
適動作点の変動範囲に限定し、 前記太陽電池の最適動作点の変動範囲外においては、動
作電圧が一定となるように定電圧制御を行うことを特徴
とする太陽電池電源の制御方法。 - 【請求項3】前記太陽電池の最適動作点の変動範囲を、
前記太陽電池への日射量又は太陽電池の温度の変動に基
づく最適動作点の最大変動範囲に対応して設定する請求
項2記載の太陽電池電源の制御方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP04803693A JP3373882B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 太陽電池電源及びその制御方法 |
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JPH06259152A true JPH06259152A (ja) | 1994-09-16 |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-03-09 JP JP04803693A patent/JP3373882B2/ja not_active Expired - Fee Related
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