太陽電池特性取得回路および太陽電池制御装置
【課題】太陽電池の最大出力電力を簡易に取得する。
【解決手段】太陽電池特性取得回路１１は、太陽電池１３の端子にコンデンサＣ１１を接続する構成を備えている。ここで、太陽電池１３を短絡状態（スイッチＳ１１，Ｓ１２をオン状態）から開放状態（スイッチＳ１１をオフ状態）にすることによって、太陽電池１３の端子に接続されたコンデンサＣ１１に過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ１１の電位が０Ｖから開放電圧Vocにまで変化する。その変化の際に、所定のサンプリング時間間隔で、電流値および電圧値が測定される。そして、測定した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、その最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得し、最大出力動作電圧値に基づいて、最大電力点に追従するように昇圧チョッパ回路１２を制御する。
【解決手段】太陽電池特性取得回路１１は、太陽電池１３の端子にコンデンサＣ１１を接続する構成を備えている。ここで、太陽電池１３を短絡状態（スイッチＳ１１，Ｓ１２をオン状態）から開放状態（スイッチＳ１１をオフ状態）にすることによって、太陽電池１３の端子に接続されたコンデンサＣ１１に過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ１１の電位が０Ｖから開放電圧Vocにまで変化する。その変化の際に、所定のサンプリング時間間隔で、電流値および電圧値が測定される。そして、測定した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、その最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得し、最大出力動作電圧値に基づいて、最大電力点に追従するように昇圧チョッパ回路１２を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の最大出力電力を取得する太陽電池特性取得回路および太陽電池制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の電流電圧特性および電力電圧特性について、それぞれ図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
図５（ａ）に示した電流電圧特性は、太陽電池表面のすべての箇所において、日射強度が等しい場合の特性である。図５（ａ）に示すように、太陽電池の出力電流（縦軸）は、出力電圧（横軸）を増加させた場合、ほぼ一定状態から開放電圧Voc近辺で急激に低下するようなカーブに沿って変化する。したがって、太陽電池の出力電力は、出力電流と出力電圧との積で表されるので、図５（ｂ）に示すように、出力電圧に対して、ピーク（最大電力点）を持つように変化する。
【０００３】
そこで、太陽電池から最大出力電力Pmを取り出すために、出力電圧の制御が行われている。この制御は、最大電力点追従制御（以降、ＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)制御と称する。）と呼ばれている。ここで、図５（ａ）に示すように、最大出力電力Pmのときの出力電圧を、最大出力動作電圧VPmと称することにする。
【０００４】
ところで、太陽電池の周辺に存在する障害物によって太陽電池表面に影が生じた場合、または落ち葉や鳥獣の糞等が太陽電池表面に付着した場合には（部分影発生時には）、太陽電池表面の日射強度に偏りが生じるため、電力電圧特性は、図５（ｃ）のようになる。すなわち、出力電圧（横軸）に対して、出力電力（縦軸）が複数のピークを持つようになる。図５（ｃ）では、電力電圧特性は、２つのピークの場合を表しているが、３つ以上のピークを持つ場合もある。このように、出力電力が複数のピークを持つ場合、ＭＰＰＴ制御では、真の最大電力点以外の極大点（ピーク）に追従してしまうという問題があり、真の最大電力点を追跡可能な制御を実現することが課題とされている。
【０００５】
ここで、ＭＰＰＴ制御の従来技術として、山登り法、特許文献１に記載の方法、および特許文献２に記載の方法について、以下に説明する。
【０００６】
（山登り法）
一般的に、ＭＰＰＴ制御は、図５（ｄ）に示す構成で行われる。図５（ｄ）中のＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータは、制御信号によって、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行っている。ＰＷＭ制御は、図５（ｅ）に示すように、出力電圧をＰＷＭデューティ比によって変化させて、太陽電池の最大電力点に追従するようにＰＷＭデューティ比を選択する処理を実行している。このＰＷＭ制御を実現するアルゴリズムとして広く用いられているのが山登り法である。山登り法は、ＰＷＭデューティ比を常に変化させながら出力電力を測定し、ＰＷＭデューティ比を変化した前後における出力電力の大小を比較する。そして、変化の後の出力電力が、変化の前の出力電力より増加していれば同じ方向に更にＰＷＭデューティ比を増加し、変化の後の出力電力が減少していればＰＷＭデューティ比を逆方向に戻す。これを繰り返すことにより、結果として太陽電池の出力電力は最大電力点に追従するようになる。しかし、この山登り法は、太陽電池の出力電力が図５（ｃ）に示すような複数のピークを持つ場合には、真の最大電力点以外の極大点に追従してしまう虞がある。
【０００７】
そこで、どのような電力電圧特性の形状に対しても、常に最大電力点を取得できるようにするために、まず、電流電圧特性を取得して電力電圧特性を算出し、算出した電力電圧特性に基づいて真の最大電力点を求めることが検討されている。この検討では、太陽電池を短絡状態から開放状態にまで変化させて、太陽電池の電流電圧特性を取得できるようにする方法として、特許文献１に記載の方法や特許文献２に記載の方法が開示されている。
【０００８】
（特許文献１に記載の方法）
特許文献１には、図６（ａ）に示す回路（説明に関連する部分のみ記載）を用いて、太陽電池８１の電流電圧特性を取得することが記載されている。図６（ａ）では、電力変換回路（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）８０が、図５（ｄ）に記載のＤＣ／ＤＣコンバータに相当している。図６（ａ）では、電力変換回路（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）８０に対して、専用回路を付加せずに、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）８４をオン／オフさせることによって、電流電圧特性が取得される。そして、特許文献１では、ＭＯＳＦＥＴ８４をオン状態にすることによって、インダクタＬ８４を流れる電流を零から短絡電流にまで変化させることができると記載している（段落００２８等）。しかし、この回路では、ＭＯＳＦＥＴ８４をオフ状態としても、太陽電池８１を開放状態にすることができない。つまり、この回路では、太陽電池８１の出力電圧は、負荷に掛かる電圧にまでしか変化させることができない。したがって、負荷に掛かる電圧が、太陽電池８１の開放電圧Vocを下回っている場合には、真の最大電力点を取得できないという問題がある。
【０００９】
（特許文献２に記載の方法）
特許文献２に記載の回路は、図６（ｂ）に示すように（説明に関連する部分のみ記載）、太陽電池９１の短絡状態から開放状態までの電流電圧特性を取得するために、昇圧回路９４の前段にスイッチ９２，９３を設けている。この回路では、スイッチ９３をオン状態にすることにより、太陽電池９１を短絡状態にすることが可能である。また、スイッチ９２，９３をオフ状態にすることにより太陽電池９１を開放状態にすることが可能である。ただし、出力電圧を０Ｖと開放電圧Vocとの間の中間状態に設定するために、双方のスイッチ９２，９３のオン／オフ時間の長さを調節する必要がある（段落００４５）。つまり、特許文献２に記載の回路では、電流電圧特性を取得するために、スイッチ９２，９３の制御が煩雑になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２８０２２０号公報（図３参照）
【特許文献２】特開２００８−３００７４５号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明では、太陽電池の最大出力電力を簡易に取得する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、太陽電池の一対の出力端子（高電位側の端子および低電位側の端子）と、昇圧チョッパ回路の一対の入力端子との間に電流電圧特性を取得するための太陽電池特性取得回路を設置する。太陽電池特性取得回路は、少なくとも、コンデンサとスイッチとで構成する。コンデンサは、太陽電池の高電位側の端子およびスイッチの接続点と、太陽電池の低電位側の端子および昇圧チョッパ回路の低電位側の端子の接続点との間に接続する。スイッチは、太陽電池の高電位側の端子およびコンデンサの接続点と、昇圧チョッパ回路の高電位側の端子との間に接続する。そして、太陽電池特性取得回路のスイッチおよび昇圧チョッパ回路のスイッチの双方をオン状態にすることによって、太陽電池の短絡状態を形成する。また、短絡状態から、開放状態（太陽電池特性取得回路のスイッチをオフ状態）にすることによって、太陽電池特性取得回路のコンデンサに、過渡的な電圧および電流を発生させることができる。そして、太陽電池の電位を、０Ｖの状態から太陽電池の開放状態の電位にまで変化させ、その時の電圧値および電流値を所定のサンプリング時間間隔で取得する。
【００１３】
また、太陽電池特性取得回路を備えた太陽電池制御装置は、取得した電圧値および電流値を用いて電力値を算出し、算出した電力値の中から最大出力電力値を取得し、最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。そして、太陽電池制御装置は、取得した最大出力動作電圧値に基づいて、最大電力点に追従するように昇圧チョッパ回路を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、太陽電池の最大出力電力を簡易に取得する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における太陽電池特性を取得する回路構成例（昇圧チョッパ用）を示す図である。
【図２Ａ】本実施形態における太陽電池特性を取得する回路構成例（降圧チョッパ用）を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す回路の変形例を示す図である。
【図３】本実施形態における太陽電池制御装置の構成例を示す図である。
【図４】太陽電池制御装置の処理部の処理フロー例を示す図である。
【図５】太陽電池の特性およびＭＰＰＴ制御の従来技術を説明するための図であり、（ａ）は太陽電池の電流電圧特性を表し、（ｂ）は太陽電池の電力電圧特性を表し、（ｃ）は部分影発生時の電力電圧特性を表し、（ｄ）はＭＰＰＴ制御の構成を表し、（ｅ）は出力電圧とＰＷＭデューティ比の関係を表す。
【図６】公知の回路構成を示す図であり、（ａ）は特許文献１に記載の回路例を表し、（ｂ）は特許文献２に記載の回路例を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
（太陽電池特性取得回路）
太陽電池の電流電圧特性を取得するために昇圧チョッパ回路の前段に設置する太陽電池特性取得回路について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、太陽電池特性取得回路１１は、太陽電池１３の出力端子と昇圧チョッパ回路１２の入力端子との間に接続される。
【００１８】
太陽電池１３は、図１に示すように、出力を取り出す一対の出力端子、すなわち、高電位側の端子Ｔ１３ａ（以降、第１の端子Ｔ１３ａと称する。）、および低電位側の端子Ｔ１３ｂ（以降、第２の端子Ｔ１３ｂと称する。）を備えている。
【００１９】
昇圧チョッパ回路１２は、図１に示すように、インダクタＬ１２、スイッチ（第１のスイッチ）Ｓ１２、ダイオードＤ１２、およびコンデンサＣ１２によって構成される。なお、スイッチＳ１２は、実際には、高速にスイッチングするためにトランジスタ等で構成される。
【００２０】
太陽電池特性取得回路１１は、図１に示すように、コンデンサＣ１１（請求項に記載のコンデンサ）、スイッチ（第２のスイッチ）Ｓ１１、およびダイオードＤ１１によって構成される。コンデンサＣ１１は、太陽電池１３の第１の端子Ｔ１３ａおよびスイッチＳ１１の接続点Ｎ１と、第２の端子Ｔ１３ｂおよび昇圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの低電位側の端子の接続点Ｎ２との間に接続される。また、スイッチＳ１１は、第１の端子Ｔ１３ａと昇圧チョッパ回路１２の高電位側の端子（具体的には、インダクタＬ１２）との間に接続される。ダイオードＤ１１のカソードは、スイッチＳ１１および昇圧チョッパ回路の高電位側の端子の接続点に接続され、ダイオードＤ１１のアノードは、第２の端子Ｔ１３ｂおよび昇圧チョッパ回路１２の低電位側の端子の接続点に接続される。
【００２１】
なお、電圧センサ１４は電圧値を所定のサンプリング時間間隔で測定し、電流センサ１５は電流値を所定のサンプリング時間間隔で測定する。電圧センサ１４および電流センサ１５は、太陽電池１３と太陽電池特性取得回路１１との間に設置される。
【００２２】
太陽電池１３を短絡状態にする場合、太陽電池特性取得回路１１のスイッチ（第２のスイッチ）Ｓ１１および昇圧チョッパ回路１２のスイッチ（第１のスイッチ）Ｓ１２の双方をオン状態とする。次に、スイッチ（第２のスイッチ）Ｓ１１をオフ状態にして、太陽電池１３を開放状態にする。そして、短絡状態から開放状態へ変化した場合、コンデンサＣ１１によって、過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ１１は、太陽電池１３の出力電圧を０Ｖの状態から開放電圧まで連続的に変化させる。なお、開放状態においては、スイッチＳ１２の状態は、オン状態であってもオフ状態であっても構わない。そして、電圧センサ１４および電流センサ１５それぞれは、過渡的な電圧および電流の値を、所定のサンプリング時間間隔で測定する。このようにして、電流電圧特性が取得される。
【００２３】
なお、ダイオードＤ１１は、電流電圧特性を取得するために直接必要となるものではないが、スイッチＳ１１をオフ状態にしたときに、昇圧チョッパ回路１２のインダクタＬ１２に蓄えられた磁気エネルギの逃げ道を確保するために設けられることが好ましい。
【００２４】
次に、太陽電池の電流電圧特性を取得するために降圧チョッパ回路の前段に設置する太陽電池特性取得回路について、図２Ａを用いて説明する。
図２Ａに示すように、太陽電池特性取得回路２１ａは、太陽電池１３の出力端子と降圧チョッパ回路２２の入力端子との間に接続される。なお、図２Ａにおいて、図１と同様の、太陽電池１３、第１の端子Ｔ１３ａ、第２の端子Ｔ１３ｂ、電圧センサ１４、および電流センサ１５については、説明を省略する。
【００２５】
降圧チョッパ回路２２は、インダクタＬ２２、スイッチ（第３のスイッチ）Ｓ２２、ダイオードＤ２２（第１のダイオード）、およびコンデンサＣ２２によって構成される。なお、スイッチＳ２２は、実際には、高速にスイッチングするためにトランジスタ等で構成される。
【００２６】
太陽電池特性取得回路２１ａは、図２Ａに示すように、コンデンサＣ２１（請求項に記載のコンデンサ）およびスイッチ（第４のスイッチ）Ｓ２１によって構成される。コンデンサＣ２１は、太陽電池１３の高電位側の端子Ｔ１３ａおよび降圧チョッパ回路２２の一対の入力端子のうちの高電位側の端子の接続点Ｎ３と、太陽電池１３の低電位側の端子Ｔ１３ｂおよび降圧チョッパの低電位側の端子の接続点Ｎ４との間に接続される。また、スイッチＳ２１は、降圧チョッパ回路２２のダイオードＤ２２と並列に接続される。なお、スイッチＳ２１およびダイオードＤ２２は、逆並列ダイオードを内蔵したトランジスタを用いることにより、実装に用いる部品点数を増加させることなく、共存させることができる。
【００２７】
太陽電池１３を短絡状態にする場合、太陽電池特性取得回路２１ａのスイッチ（第４のスイッチ）Ｓ２１および降圧チョッパ回路２２のスイッチ（第３のスイッチ）Ｓ２２の双方をオン状態とする。次に、降圧チョッパ回路２２のスイッチ（第３のスイッチ）Ｓ２２をオフ状態にして、太陽電池１３を開放状態にする。そして、短絡状態から開放状態へ変化した場合、コンデンサＣ２１によって、過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ２１は、太陽電池１３の出力電圧を０Ｖの状態から開放電圧まで連続的に変化させる。なお、開放状態においては、スイッチＳ２１の状態は、オン状態であってもオフ状態であっても構わない。そして、電圧センサ１４および電流センサ１５それぞれは、過渡的な電圧および電流の値を、所定のサンプリング時間間隔で測定する。このようにして、電流電圧特性が取得される。
【００２８】
図２Ｂは、図２Ａの変形例を示したものである。図２Ｂと図２Ａの回路との違いは、図２ＢではダイオードＤ２１（第２のダイオード）が追加されていることである。ダイオードＤ２１のアノードは、降圧チョッパ回路２２のスイッチＳ２２およびダイオード２２のカソードの接続点に接続され、ダイオードＤ２１のカソードは、降圧チョッパ回路２２のインダクタＬ２２に接続される。このダイオードＤ２１は、電流電圧特性を取得するために、直接必要となるものではないが、スイッチＳ２１をオン状態にしたときに、コンデンサＣ２２に蓄積されたエネルギがスイッチＳ２１を通って放電されることを防ぐために設けられることが好ましい。
【００２９】
（太陽電池制御装置）
次に、前記した太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂのいずれかを備え、太陽電池１３の最大出力電力を取得する制御を実行する太陽電池制御装置の構成例について、図３を用いて説明する（適宜、図１，２Ａ，２Ｂ参照）。
【００３０】
太陽電池制御装置３０は、太陽電池１３の最大出力電力を取得する制御を実行する。太陽電池制御装置３０は、太陽電池特性取得部３１、処理部３２、およびチョッパ部３３によって構成される。太陽電池１３から出力される電流および電圧の値は、センサ３４によって測定され、太陽電池特性取得部３１に取得される。また、太陽電池制御装置３０は、太陽電池１３の最大出力電力を、不図示のインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等へ出力する。
【００３１】
太陽電池特性取得部３１は、前記した太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂのいずれかを備える。具体的には、太陽電池特性取得部３１は、チョッパ部３３が昇圧チョッパであれば、太陽電池特性取得回路１１を備える。また、太陽電池特性取得部３１は、チョッパ部３３が降圧チョッパであれば、太陽電池特性取得回路２１ａ，２１ｂのいずれかを備える。太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ２１は、特性取得指示部３２１から出力される特性取得指示情報に基づいて、制御情報生成部３２６によって生成される制御情報によって制御される。また、太陽電池特性取得部３１は、センサ３４が測定した電流値および電圧値を取得し、取得した電流値および電圧値を処理部３２へ送信する。
【００３２】
処理部３２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメインメモリによって構成され、図示しない記憶部に記憶されているアプリケーションプログラムをメインメモリに展開して、特性取得指示部３２１、電流値電圧値取得部３２２、電力演算部３２３、最大電力取得部３２４、最大出力動作電圧値取得部３２５、および制御情報生成部３２６を具現化する。
【００３３】
特性取得指示部３２１は、太陽電池１３の電流電圧特性を取得するために、太陽電池特性取得部３１およびチョッパ部３３のスイッチ（スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ１２，Ｓ２２）を制御するための特性取得指示情報を、制御情報生成部３２６に出力する。この特性取得指示情報の出力は、所定の周期で行われる。
【００３４】
電流値電圧値取得部３２２は、太陽電池特性取得部３１から、電流値および電圧値を取得する。
【００３５】
電力演算部３２３は、電流値電圧値取得部３２２によって取得された電流値および電圧値を用いて、電力値を算出する。
【００３６】
最大電力取得部３２４は、電力演算部３２３において算出された電力値の中で最大となる、最大出力電力値を取得する。
【００３７】
最大出力動作電圧値取得部３２５は、最大電力取得部３２４によって取得された最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。
【００３８】
制御情報生成部３２６は、特性取得指示部３２１から特性取得指示情報を受信した場合、その特性取得指示情報に基づいて、太陽電池特性取得部３１およびチョッパ部３３のスイッチを制御するための制御情報を最優先で生成する。そして、制御情報生成部３２６は、スイッチを制御するための制御情報を太陽電池特性取得部３１およびチョッパ部３３に出力する。
【００３９】
また、制御情報生成部３２６は、最大出力動作電圧値取得部３２５から最大出力動作電圧値を取得した場合、太陽電池１３の出力電圧を最大出力動作電圧値とする制御情報を生成する。そして、制御情報生成部３２６は、太陽電池１３の出力電圧を最大出力動作電圧値とする制御情報をチョッパ部３３に出力する。
【００４０】
また、制御情報生成部３２６は、最大出力動作電圧値となるように制御情報を生成した後には、取得した最大電力動作電圧値を初期値として山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値に、太陽電池１３の出力電圧を制御するための制御情報を生成する。そして、制御情報生成部３２６は、山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値によって制御するための制御情報をチョッパ部３３に出力する。
【００４１】
チョッパ部３３は、例えば、図１に示すような昇圧チョッパ回路または図２Ａ，２Ｂに示すような降圧チョッパ回路である。チョッパ部３３では、処理部３２から受信した制御情報に基づいて、スイッチ（Ｓ１２，Ｓ２２）がＰＷＭ制御される。
【００４２】
次に、太陽電池制御装置３０の処理部３２の処理フロー例について、図４を用いて説明する（適宜、図１，２Ａ，２Ｂ，３参照）。なお、図４に示す処理フローは、特性取得指示部３２１が、特性取得指示情報を出力してから、次の特性取得指示情報を出力するまでの、所定の周期の１サイクル分を示している。
【００４３】
ステップＳ４０１では、特性取得指示部３２１は、特性取得指示情報を、制御情報生成部３２６に出力する。具体的には、特性取得指示部３２１は、太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ２１およびチョッパ部３３のスイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にし、その後、スイッチＳ１１，Ｓ２２をオフ状態にする特性取得指示情報を出力する。なお、特性取得指示部３２１は、所定の周期で特性取得指示情報を出力する。また、所定の周期は、図示しないタイマによって計測されるものとする。
【００４４】
ステップＳ４０２では、制御情報生成部３２６は、特性取得指示部３２１から取得した特性取得指示情報に基づいて、太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ１２およびチョッパ部３３のスイッチＳ２１，Ｓ２２を操作するための制御情報を生成する。
【００４５】
ステップＳ４０３では、太陽電池特性取得部３１は、太陽電池１３の短絡状態から開放状態に至る過渡状態における電流値および電圧値をセンサ３４から取得し、取得した電流値および電圧値を処理部３２へ送信する。
【００４６】
ステップＳ４０４では、電力演算部３２３は、取得した電流値および電圧値を用いて、電力値を算出する。
【００４７】
ステップＳ４０５では、最大電力取得部３２４は、ステップＳ４０４において算出された電力値の中で最大となる、最大出力電力値を取得する。
【００４８】
ステップＳ４０６では、最大出力動作電圧値取得部３２５は、ステップＳ４０５において取得された最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。
【００４９】
ステップＳ４０７では、制御情報生成部３２６は、取得した最大出力動作電圧値に基づいて、太陽電池１３の出力電圧を最大出力動作電圧値とする制御情報を生成する。
【００５０】
ステップＳ４０８では、制御情報生成部３２６は、山登り法等の公知の方法に基づいて制御情報を生成する。具体的には、制御情報生成部３２６は、取得した最大電力動作電圧値を初期値として山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値に、太陽電池１３の出力電圧を制御するための制御情報を生成する。
【００５１】
以上、本実施形態における太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂは、太陽電池１３の一対の出力端子（高電位側の端子Ｔ１３ａおよび低電位側の端子Ｔ１３ｂ）にコンデンサＣ１１，Ｃ２１を接続する構成を備えている。この構成において、太陽電池１３を短絡状態から開放状態にすることによって、太陽電池１３の出力端子間に接続されたコンデンサＣ１１，Ｃ２１に過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ１１，Ｃ２１の電位を０Ｖから開放電圧Vocにまで変化させることができる。その変化の際に、所定のサンプリング時間間隔で、電流センサ１５および電圧センサ１４によって、それぞれ電流値および電圧値が測定される。なお、電流値および電圧値の測定は、所定の周期によって行われる。
【００５２】
さらに、太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂのいずれかを備えた太陽電池制御装置３０は、測定した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、その最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。そして、太陽電池制御装置３０は、取得した最大出力動作電圧値に基づいて、最大電力点に追従するようにチョッパ部３３を制御する。つまり、太陽電池制御装置３０は、太陽電池制御装置３０は、このような構成を有しているので、太陽電池１３の最大出力電力を簡易に取得することができる。
【００５３】
また、最大出力動作電圧値は所定の周期によって行われる電流値および電圧値の測定の度に取得されるので、太陽電池制御装置３０は、次に最大出力動作電圧値を取得するまでの間は、取得した最大電力動作電圧値を初期値として山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値に、太陽電池１３の出力電圧を制御する。なお、所定の周期が短い場合には、山登り法等の公知の方法を用いずに、ステップＳ４０６において取得した最大出力動作電圧値のみを用いて制御を行っても構わない。
【００５４】
また、本実施形態では、太陽電池１３を短絡状態から開放状態にするケースについて説明したが、太陽電池１３を開放状態から短絡状態にしても、本実施形態と同様の電流値および電圧値を測定することができる。また、太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ２１およびチョッパ部３３のスイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にするとは、同時にスイッチＳ１１，Ｓ２１およびスイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にしても良いし、スイッチＳ１２，Ｓ２２がオン状態のときに、スイッチＳ１１，Ｓ２１をオン状態にしても良いし、その逆に、Ｓ１１，Ｓ２１２がオン状態のときに、スイッチスイッチＳ１２，Ｓ２をオン状態にしても構わない。
【００５５】
また、本実施形態の太陽電池制御装置３０は、インバータを含めた構成としても構わない。
【符号の説明】
【００５６】
１１，２１ａ，２１ｂ 太陽電池特性取得回路
１２ 昇圧チョッパ回路
１３ 太陽電池
１４ 電圧センサ
１５ 電流センサ
２２ 降圧チョッパ回路
３０ 太陽電池制御装置
３１ 太陽電池特性取得部
３２ 処理部
３３ チョッパ部
３４ センサ
３２１ 電流値電圧値取得部
３２２ 電力演算部
３２３ 最大電力取得部
３２４ 最大出力動作電圧値取得部
３２５ 制御情報生成部
Ｃ１１，Ｃ２１ コンデンサ（コンデンサ）
Ｃ１２，Ｃ２２ コンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２ ダイオード
Ｄ２１ ダイオード（第２のダイオード）
Ｄ２２ ダイオード（第１のダイオード）
Ｌ１２，Ｌ２２ インダクタ
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４ 接続点
Ｓ１１ スイッチ（第２のスイッチ）
Ｓ１２ スイッチ（第１のスイッチ）
Ｓ２１ スイッチ（第４のスイッチ）
Ｓ２２ スイッチ（第３のスイッチ）
Ｔ１３ａ 高電位側の端子（出力端子）
Ｔ１３ｂ 低電位側の端子（出力端子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の最大出力電力を取得する太陽電池特性取得回路および太陽電池制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の電流電圧特性および電力電圧特性について、それぞれ図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。
図５（ａ）に示した電流電圧特性は、太陽電池表面のすべての箇所において、日射強度が等しい場合の特性である。図５（ａ）に示すように、太陽電池の出力電流（縦軸）は、出力電圧（横軸）を増加させた場合、ほぼ一定状態から開放電圧Voc近辺で急激に低下するようなカーブに沿って変化する。したがって、太陽電池の出力電力は、出力電流と出力電圧との積で表されるので、図５（ｂ）に示すように、出力電圧に対して、ピーク（最大電力点）を持つように変化する。
【０００３】
そこで、太陽電池から最大出力電力Pmを取り出すために、出力電圧の制御が行われている。この制御は、最大電力点追従制御（以降、ＭＰＰＴ(Maximum Power Point Tracking)制御と称する。）と呼ばれている。ここで、図５（ａ）に示すように、最大出力電力Pmのときの出力電圧を、最大出力動作電圧VPmと称することにする。
【０００４】
ところで、太陽電池の周辺に存在する障害物によって太陽電池表面に影が生じた場合、または落ち葉や鳥獣の糞等が太陽電池表面に付着した場合には（部分影発生時には）、太陽電池表面の日射強度に偏りが生じるため、電力電圧特性は、図５（ｃ）のようになる。すなわち、出力電圧（横軸）に対して、出力電力（縦軸）が複数のピークを持つようになる。図５（ｃ）では、電力電圧特性は、２つのピークの場合を表しているが、３つ以上のピークを持つ場合もある。このように、出力電力が複数のピークを持つ場合、ＭＰＰＴ制御では、真の最大電力点以外の極大点（ピーク）に追従してしまうという問題があり、真の最大電力点を追跡可能な制御を実現することが課題とされている。
【０００５】
ここで、ＭＰＰＴ制御の従来技術として、山登り法、特許文献１に記載の方法、および特許文献２に記載の方法について、以下に説明する。
【０００６】
（山登り法）
一般的に、ＭＰＰＴ制御は、図５（ｄ）に示す構成で行われる。図５（ｄ）中のＤＣ／ＤＣ（直流／直流）コンバータは、制御信号によって、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行っている。ＰＷＭ制御は、図５（ｅ）に示すように、出力電圧をＰＷＭデューティ比によって変化させて、太陽電池の最大電力点に追従するようにＰＷＭデューティ比を選択する処理を実行している。このＰＷＭ制御を実現するアルゴリズムとして広く用いられているのが山登り法である。山登り法は、ＰＷＭデューティ比を常に変化させながら出力電力を測定し、ＰＷＭデューティ比を変化した前後における出力電力の大小を比較する。そして、変化の後の出力電力が、変化の前の出力電力より増加していれば同じ方向に更にＰＷＭデューティ比を増加し、変化の後の出力電力が減少していればＰＷＭデューティ比を逆方向に戻す。これを繰り返すことにより、結果として太陽電池の出力電力は最大電力点に追従するようになる。しかし、この山登り法は、太陽電池の出力電力が図５（ｃ）に示すような複数のピークを持つ場合には、真の最大電力点以外の極大点に追従してしまう虞がある。
【０００７】
そこで、どのような電力電圧特性の形状に対しても、常に最大電力点を取得できるようにするために、まず、電流電圧特性を取得して電力電圧特性を算出し、算出した電力電圧特性に基づいて真の最大電力点を求めることが検討されている。この検討では、太陽電池を短絡状態から開放状態にまで変化させて、太陽電池の電流電圧特性を取得できるようにする方法として、特許文献１に記載の方法や特許文献２に記載の方法が開示されている。
【０００８】
（特許文献１に記載の方法）
特許文献１には、図６（ａ）に示す回路（説明に関連する部分のみ記載）を用いて、太陽電池８１の電流電圧特性を取得することが記載されている。図６（ａ）では、電力変換回路（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）８０が、図５（ｄ）に記載のＤＣ／ＤＣコンバータに相当している。図６（ａ）では、電力変換回路（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）８０に対して、専用回路を付加せずに、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）８４をオン／オフさせることによって、電流電圧特性が取得される。そして、特許文献１では、ＭＯＳＦＥＴ８４をオン状態にすることによって、インダクタＬ８４を流れる電流を零から短絡電流にまで変化させることができると記載している（段落００２８等）。しかし、この回路では、ＭＯＳＦＥＴ８４をオフ状態としても、太陽電池８１を開放状態にすることができない。つまり、この回路では、太陽電池８１の出力電圧は、負荷に掛かる電圧にまでしか変化させることができない。したがって、負荷に掛かる電圧が、太陽電池８１の開放電圧Vocを下回っている場合には、真の最大電力点を取得できないという問題がある。
【０００９】
（特許文献２に記載の方法）
特許文献２に記載の回路は、図６（ｂ）に示すように（説明に関連する部分のみ記載）、太陽電池９１の短絡状態から開放状態までの電流電圧特性を取得するために、昇圧回路９４の前段にスイッチ９２，９３を設けている。この回路では、スイッチ９３をオン状態にすることにより、太陽電池９１を短絡状態にすることが可能である。また、スイッチ９２，９３をオフ状態にすることにより太陽電池９１を開放状態にすることが可能である。ただし、出力電圧を０Ｖと開放電圧Vocとの間の中間状態に設定するために、双方のスイッチ９２，９３のオン／オフ時間の長さを調節する必要がある（段落００４５）。つまり、特許文献２に記載の回路では、電流電圧特性を取得するために、スイッチ９２，９３の制御が煩雑になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２８０２２０号公報（図３参照）
【特許文献２】特開２００８−３００７４５号公報（図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明では、太陽電池の最大出力電力を簡易に取得する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、太陽電池の一対の出力端子（高電位側の端子および低電位側の端子）と、昇圧チョッパ回路の一対の入力端子との間に電流電圧特性を取得するための太陽電池特性取得回路を設置する。太陽電池特性取得回路は、少なくとも、コンデンサとスイッチとで構成する。コンデンサは、太陽電池の高電位側の端子およびスイッチの接続点と、太陽電池の低電位側の端子および昇圧チョッパ回路の低電位側の端子の接続点との間に接続する。スイッチは、太陽電池の高電位側の端子およびコンデンサの接続点と、昇圧チョッパ回路の高電位側の端子との間に接続する。そして、太陽電池特性取得回路のスイッチおよび昇圧チョッパ回路のスイッチの双方をオン状態にすることによって、太陽電池の短絡状態を形成する。また、短絡状態から、開放状態（太陽電池特性取得回路のスイッチをオフ状態）にすることによって、太陽電池特性取得回路のコンデンサに、過渡的な電圧および電流を発生させることができる。そして、太陽電池の電位を、０Ｖの状態から太陽電池の開放状態の電位にまで変化させ、その時の電圧値および電流値を所定のサンプリング時間間隔で取得する。
【００１３】
また、太陽電池特性取得回路を備えた太陽電池制御装置は、取得した電圧値および電流値を用いて電力値を算出し、算出した電力値の中から最大出力電力値を取得し、最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。そして、太陽電池制御装置は、取得した最大出力動作電圧値に基づいて、最大電力点に追従するように昇圧チョッパ回路を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、太陽電池の最大出力電力を簡易に取得する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における太陽電池特性を取得する回路構成例（昇圧チョッパ用）を示す図である。
【図２Ａ】本実施形態における太陽電池特性を取得する回路構成例（降圧チョッパ用）を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す回路の変形例を示す図である。
【図３】本実施形態における太陽電池制御装置の構成例を示す図である。
【図４】太陽電池制御装置の処理部の処理フロー例を示す図である。
【図５】太陽電池の特性およびＭＰＰＴ制御の従来技術を説明するための図であり、（ａ）は太陽電池の電流電圧特性を表し、（ｂ）は太陽電池の電力電圧特性を表し、（ｃ）は部分影発生時の電力電圧特性を表し、（ｄ）はＭＰＰＴ制御の構成を表し、（ｅ）は出力電圧とＰＷＭデューティ比の関係を表す。
【図６】公知の回路構成を示す図であり、（ａ）は特許文献１に記載の回路例を表し、（ｂ）は特許文献２に記載の回路例を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
（太陽電池特性取得回路）
太陽電池の電流電圧特性を取得するために昇圧チョッパ回路の前段に設置する太陽電池特性取得回路について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、太陽電池特性取得回路１１は、太陽電池１３の出力端子と昇圧チョッパ回路１２の入力端子との間に接続される。
【００１８】
太陽電池１３は、図１に示すように、出力を取り出す一対の出力端子、すなわち、高電位側の端子Ｔ１３ａ（以降、第１の端子Ｔ１３ａと称する。）、および低電位側の端子Ｔ１３ｂ（以降、第２の端子Ｔ１３ｂと称する。）を備えている。
【００１９】
昇圧チョッパ回路１２は、図１に示すように、インダクタＬ１２、スイッチ（第１のスイッチ）Ｓ１２、ダイオードＤ１２、およびコンデンサＣ１２によって構成される。なお、スイッチＳ１２は、実際には、高速にスイッチングするためにトランジスタ等で構成される。
【００２０】
太陽電池特性取得回路１１は、図１に示すように、コンデンサＣ１１（請求項に記載のコンデンサ）、スイッチ（第２のスイッチ）Ｓ１１、およびダイオードＤ１１によって構成される。コンデンサＣ１１は、太陽電池１３の第１の端子Ｔ１３ａおよびスイッチＳ１１の接続点Ｎ１と、第２の端子Ｔ１３ｂおよび昇圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの低電位側の端子の接続点Ｎ２との間に接続される。また、スイッチＳ１１は、第１の端子Ｔ１３ａと昇圧チョッパ回路１２の高電位側の端子（具体的には、インダクタＬ１２）との間に接続される。ダイオードＤ１１のカソードは、スイッチＳ１１および昇圧チョッパ回路の高電位側の端子の接続点に接続され、ダイオードＤ１１のアノードは、第２の端子Ｔ１３ｂおよび昇圧チョッパ回路１２の低電位側の端子の接続点に接続される。
【００２１】
なお、電圧センサ１４は電圧値を所定のサンプリング時間間隔で測定し、電流センサ１５は電流値を所定のサンプリング時間間隔で測定する。電圧センサ１４および電流センサ１５は、太陽電池１３と太陽電池特性取得回路１１との間に設置される。
【００２２】
太陽電池１３を短絡状態にする場合、太陽電池特性取得回路１１のスイッチ（第２のスイッチ）Ｓ１１および昇圧チョッパ回路１２のスイッチ（第１のスイッチ）Ｓ１２の双方をオン状態とする。次に、スイッチ（第２のスイッチ）Ｓ１１をオフ状態にして、太陽電池１３を開放状態にする。そして、短絡状態から開放状態へ変化した場合、コンデンサＣ１１によって、過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ１１は、太陽電池１３の出力電圧を０Ｖの状態から開放電圧まで連続的に変化させる。なお、開放状態においては、スイッチＳ１２の状態は、オン状態であってもオフ状態であっても構わない。そして、電圧センサ１４および電流センサ１５それぞれは、過渡的な電圧および電流の値を、所定のサンプリング時間間隔で測定する。このようにして、電流電圧特性が取得される。
【００２３】
なお、ダイオードＤ１１は、電流電圧特性を取得するために直接必要となるものではないが、スイッチＳ１１をオフ状態にしたときに、昇圧チョッパ回路１２のインダクタＬ１２に蓄えられた磁気エネルギの逃げ道を確保するために設けられることが好ましい。
【００２４】
次に、太陽電池の電流電圧特性を取得するために降圧チョッパ回路の前段に設置する太陽電池特性取得回路について、図２Ａを用いて説明する。
図２Ａに示すように、太陽電池特性取得回路２１ａは、太陽電池１３の出力端子と降圧チョッパ回路２２の入力端子との間に接続される。なお、図２Ａにおいて、図１と同様の、太陽電池１３、第１の端子Ｔ１３ａ、第２の端子Ｔ１３ｂ、電圧センサ１４、および電流センサ１５については、説明を省略する。
【００２５】
降圧チョッパ回路２２は、インダクタＬ２２、スイッチ（第３のスイッチ）Ｓ２２、ダイオードＤ２２（第１のダイオード）、およびコンデンサＣ２２によって構成される。なお、スイッチＳ２２は、実際には、高速にスイッチングするためにトランジスタ等で構成される。
【００２６】
太陽電池特性取得回路２１ａは、図２Ａに示すように、コンデンサＣ２１（請求項に記載のコンデンサ）およびスイッチ（第４のスイッチ）Ｓ２１によって構成される。コンデンサＣ２１は、太陽電池１３の高電位側の端子Ｔ１３ａおよび降圧チョッパ回路２２の一対の入力端子のうちの高電位側の端子の接続点Ｎ３と、太陽電池１３の低電位側の端子Ｔ１３ｂおよび降圧チョッパの低電位側の端子の接続点Ｎ４との間に接続される。また、スイッチＳ２１は、降圧チョッパ回路２２のダイオードＤ２２と並列に接続される。なお、スイッチＳ２１およびダイオードＤ２２は、逆並列ダイオードを内蔵したトランジスタを用いることにより、実装に用いる部品点数を増加させることなく、共存させることができる。
【００２７】
太陽電池１３を短絡状態にする場合、太陽電池特性取得回路２１ａのスイッチ（第４のスイッチ）Ｓ２１および降圧チョッパ回路２２のスイッチ（第３のスイッチ）Ｓ２２の双方をオン状態とする。次に、降圧チョッパ回路２２のスイッチ（第３のスイッチ）Ｓ２２をオフ状態にして、太陽電池１３を開放状態にする。そして、短絡状態から開放状態へ変化した場合、コンデンサＣ２１によって、過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ２１は、太陽電池１３の出力電圧を０Ｖの状態から開放電圧まで連続的に変化させる。なお、開放状態においては、スイッチＳ２１の状態は、オン状態であってもオフ状態であっても構わない。そして、電圧センサ１４および電流センサ１５それぞれは、過渡的な電圧および電流の値を、所定のサンプリング時間間隔で測定する。このようにして、電流電圧特性が取得される。
【００２８】
図２Ｂは、図２Ａの変形例を示したものである。図２Ｂと図２Ａの回路との違いは、図２ＢではダイオードＤ２１（第２のダイオード）が追加されていることである。ダイオードＤ２１のアノードは、降圧チョッパ回路２２のスイッチＳ２２およびダイオード２２のカソードの接続点に接続され、ダイオードＤ２１のカソードは、降圧チョッパ回路２２のインダクタＬ２２に接続される。このダイオードＤ２１は、電流電圧特性を取得するために、直接必要となるものではないが、スイッチＳ２１をオン状態にしたときに、コンデンサＣ２２に蓄積されたエネルギがスイッチＳ２１を通って放電されることを防ぐために設けられることが好ましい。
【００２９】
（太陽電池制御装置）
次に、前記した太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂのいずれかを備え、太陽電池１３の最大出力電力を取得する制御を実行する太陽電池制御装置の構成例について、図３を用いて説明する（適宜、図１，２Ａ，２Ｂ参照）。
【００３０】
太陽電池制御装置３０は、太陽電池１３の最大出力電力を取得する制御を実行する。太陽電池制御装置３０は、太陽電池特性取得部３１、処理部３２、およびチョッパ部３３によって構成される。太陽電池１３から出力される電流および電圧の値は、センサ３４によって測定され、太陽電池特性取得部３１に取得される。また、太陽電池制御装置３０は、太陽電池１３の最大出力電力を、不図示のインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等へ出力する。
【００３１】
太陽電池特性取得部３１は、前記した太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂのいずれかを備える。具体的には、太陽電池特性取得部３１は、チョッパ部３３が昇圧チョッパであれば、太陽電池特性取得回路１１を備える。また、太陽電池特性取得部３１は、チョッパ部３３が降圧チョッパであれば、太陽電池特性取得回路２１ａ，２１ｂのいずれかを備える。太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ２１は、特性取得指示部３２１から出力される特性取得指示情報に基づいて、制御情報生成部３２６によって生成される制御情報によって制御される。また、太陽電池特性取得部３１は、センサ３４が測定した電流値および電圧値を取得し、取得した電流値および電圧値を処理部３２へ送信する。
【００３２】
処理部３２は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメインメモリによって構成され、図示しない記憶部に記憶されているアプリケーションプログラムをメインメモリに展開して、特性取得指示部３２１、電流値電圧値取得部３２２、電力演算部３２３、最大電力取得部３２４、最大出力動作電圧値取得部３２５、および制御情報生成部３２６を具現化する。
【００３３】
特性取得指示部３２１は、太陽電池１３の電流電圧特性を取得するために、太陽電池特性取得部３１およびチョッパ部３３のスイッチ（スイッチＳ１１，Ｓ２１，Ｓ１２，Ｓ２２）を制御するための特性取得指示情報を、制御情報生成部３２６に出力する。この特性取得指示情報の出力は、所定の周期で行われる。
【００３４】
電流値電圧値取得部３２２は、太陽電池特性取得部３１から、電流値および電圧値を取得する。
【００３５】
電力演算部３２３は、電流値電圧値取得部３２２によって取得された電流値および電圧値を用いて、電力値を算出する。
【００３６】
最大電力取得部３２４は、電力演算部３２３において算出された電力値の中で最大となる、最大出力電力値を取得する。
【００３７】
最大出力動作電圧値取得部３２５は、最大電力取得部３２４によって取得された最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。
【００３８】
制御情報生成部３２６は、特性取得指示部３２１から特性取得指示情報を受信した場合、その特性取得指示情報に基づいて、太陽電池特性取得部３１およびチョッパ部３３のスイッチを制御するための制御情報を最優先で生成する。そして、制御情報生成部３２６は、スイッチを制御するための制御情報を太陽電池特性取得部３１およびチョッパ部３３に出力する。
【００３９】
また、制御情報生成部３２６は、最大出力動作電圧値取得部３２５から最大出力動作電圧値を取得した場合、太陽電池１３の出力電圧を最大出力動作電圧値とする制御情報を生成する。そして、制御情報生成部３２６は、太陽電池１３の出力電圧を最大出力動作電圧値とする制御情報をチョッパ部３３に出力する。
【００４０】
また、制御情報生成部３２６は、最大出力動作電圧値となるように制御情報を生成した後には、取得した最大電力動作電圧値を初期値として山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値に、太陽電池１３の出力電圧を制御するための制御情報を生成する。そして、制御情報生成部３２６は、山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値によって制御するための制御情報をチョッパ部３３に出力する。
【００４１】
チョッパ部３３は、例えば、図１に示すような昇圧チョッパ回路または図２Ａ，２Ｂに示すような降圧チョッパ回路である。チョッパ部３３では、処理部３２から受信した制御情報に基づいて、スイッチ（Ｓ１２，Ｓ２２）がＰＷＭ制御される。
【００４２】
次に、太陽電池制御装置３０の処理部３２の処理フロー例について、図４を用いて説明する（適宜、図１，２Ａ，２Ｂ，３参照）。なお、図４に示す処理フローは、特性取得指示部３２１が、特性取得指示情報を出力してから、次の特性取得指示情報を出力するまでの、所定の周期の１サイクル分を示している。
【００４３】
ステップＳ４０１では、特性取得指示部３２１は、特性取得指示情報を、制御情報生成部３２６に出力する。具体的には、特性取得指示部３２１は、太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ２１およびチョッパ部３３のスイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にし、その後、スイッチＳ１１，Ｓ２２をオフ状態にする特性取得指示情報を出力する。なお、特性取得指示部３２１は、所定の周期で特性取得指示情報を出力する。また、所定の周期は、図示しないタイマによって計測されるものとする。
【００４４】
ステップＳ４０２では、制御情報生成部３２６は、特性取得指示部３２１から取得した特性取得指示情報に基づいて、太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ１２およびチョッパ部３３のスイッチＳ２１，Ｓ２２を操作するための制御情報を生成する。
【００４５】
ステップＳ４０３では、太陽電池特性取得部３１は、太陽電池１３の短絡状態から開放状態に至る過渡状態における電流値および電圧値をセンサ３４から取得し、取得した電流値および電圧値を処理部３２へ送信する。
【００４６】
ステップＳ４０４では、電力演算部３２３は、取得した電流値および電圧値を用いて、電力値を算出する。
【００４７】
ステップＳ４０５では、最大電力取得部３２４は、ステップＳ４０４において算出された電力値の中で最大となる、最大出力電力値を取得する。
【００４８】
ステップＳ４０６では、最大出力動作電圧値取得部３２５は、ステップＳ４０５において取得された最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。
【００４９】
ステップＳ４０７では、制御情報生成部３２６は、取得した最大出力動作電圧値に基づいて、太陽電池１３の出力電圧を最大出力動作電圧値とする制御情報を生成する。
【００５０】
ステップＳ４０８では、制御情報生成部３２６は、山登り法等の公知の方法に基づいて制御情報を生成する。具体的には、制御情報生成部３２６は、取得した最大電力動作電圧値を初期値として山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値に、太陽電池１３の出力電圧を制御するための制御情報を生成する。
【００５１】
以上、本実施形態における太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂは、太陽電池１３の一対の出力端子（高電位側の端子Ｔ１３ａおよび低電位側の端子Ｔ１３ｂ）にコンデンサＣ１１，Ｃ２１を接続する構成を備えている。この構成において、太陽電池１３を短絡状態から開放状態にすることによって、太陽電池１３の出力端子間に接続されたコンデンサＣ１１，Ｃ２１に過渡的な電圧および電流を発生させることができる。つまり、コンデンサＣ１１，Ｃ２１の電位を０Ｖから開放電圧Vocにまで変化させることができる。その変化の際に、所定のサンプリング時間間隔で、電流センサ１５および電圧センサ１４によって、それぞれ電流値および電圧値が測定される。なお、電流値および電圧値の測定は、所定の周期によって行われる。
【００５２】
さらに、太陽電池特性取得回路１１，２１ａ，２１ｂのいずれかを備えた太陽電池制御装置３０は、測定した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、その最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値を取得する。そして、太陽電池制御装置３０は、取得した最大出力動作電圧値に基づいて、最大電力点に追従するようにチョッパ部３３を制御する。つまり、太陽電池制御装置３０は、太陽電池制御装置３０は、このような構成を有しているので、太陽電池１３の最大出力電力を簡易に取得することができる。
【００５３】
また、最大出力動作電圧値は所定の周期によって行われる電流値および電圧値の測定の度に取得されるので、太陽電池制御装置３０は、次に最大出力動作電圧値を取得するまでの間は、取得した最大電力動作電圧値を初期値として山登り法等の公知の方法に基づいて決定した電圧値に、太陽電池１３の出力電圧を制御する。なお、所定の周期が短い場合には、山登り法等の公知の方法を用いずに、ステップＳ４０６において取得した最大出力動作電圧値のみを用いて制御を行っても構わない。
【００５４】
また、本実施形態では、太陽電池１３を短絡状態から開放状態にするケースについて説明したが、太陽電池１３を開放状態から短絡状態にしても、本実施形態と同様の電流値および電圧値を測定することができる。また、太陽電池特性取得部３１のスイッチＳ１１，Ｓ２１およびチョッパ部３３のスイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にするとは、同時にスイッチＳ１１，Ｓ２１およびスイッチＳ１２，Ｓ２２をオン状態にしても良いし、スイッチＳ１２，Ｓ２２がオン状態のときに、スイッチＳ１１，Ｓ２１をオン状態にしても良いし、その逆に、Ｓ１１，Ｓ２１２がオン状態のときに、スイッチスイッチＳ１２，Ｓ２をオン状態にしても構わない。
【００５５】
また、本実施形態の太陽電池制御装置３０は、インバータを含めた構成としても構わない。
【符号の説明】
【００５６】
１１，２１ａ，２１ｂ 太陽電池特性取得回路
１２ 昇圧チョッパ回路
１３ 太陽電池
１４ 電圧センサ
１５ 電流センサ
２２ 降圧チョッパ回路
３０ 太陽電池制御装置
３１ 太陽電池特性取得部
３２ 処理部
３３ チョッパ部
３４ センサ
３２１ 電流値電圧値取得部
３２２ 電力演算部
３２３ 最大電力取得部
３２４ 最大出力動作電圧値取得部
３２５ 制御情報生成部
Ｃ１１，Ｃ２１ コンデンサ（コンデンサ）
Ｃ１２，Ｃ２２ コンデンサ
Ｄ１１，Ｄ１２ ダイオード
Ｄ２１ ダイオード（第２のダイオード）
Ｄ２２ ダイオード（第１のダイオード）
Ｌ１２，Ｌ２２ インダクタ
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４ 接続点
Ｓ１１ スイッチ（第２のスイッチ）
Ｓ１２ スイッチ（第１のスイッチ）
Ｓ２１ スイッチ（第４のスイッチ）
Ｓ２２ スイッチ（第３のスイッチ）
Ｔ１３ａ 高電位側の端子（出力端子）
Ｔ１３ｂ 低電位側の端子（出力端子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と、直流電圧を昇圧するための第１のスイッチを少なくとも備える昇圧チョッパ回路との間に設置する太陽電池特性取得回路であって、
前記太陽電池の一対の出力端子のうちの高電位側の端子と、前記昇圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの高電位側の端子との間に接続される第２のスイッチと、
前記太陽電池の前記高電位側の端子および前記第２のスイッチの接続点と、前記太陽電池の一対の出力端子のうちの低電位側の端子および前記昇圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの低電位側の端子の接続点との間に接続されるコンデンサと、
前記第２のスイッチを制御するとともに前記太陽電池の特性を取得する処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記太陽電池の特性の取得処理として、
前記第１のスイッチがオン状態のときに、前記第２のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間の短絡状態を形成した後に、前記第２のスイッチをオフ状態にして前記太陽電池の出力端子間の開放状態を形成することで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
または、
前記第２のスイッチをオフ状態にして、前記太陽電池の出力端子間の開放状態を形成した後に、前記第１のスイッチがオン状態のときに前記第２のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間に短絡状態を形成することで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
を行うことを特徴とする太陽電池特性取得回路。
【請求項２】
前記処理部は、
前記第１のスイッチのオン状態またはオフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池特性取得回路。
【請求項３】
太陽電池と、直流電圧を降圧するための第３のスイッチおよび第１のダイオードを少なくとも備える降圧チョッパ回路との間に設置する太陽電池特性取得回路であって、
前記降圧チョッパ回路の第１のダイオードと並列に接続される第４のスイッチと、
前記太陽電池の一対の出力端子のうちの高電位側の端子および前記第３のスイッチの接続点と、前記太陽電池の一対の出力端子のうちの低電位側の端子および前記降圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの低電位側の端子の接続点との間に接続されるコンデンサと、
前記第４のスイッチを制御するとともに前記太陽電池の特性を取得する処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記太陽電池の特性の取得処理として、
前記第３のスイッチがオン状態のときに、前記第４のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間の短絡状態を形成した後に、前記第３のスイッチがオフ状態で前記太陽電池の出力端子間の開放状態が形成されることで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
または、
前記第３のスイッチがオフ状態で前記太陽電池の出力端子間の開放状態が形成された後に、前記第３のスイッチがオン状態のときに前記第４のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間の短絡状態を形成することで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
を行うことを特徴とする太陽電池特性取得回路。
【請求項４】
前記降圧チョッパ回路は高電位側にインダクタを備え、
前記降圧チョッパ回路の前記第３のスイッチおよび前記第１のダイオードのカソードとの接続点と第２のダイオードのアノードを接続し、前記降圧チョッパ回路のインダクタと前記第２のダイオードのカソードを接続する
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池特性取得回路。
【請求項５】
前記処理部は、
前記第３のスイッチのオン状態またはオフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の太陽電池特性取得回路。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の太陽電池特性取得回路を備え、太陽電池の一対の出力端子間の電流値および電圧値を取得する太陽電池特性取得部と、
昇圧チョッパ回路を備えるチョッパ部と、
前記取得した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、前記最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値に基づいて、前記太陽電池から最大出力電力を取得するように前記チョッパ部を制御する制御情報を生成する処理部と、
を備えることを特徴とする太陽電池制御装置。
【請求項７】
請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池特性取得回路を備え、太陽電池の一対の出力端子間の電流値および電圧値を取得する太陽電池特性取得部と、
降圧チョッパ回路を備えるチョッパ部と、
前記取得した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、前記最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値に基づいて、前記太陽電池から最大出力電力を取得するように前記チョッパ部を制御する制御情報を生成する処理部と、
を備えることを特徴とする太陽電池制御装置。
【請求項１】
太陽電池と、直流電圧を昇圧するための第１のスイッチを少なくとも備える昇圧チョッパ回路との間に設置する太陽電池特性取得回路であって、
前記太陽電池の一対の出力端子のうちの高電位側の端子と、前記昇圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの高電位側の端子との間に接続される第２のスイッチと、
前記太陽電池の前記高電位側の端子および前記第２のスイッチの接続点と、前記太陽電池の一対の出力端子のうちの低電位側の端子および前記昇圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの低電位側の端子の接続点との間に接続されるコンデンサと、
前記第２のスイッチを制御するとともに前記太陽電池の特性を取得する処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記太陽電池の特性の取得処理として、
前記第１のスイッチがオン状態のときに、前記第２のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間の短絡状態を形成した後に、前記第２のスイッチをオフ状態にして前記太陽電池の出力端子間の開放状態を形成することで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
または、
前記第２のスイッチをオフ状態にして、前記太陽電池の出力端子間の開放状態を形成した後に、前記第１のスイッチがオン状態のときに前記第２のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間に短絡状態を形成することで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
を行うことを特徴とする太陽電池特性取得回路。
【請求項２】
前記処理部は、
前記第１のスイッチのオン状態またはオフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池特性取得回路。
【請求項３】
太陽電池と、直流電圧を降圧するための第３のスイッチおよび第１のダイオードを少なくとも備える降圧チョッパ回路との間に設置する太陽電池特性取得回路であって、
前記降圧チョッパ回路の第１のダイオードと並列に接続される第４のスイッチと、
前記太陽電池の一対の出力端子のうちの高電位側の端子および前記第３のスイッチの接続点と、前記太陽電池の一対の出力端子のうちの低電位側の端子および前記降圧チョッパ回路の一対の入力端子のうちの低電位側の端子の接続点との間に接続されるコンデンサと、
前記第４のスイッチを制御するとともに前記太陽電池の特性を取得する処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記太陽電池の特性の取得処理として、
前記第３のスイッチがオン状態のときに、前記第４のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間の短絡状態を形成した後に、前記第３のスイッチがオフ状態で前記太陽電池の出力端子間の開放状態が形成されることで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
または、
前記第３のスイッチがオフ状態で前記太陽電池の出力端子間の開放状態が形成された後に、前記第３のスイッチがオン状態のときに前記第４のスイッチをオン状態にして前記太陽電池の出力端子間の短絡状態を形成することで、前記コンデンサが、前記太陽電池の出力端子間に過渡的な電圧および電流を発生させるようにして前記太陽電池の特性を取得する処理、
を行うことを特徴とする太陽電池特性取得回路。
【請求項４】
前記降圧チョッパ回路は高電位側にインダクタを備え、
前記降圧チョッパ回路の前記第３のスイッチおよび前記第１のダイオードのカソードとの接続点と第２のダイオードのアノードを接続し、前記降圧チョッパ回路のインダクタと前記第２のダイオードのカソードを接続する
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池特性取得回路。
【請求項５】
前記処理部は、
前記第３のスイッチのオン状態またはオフ状態を制御する
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の太陽電池特性取得回路。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の太陽電池特性取得回路を備え、太陽電池の一対の出力端子間の電流値および電圧値を取得する太陽電池特性取得部と、
昇圧チョッパ回路を備えるチョッパ部と、
前記取得した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、前記最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値に基づいて、前記太陽電池から最大出力電力を取得するように前記チョッパ部を制御する制御情報を生成する処理部と、
を備えることを特徴とする太陽電池制御装置。
【請求項７】
請求項３ないし請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池特性取得回路を備え、太陽電池の一対の出力端子間の電流値および電圧値を取得する太陽電池特性取得部と、
降圧チョッパ回路を備えるチョッパ部と、
前記取得した電流値および電圧値を用いて算出した電力値の中から、最大出力電力値を求め、前記最大出力電力値となるときの電圧値を示す最大出力動作電圧値に基づいて、前記太陽電池から最大出力電力を取得するように前記チョッパ部を制御する制御情報を生成する処理部と、
を備えることを特徴とする太陽電池制御装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７４０７０（Ｐ２０１２−１７４０７０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６５０９（Ｐ２０１１−３６５０９）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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