制御装置
【課題】 太陽電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする制御装置を提供する制御装置を提供する。
【解決手段】 PCS200は、日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部240と、太陽電池11の動作点を制御する制御部250とを備える。制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲内である場合に、太陽電池11の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。
【解決手段】 PCS200は、日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部240と、太陽電池11の動作点を制御する制御部250とを備える。制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲内である場合に、太陽電池11の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、太陽電池の出力(発電能力)を最大化するために、太陽電池の動作点(動作点電圧値と電力値とによって定まる点、或いは、動作点電圧値と電流値とによって定まる点)を変化させる技術が知られている。このような技術は、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法と称される。
【0003】
ここで、最適動作点の学習によって、太陽電池の動作点を速やかに最適動作点に近づける技術が提案されている(例えば、特許文献1)。詳細には、以下に示す動作によって、太陽電池を制御する。
【0004】
(1) 予め日射量などの動作条件をパラメータとして、太陽電池の特性カーブ(例えば、I−V特性)を測定する
(2) 動作条件における最適動作点を求める
(3) 現在のI−V特性に基づいて、実際の動作条件を推定する
(4) 動作条件に対応する最適動作点を制御目標として、太陽電池を制御する
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平7−234733号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、影などの影響によって、出力電力のピークとして複数のピークを有するI−V特性が得られるケースが存在する。このようなケースにおいて、MPPT法では、最初に得られたピークを最適動作点として判定するため、最初に得られたピークが実際には最適動作点でない場合に、太陽電池の発電効率が低下する。
【0007】
例えば、太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づけるMPPT法を高電圧から開始する場合において、低電圧側及び高電圧側にピークが存在しており、低電圧側のピークが最適動作点であるケースについて考える。このようなケースでは、高電圧側のピークが最低動作点として判定されるため、太陽電池の動作電圧が低電圧側のピークに対応する動作電圧に制御されない。
【0008】
このように、MPPT法によって最適動作点が誤判定される状態を回避するために、太陽電池の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大する制御を行う技術が提案されている。
【0009】
しかしながら、太陽電池の動作点が最適動作点の近傍である場合に、太陽電池の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大してしまうと、太陽電池の動作点が最適動作点に収束せずに、太陽電池の発電効率が低下してしまう。
【0010】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、太陽電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
第1の特徴に係る制御装置は、太陽電池を制御する。制御装置は、日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部と、前記太陽電池の動作点を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲内である場合に、前記太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲外である場合に、前記通常制御とは異なる非通常制御を行う。
【0012】
第1の特徴において、前記太陽電池の出力電力が大きいほど、前記通常動作範囲が広い。
【0013】
第1の特徴において、前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点と、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点とによって定められる。
【0014】
第1の特徴において、前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度毎に定められる。
【0015】
第1の特徴において、前記通常範囲を定める前記日射量毎の最適動作点は学習によって取得される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、太陽電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】図1は、第1実施形態に係る需要家10の構成を示す図である。
【図2】図2は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブの条件を示す図である。
【図3】図3は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図4】図4は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図5】図5は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図6】図6は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図7】図7は、第1実施形態に係る通常動作範囲R(N)を説明するための図である。
【図8】図8は、第1実施形態に係る通常動作範囲R(N)を説明するための図である。
【図9】図9は、変更例1に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図10】図10は、変更例2に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図11】図11は、変更例2に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図12】図12は、変更例2に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下において、本発明の実施形態に係る制御装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【0019】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0020】
[実施形態の概要]
実施形態に係る制御装置は、太陽電池を制御する。制御装置は、日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部と、前記太陽電池の動作点を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲内である場合に、前記太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲外である場合に、前記通常制御とは異なる非通常制御を行う。
【0021】
実施形態では、制御部は、太陽電池の動作点が通常動作範囲外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。従って、太陽電池の動作点が最適動作点の近傍である場合に、非通常制御が行われて、太陽電池の発電効率の低下を招く状態を回避することができる。
【0022】
なお、非通常制御とは、太陽電池の動作点を最小動作点(例えば、最小動作電圧)に変更する制御、或いは、太陽電池の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大する制御などである。
【0023】
[第1実施形態]
(需要家)
以下において、第1実施形態に係る需要家の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る需要家10の構成を示す図である。なお、図1では、需要家10に設けられるPCS(Power Conditioning System)について主として説明する。
【0024】
図1に示すように、需要家10は、太陽電池11を有する。また、需要家10は、太陽電池11と電力系統31との間の連系/解列を切り替えるスイッチ12を有する。さらに、需要家10は、太陽電池11を制御するPCS200を有する。
【0025】
また、スイッチ12がオンである場合に、需要家10の状態は、太陽電池11が電力系統31に連系された状態(連系状態)である。連系状態においては、太陽電池11によって発電された電力を売電することが可能である。
【0026】
PCS200は、昇圧回路210と、インバータ回路220と、検出回路230と、記憶部240と、制御部250とを有する。
【0027】
昇圧回路210は、太陽電池11及びインバータ回路220に接続される。昇圧回路210は、太陽電池11から出力される電力の電圧を昇圧する。
【0028】
インバータ回路220は、昇圧回路210に接続されており、スイッチ12を介して電力系統31に接続される。インバータ回路220は、電力系統31から供給される交流電力を直流電力に変換する。インバータ回路220は、昇圧回路210から供給される直流電力を交流電力に変換する。
【0029】
検出回路230は、太陽電池11から出力される電力の値を検出する。具体的には、検出回路230は、太陽電池11から出力される電力の電圧値(V)及び電流値(I)を検出する。
【0030】
記憶部240は、各種情報を記憶する。例えば、記憶部240は、日射量(kW/m2)毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する。
【0031】
例えば、太陽電池11の特性は、日射量及び太陽電池11のパネル温度によって異なる。従って、日射量及び太陽電池11のパネル温度の関係は、図2に示す関係で表すことが可能である。
【0032】
また、“標準”、“冬場”、“夏場”、“春・夏”の4種類について、図3〜図6に示す日射量毎の最適動作点を取得することが可能である。なお、図3では、太陽電池11のパネル温度が一定温度(25℃)であるケースの特性カーブが示されている。図4では、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケース(冬場)における特性カーブが示されている。図5では、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケース(夏場)における特性カーブが示されている。図6では、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高く、第2温度範囲よりも低い第3温度範囲内で変化するケース(春・秋)における特性カーブが示されている。
【0033】
特性カーブは、太陽電池11の出力電流値(I)及び太陽電池11の出力電圧値(V)の関係を示すI−V特性(曲線)である。或いは、太陽電池11の出力電力値(W)及び太陽電池11の出力電圧値(V)の関係を示す出力特性(曲線)であってもよい。
【0034】
なお、図3〜図6では、特性カーブが出力特性(曲線)であるケースについて例示されている。すなわち、日射量(kW/m2)が“0.1”であるときに、出力特性(曲線)が“W0.1”である。同様に、日射量(kW/m2)が“0.2”、“0.4”、“0.6”、“0.8”、“1”であるときに、出力特性(曲線)が“W0.2”、“W0.4”、“W0.6”、“W0.8”、“W1”である。
【0035】
図3に示すように、太陽電池11のパネル温度が一定温度(25℃)である場合には、日射量毎の最適動作点は、“MPa”で一般的に表される。また、“MPa”を結ぶ仮想線は、“a”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPaの推移は、仮想線aによって表される。
【0036】
図4に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケース(冬場)において、日射量毎の最適動作点は、“MPb”で一般的に表される。また、“MPb”を結ぶ仮想線は、“b”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPbの推移は、仮想線bによって表される。
【0037】
図5に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケース(夏場)において、日射量毎の最適動作点は、“MPc”で一般的に表される。また、“MPc”を結ぶ仮想線は、“c”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPcの推移は、仮想線cによって表される。
【0038】
図6に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高く、第2温度範囲よりも低い第3温度範囲内で変化するケース(春・秋)において、日射量毎の最適動作点は、“MPd”で一般的に表される。また、“MPd”を結ぶ仮想線は、“d”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPdの推移は、仮想線dによって表される。
【0039】
このように、太陽電池11のパネル温度が変化する場合には、太陽電池11のパネル温度が一定温度である場合に比べて、日射量毎の最適動作点を結ぶ仮想線の形状が異なることに留意すべきである。
【0040】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、図7及び図8に示すように、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)及び仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。詳細には、図7に示すように、仮想線b、仮想線c及び仮想線dによって、最適動作点が変化し得る範囲が特定される。続いて、図8に示すように、特定された範囲をカバーするように、通常動作範囲R(N)が設定される。
【0041】
ここで、図8に示すように、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、通常動作範囲R(N)については、最適動作点が変化し得る範囲よりも広く設定することが好ましい。この理由は、設定した範囲内で十分な電力が得られていれば、最大電力点を大きく逸脱していないということに他ならず、逆に、設定した範囲内で十分な電力が得られていなければ、最大電力点で動作していない可能性が高くなるためである。また、出力電力が少ない状況では、仮に、このような状況が日射量の少なさに起因する状況であっても、大きく電圧を変更しても得られる電力に大きな差がないため、システムトータルでの発電電力への影響は少ない。
【0042】
制御部250は、昇圧回路210及び検出回路230に接続される。制御部250は、昇圧回路210のパルス制御によって、太陽電池11の動作点を制御する。
【0043】
具体的には、制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲R(N)内である場合に、太陽電池11の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。すなわち、制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲R(N)内である場合に、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法に従って、太陽電池11の動作点を制御する。
【0044】
一方で、制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲R(N)外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。なお、非通常制御は、太陽電池の動作点を最小動作点(例えば、最小動作電圧)に変更する制御、太陽電池11の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大する制御などである。
【0045】
(作用及び効果)
第1実施形態では、PCS200(制御部250)は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。従って、太陽電池11の動作点が最適動作点の近傍である場合に、非通常制御が行われて、太陽電池11の発電効率の低下を招く状態を回避することができる。
【0046】
第1実施形態では、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、通常動作範囲R(N)が大きい。これによって、不適切な非通常制御が効果的に抑制される。詳細には、図4に示したように、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、すなわち、日射量が大きいほど、最適動作点の近傍における出力特性(曲線)の単位変化量が大きい。従って、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、通常制御が維持されるため、不適切な非通常制御が効果的に抑制される。
【0047】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するときの仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、太陽電池11のパネル温度が第2温度範囲内で変化するときの仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)、太陽電池11のパネル温度が第3温度範囲内で変化するときの仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。従って、1種類の通常動作範囲R(N)を定めることによって、太陽電池11のパネル温度(すなわち、季節等)毎に通常動作範囲R(N)を定めずに、不適切な非通常制御が抑制される。
【0048】
[変更例1]
以下において、第1実施形態の変更例1について説明する。以下においては、第1実施形態に対する相違点について主として説明する。
【0049】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)及び仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。
【0050】
これに対して、変更例1では、図9に示すように、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が一定であるときの仮想線a基準仮想線として定められる。
【0051】
変更例1によれば、仮想線aは、理論上の計算によって理論値として取得しやすいため、通常動作範囲R(N)を容易に定めることができる。
【0052】
[変更例2]
以下において、第1実施形態の変更例2について説明する。以下においては、第1実施形態に対する相違点について主として説明する。
【0053】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)及び仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。
【0054】
これに対して、変更例2では、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が変化する範囲毎に定められる。詳細には、図10に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化する場合には、通常動作範囲R(N−b)は、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)を基準仮想線として定められる。或いは、図11に示すように、太陽電池11のパネル温度が第2温度範囲内で変化する場合には、通常動作範囲R(N−c)は、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)を基準仮想線として定められる。或いは、図12に示すように、太陽電池11のパネル温度が第3温度範囲内で変化する場合には、通常動作範囲R(N−d)は、仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)を基準仮想線として定められる。
【0055】
変更例2によれば、太陽電池11のパネル温度が変化する範囲(例えば、季節)毎に異なる通常動作範囲R(N)を用いる必要があるが、通常動作範囲R(N)の設定精度が向上する。従って、不適切な非通常制御が抑制される。
【0056】
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0057】
実施形態では、特に触れていないが、日射量毎の最適動作点や仮想線は、理論上の計算によって取得される理論値であってもよい。或いは、日射量毎の最適動作点や仮想線は、太陽電池11の設置後において、太陽電池11の最適動作点を学習することによって取得される値であってもよい。
【0058】
実施形態では、特に触れていないが、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するときの仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、及び、太陽電池11のパネル温度が第2温度範囲内で変化するときの仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)によって定められてもよい。すなわち、太陽電池11のパネル温度が第3温度範囲内で変化するときの仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)は考慮されなくてもよい。
【符号の説明】
【0059】
10…需要家、11…太陽電池、12…スイッチ、200…PCS、210…昇圧回路、220…インバータ回路、230…検出回路、240…記憶部、250…制御部
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、太陽電池の出力(発電能力)を最大化するために、太陽電池の動作点(動作点電圧値と電力値とによって定まる点、或いは、動作点電圧値と電流値とによって定まる点)を変化させる技術が知られている。このような技術は、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法と称される。
【0003】
ここで、最適動作点の学習によって、太陽電池の動作点を速やかに最適動作点に近づける技術が提案されている(例えば、特許文献1)。詳細には、以下に示す動作によって、太陽電池を制御する。
【0004】
(1) 予め日射量などの動作条件をパラメータとして、太陽電池の特性カーブ(例えば、I−V特性)を測定する
(2) 動作条件における最適動作点を求める
(3) 現在のI−V特性に基づいて、実際の動作条件を推定する
(4) 動作条件に対応する最適動作点を制御目標として、太陽電池を制御する
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平7−234733号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、影などの影響によって、出力電力のピークとして複数のピークを有するI−V特性が得られるケースが存在する。このようなケースにおいて、MPPT法では、最初に得られたピークを最適動作点として判定するため、最初に得られたピークが実際には最適動作点でない場合に、太陽電池の発電効率が低下する。
【0007】
例えば、太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づけるMPPT法を高電圧から開始する場合において、低電圧側及び高電圧側にピークが存在しており、低電圧側のピークが最適動作点であるケースについて考える。このようなケースでは、高電圧側のピークが最低動作点として判定されるため、太陽電池の動作電圧が低電圧側のピークに対応する動作電圧に制御されない。
【0008】
このように、MPPT法によって最適動作点が誤判定される状態を回避するために、太陽電池の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大する制御を行う技術が提案されている。
【0009】
しかしながら、太陽電池の動作点が最適動作点の近傍である場合に、太陽電池の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大してしまうと、太陽電池の動作点が最適動作点に収束せずに、太陽電池の発電効率が低下してしまう。
【0010】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、太陽電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
第1の特徴に係る制御装置は、太陽電池を制御する。制御装置は、日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部と、前記太陽電池の動作点を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲内である場合に、前記太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲外である場合に、前記通常制御とは異なる非通常制御を行う。
【0012】
第1の特徴において、前記太陽電池の出力電力が大きいほど、前記通常動作範囲が広い。
【0013】
第1の特徴において、前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点と、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点とによって定められる。
【0014】
第1の特徴において、前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度毎に定められる。
【0015】
第1の特徴において、前記通常範囲を定める前記日射量毎の最適動作点は学習によって取得される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、太陽電池の発電効率の低下を抑制することを可能とする制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】図1は、第1実施形態に係る需要家10の構成を示す図である。
【図2】図2は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブの条件を示す図である。
【図3】図3は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図4】図4は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図5】図5は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図6】図6は、第1実施形態に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図7】図7は、第1実施形態に係る通常動作範囲R(N)を説明するための図である。
【図8】図8は、第1実施形態に係る通常動作範囲R(N)を説明するための図である。
【図9】図9は、変更例1に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図10】図10は、変更例2に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図11】図11は、変更例2に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【図12】図12は、変更例2に係る太陽電池11の特性カーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下において、本発明の実施形態に係る制御装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【0019】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0020】
[実施形態の概要]
実施形態に係る制御装置は、太陽電池を制御する。制御装置は、日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部と、前記太陽電池の動作点を制御する制御部とを備える。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲内である場合に、前記太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。前記制御部は、前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲外である場合に、前記通常制御とは異なる非通常制御を行う。
【0021】
実施形態では、制御部は、太陽電池の動作点が通常動作範囲外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。従って、太陽電池の動作点が最適動作点の近傍である場合に、非通常制御が行われて、太陽電池の発電効率の低下を招く状態を回避することができる。
【0022】
なお、非通常制御とは、太陽電池の動作点を最小動作点(例えば、最小動作電圧)に変更する制御、或いは、太陽電池の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大する制御などである。
【0023】
[第1実施形態]
(需要家)
以下において、第1実施形態に係る需要家の構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る需要家10の構成を示す図である。なお、図1では、需要家10に設けられるPCS(Power Conditioning System)について主として説明する。
【0024】
図1に示すように、需要家10は、太陽電池11を有する。また、需要家10は、太陽電池11と電力系統31との間の連系/解列を切り替えるスイッチ12を有する。さらに、需要家10は、太陽電池11を制御するPCS200を有する。
【0025】
また、スイッチ12がオンである場合に、需要家10の状態は、太陽電池11が電力系統31に連系された状態(連系状態)である。連系状態においては、太陽電池11によって発電された電力を売電することが可能である。
【0026】
PCS200は、昇圧回路210と、インバータ回路220と、検出回路230と、記憶部240と、制御部250とを有する。
【0027】
昇圧回路210は、太陽電池11及びインバータ回路220に接続される。昇圧回路210は、太陽電池11から出力される電力の電圧を昇圧する。
【0028】
インバータ回路220は、昇圧回路210に接続されており、スイッチ12を介して電力系統31に接続される。インバータ回路220は、電力系統31から供給される交流電力を直流電力に変換する。インバータ回路220は、昇圧回路210から供給される直流電力を交流電力に変換する。
【0029】
検出回路230は、太陽電池11から出力される電力の値を検出する。具体的には、検出回路230は、太陽電池11から出力される電力の電圧値(V)及び電流値(I)を検出する。
【0030】
記憶部240は、各種情報を記憶する。例えば、記憶部240は、日射量(kW/m2)毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する。
【0031】
例えば、太陽電池11の特性は、日射量及び太陽電池11のパネル温度によって異なる。従って、日射量及び太陽電池11のパネル温度の関係は、図2に示す関係で表すことが可能である。
【0032】
また、“標準”、“冬場”、“夏場”、“春・夏”の4種類について、図3〜図6に示す日射量毎の最適動作点を取得することが可能である。なお、図3では、太陽電池11のパネル温度が一定温度(25℃)であるケースの特性カーブが示されている。図4では、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケース(冬場)における特性カーブが示されている。図5では、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケース(夏場)における特性カーブが示されている。図6では、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高く、第2温度範囲よりも低い第3温度範囲内で変化するケース(春・秋)における特性カーブが示されている。
【0033】
特性カーブは、太陽電池11の出力電流値(I)及び太陽電池11の出力電圧値(V)の関係を示すI−V特性(曲線)である。或いは、太陽電池11の出力電力値(W)及び太陽電池11の出力電圧値(V)の関係を示す出力特性(曲線)であってもよい。
【0034】
なお、図3〜図6では、特性カーブが出力特性(曲線)であるケースについて例示されている。すなわち、日射量(kW/m2)が“0.1”であるときに、出力特性(曲線)が“W0.1”である。同様に、日射量(kW/m2)が“0.2”、“0.4”、“0.6”、“0.8”、“1”であるときに、出力特性(曲線)が“W0.2”、“W0.4”、“W0.6”、“W0.8”、“W1”である。
【0035】
図3に示すように、太陽電池11のパネル温度が一定温度(25℃)である場合には、日射量毎の最適動作点は、“MPa”で一般的に表される。また、“MPa”を結ぶ仮想線は、“a”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPaの推移は、仮想線aによって表される。
【0036】
図4に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケース(冬場)において、日射量毎の最適動作点は、“MPb”で一般的に表される。また、“MPb”を結ぶ仮想線は、“b”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPbの推移は、仮想線bによって表される。
【0037】
図5に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケース(夏場)において、日射量毎の最適動作点は、“MPc”で一般的に表される。また、“MPc”を結ぶ仮想線は、“c”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPcの推移は、仮想線cによって表される。
【0038】
図6に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲よりも高く、第2温度範囲よりも低い第3温度範囲内で変化するケース(春・秋)において、日射量毎の最適動作点は、“MPd”で一般的に表される。また、“MPd”を結ぶ仮想線は、“d”で表される。言い換えると、日射量毎の最適動作点MPdの推移は、仮想線dによって表される。
【0039】
このように、太陽電池11のパネル温度が変化する場合には、太陽電池11のパネル温度が一定温度である場合に比べて、日射量毎の最適動作点を結ぶ仮想線の形状が異なることに留意すべきである。
【0040】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、図7及び図8に示すように、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)及び仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。詳細には、図7に示すように、仮想線b、仮想線c及び仮想線dによって、最適動作点が変化し得る範囲が特定される。続いて、図8に示すように、特定された範囲をカバーするように、通常動作範囲R(N)が設定される。
【0041】
ここで、図8に示すように、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、通常動作範囲R(N)については、最適動作点が変化し得る範囲よりも広く設定することが好ましい。この理由は、設定した範囲内で十分な電力が得られていれば、最大電力点を大きく逸脱していないということに他ならず、逆に、設定した範囲内で十分な電力が得られていなければ、最大電力点で動作していない可能性が高くなるためである。また、出力電力が少ない状況では、仮に、このような状況が日射量の少なさに起因する状況であっても、大きく電圧を変更しても得られる電力に大きな差がないため、システムトータルでの発電電力への影響は少ない。
【0042】
制御部250は、昇圧回路210及び検出回路230に接続される。制御部250は、昇圧回路210のパルス制御によって、太陽電池11の動作点を制御する。
【0043】
具体的には、制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲R(N)内である場合に、太陽電池11の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行う。すなわち、制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲R(N)内である場合に、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法に従って、太陽電池11の動作点を制御する。
【0044】
一方で、制御部250は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲R(N)外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。なお、非通常制御は、太陽電池の動作点を最小動作点(例えば、最小動作電圧)に変更する制御、太陽電池11の動作点の変更幅を通常変更幅よりも増大する制御などである。
【0045】
(作用及び効果)
第1実施形態では、PCS200(制御部250)は、太陽電池11の動作点が通常動作範囲外である場合に、通常制御とは異なる非通常制御を行う。従って、太陽電池11の動作点が最適動作点の近傍である場合に、非通常制御が行われて、太陽電池11の発電効率の低下を招く状態を回避することができる。
【0046】
第1実施形態では、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、通常動作範囲R(N)が大きい。これによって、不適切な非通常制御が効果的に抑制される。詳細には、図4に示したように、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、すなわち、日射量が大きいほど、最適動作点の近傍における出力特性(曲線)の単位変化量が大きい。従って、太陽電池11の出力電力(W)が大きいほど、通常制御が維持されるため、不適切な非通常制御が効果的に抑制される。
【0047】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するときの仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、太陽電池11のパネル温度が第2温度範囲内で変化するときの仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)、太陽電池11のパネル温度が第3温度範囲内で変化するときの仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。従って、1種類の通常動作範囲R(N)を定めることによって、太陽電池11のパネル温度(すなわち、季節等)毎に通常動作範囲R(N)を定めずに、不適切な非通常制御が抑制される。
【0048】
[変更例1]
以下において、第1実施形態の変更例1について説明する。以下においては、第1実施形態に対する相違点について主として説明する。
【0049】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)及び仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。
【0050】
これに対して、変更例1では、図9に示すように、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が一定であるときの仮想線a基準仮想線として定められる。
【0051】
変更例1によれば、仮想線aは、理論上の計算によって理論値として取得しやすいため、通常動作範囲R(N)を容易に定めることができる。
【0052】
[変更例2]
以下において、第1実施形態の変更例2について説明する。以下においては、第1実施形態に対する相違点について主として説明する。
【0053】
第1実施形態では、通常動作範囲R(N)は、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)及び仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)によって定められる。
【0054】
これに対して、変更例2では、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が変化する範囲毎に定められる。詳細には、図10に示すように、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化する場合には、通常動作範囲R(N−b)は、仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)を基準仮想線として定められる。或いは、図11に示すように、太陽電池11のパネル温度が第2温度範囲内で変化する場合には、通常動作範囲R(N−c)は、仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)を基準仮想線として定められる。或いは、図12に示すように、太陽電池11のパネル温度が第3温度範囲内で変化する場合には、通常動作範囲R(N−d)は、仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)を基準仮想線として定められる。
【0055】
変更例2によれば、太陽電池11のパネル温度が変化する範囲(例えば、季節)毎に異なる通常動作範囲R(N)を用いる必要があるが、通常動作範囲R(N)の設定精度が向上する。従って、不適切な非通常制御が抑制される。
【0056】
[その他の実施形態]
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【0057】
実施形態では、特に触れていないが、日射量毎の最適動作点や仮想線は、理論上の計算によって取得される理論値であってもよい。或いは、日射量毎の最適動作点や仮想線は、太陽電池11の設置後において、太陽電池11の最適動作点を学習することによって取得される値であってもよい。
【0058】
実施形態では、特に触れていないが、通常動作範囲R(N)は、太陽電池11のパネル温度が第1温度範囲内で変化するときの仮想線b(すなわち、最適動作点MPb)、及び、太陽電池11のパネル温度が第2温度範囲内で変化するときの仮想線c(すなわち、最適動作点MPc)によって定められてもよい。すなわち、太陽電池11のパネル温度が第3温度範囲内で変化するときの仮想線d(すなわち、最適動作点MPd)は考慮されなくてもよい。
【符号の説明】
【0059】
10…需要家、11…太陽電池、12…スイッチ、200…PCS、210…昇圧回路、220…インバータ回路、230…検出回路、240…記憶部、250…制御部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
太陽電池を制御する制御装置であって、
日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部と、
前記太陽電池の動作点を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲内である場合に、前記太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行い、
前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲外である場合に、前記通常制御とは異なる非通常制御を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項2】
前記太陽電池の出力電力が大きいほど、前記通常動作範囲が広いことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項3】
前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点と、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点とによって定められることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項4】
前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度毎に定められることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項5】
前記通常範囲を定める前記日射量毎の最適動作点は学習によって取得されることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項1】
太陽電池を制御する制御装置であって、
日射量毎の最適動作点によって定まる通常動作範囲を記憶する記憶部と、
前記太陽電池の動作点を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲内である場合に、前記太陽電池の動作点を通常変更幅で最適動作点に近づける通常制御を行い、
前記太陽電池の動作点が前記通常動作範囲外である場合に、前記通常制御とは異なる非通常制御を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項2】
前記太陽電池の出力電力が大きいほど、前記通常動作範囲が広いことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項3】
前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点と、前記太陽電池のパネル温度が第1温度範囲よりも高い第2温度範囲内で変化するケースにおける前記日射量毎の最適動作点とによって定められることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項4】
前記通常範囲は、前記太陽電池のパネル温度毎に定められることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【請求項5】
前記通常範囲を定める前記日射量毎の最適動作点は学習によって取得されることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2013−33365(P2013−33365A)
【公開日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−168848(P2011−168848)
【出願日】平成23年8月1日(2011.8.1)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年8月1日(2011.8.1)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
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