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JPH07302130A - 電力制御装置 - Google Patents

電力制御装置

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Publication number
JPH07302130A
JPH07302130A JP6113416A JP11341694A JPH07302130A JP H07302130 A JPH07302130 A JP H07302130A JP 6113416 A JP6113416 A JP 6113416A JP 11341694 A JP11341694 A JP 11341694A JP H07302130 A JPH07302130 A JP H07302130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
solar cell
power conversion
control device
conversion means
Prior art date
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Pending
Application number
JP6113416A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoichirou Oota
智市郎 太田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH07302130A publication Critical patent/JPH07302130A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列および/または並列に接続された複数の
各電池ユニットから効率良く電力を取り出す。 【構成】 複数の電池ユニットSBから電力を取り出す
電力制御装置であって、各電池ユニットに対応して設け
られた第一の電力変換手段FET,L,Dと、各電池ユ
ニットの出力電圧ー出力電流曲線の変動を検出し、各電
池ユニットに対応する第一の電力変換手段を各電池ユニ
ットから最大出力を得られるように制御する制御手段C
NTと、各第一の電力変換手段の出力を合成した電力を
所定の電力に変換する第二の電力変換手段INV1とを
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池等の電源から
電力を効率よく取り出す制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギーの観点から、太陽光
エネルギーを太陽電池により電力に変換する太陽光発電
装置が注目を浴びている。
【0003】この太陽電池の素体であるウエハーは、1
素子当り0.5V程度の起電力がありそのウエハーを数
十枚組み合わせて太陽電池のパネルは作られている。そ
して、実際に発電するために、要求されている発電電力
量に見合うように各々のパネルを数枚から数十枚を直列
と並列に接続し組み合わせた発電モジュールを構成し、
電力を発生させている。
【0004】この太陽電池モジュールの出力は、図3に
示されるように、その時の日照や気温、太陽電池の劣化
量により取り出せる電力が大幅に変動するため、一定の
動作条件では取り出せる電力が限られてしまい、理想的
な太陽光線下では10%程度の電力変換効率があるにも
かかわらず実際の自然環境にて発電を行なうと、太陽電
池の動作点が理想的な所から外れるため、理想状態の半
分の電力も取り出せないなどの欠点があった。
【0005】その対策として、太陽電池パネルの近傍に
パネルに使用している太陽電池素子の特性によく似た電
池パネル出力検出用の太陽電池を配置し、疑似的に太陽
電池パネルの動作点を推定し制御値を決定する方法や、
太陽電池の動作点が温度の影響を受けやすい事を利用し
て太陽電池パネルの裏側に温度検出素子を配置し、その
パネル裏面温度から太陽電池の動作点を決定する方法な
どが使用されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、太陽電池パ
ネルの近傍に電池パネル出力検出用の太陽電池を配置し
たパイロット出力検知方法では、その出力検知用太陽電
池と、電力取り出し用太陽電池の日射量が完全には一致
せず、また電力取り出し用太陽電池のみ日陰になる等の
可能性なども有り太陽電池の発電電力を最大限取り出し
てはいなかった。
【0007】また、太陽電池パネルの裏側に温度検出素
子を配置し、そのパネル裏面温度から太陽電池の動作点
を決定する方法では、太陽電池の温度特性に関しては補
正できるが、パネル全体が均一の温度になっているとは
限らず、また、日射量とパネル裏面温度とは特に相関関
係は無いため、その時の太陽電池の発電電力の最大値を
取り出しているとは言い難かった。
【0008】その対策として図4に示す電力制御装置の
ように太陽電池発生電圧Vinと電池出力電流Iinから図
3の太陽電池VーI直線の変動を検出して、その変動量
から最大電力演算回路MPP1により最大電力点を検出
し、その電力制御値を直流ー交流電力変換用インバータ
INV1に与える事で、太陽電池の動作点を最大電力点
に追尾させる方法も考え出されていた。しかし、この方
法でも多数のパネルを直並列接続された時などは、各々
の太陽電池変換効率や温度特性が違うため各パネルの特
性を平均化した最大電力点で動作せざるを得ない。その
ため各々の太陽電池パネルは、光ー電力変換効率の最大
点から外れた点で動作するので、各太陽電池パネルの発
電電力を効率よく取り出すことは出来なかった。
【0009】また前記V−I曲線から最大電力動作点を
検出する方法では、図2の一日の発電量の図に示される
ように最大電力点を追尾すると太陽電池発生電圧Vbatt
が大幅に変動する形になり、直流電圧を交流電力に変換
するインバータ部の入力電圧が大幅に変動するので、直
流−交流変換インバータ部の制御幅が広がり動作安定度
が低下しやすく、またインバータ入力電圧が変動するた
め電力変換効率が低下してしまう欠点が有った。
【0010】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、各太陽電池パネルから効率良く
電力を取り出し、もって太陽電池モジュール、ひいては
太陽光発電装置全体としての電力変換効率を向上させる
電力制御装置を提供することを目的とする。
【0011】
【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため、本発明では、各太陽電池パネルなどの電池ユニッ
ト毎に直流ー直流変換器など第一の電力変換手段を設
け、そのユニットのV−I曲線の変動を検出し、その変
動量から最大電力点を検出し前記第一の電力変換手段の
動作点を決定する制御手段を用いる事により、各電池ユ
ニットの動作点を最も効率の良い点に設定し、ユニット
毎の電力変換器の出力を合わせた電力をまとめて、第二
の電力変換、例えば直流ー交流変換を行なう事で、電池
発電電力を効率よく取り出す事を可能にしたものであ
る。
【0012】
【作用および効果】本発明によれば、電池ユニット毎に
第一の電力変換手段を設けることで各電池ユニットから
最も効率良く電力を取り出すことが可能になる。また、
電池ユニットとして太陽電池パネルを、第一の電力変換
手段として直流ー直流変換器を、そして第二の電力変換
手段として直流ー交流インバータ装置を用いる場合、直
流ー交流インバータ装置は入力電圧が一定の簡単な制御
で太陽電池から最大の電力を取り出す事が可能なためイ
ンバータ装置の制御回路が簡略化できるとともに、イン
バータ装置に使用する電力スイッチ素子なども、電圧変
動が少ないため最適化することができ電力変換効率の向
上と装置全体の低コスト化が実現できる。通常、太陽電
池パネルは同一特性の物をできるだけ同一条件で設置し
ないと各太陽電池の特性の違いにより発電できる電力が
大幅に減少してしまうが、この様なパネル毎に直流ー直
流変換装置を設ける構成を用いることで、太陽電池パネ
ルの出力電力が違うもの等を組合せても効率良く電力を
取り出すことが可能になる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は本
発明の一実施例に係る電力制御装置の構成を示す。図1
において図4と同一符号は同一構成部分を示している。
図1において、直流ー直流電力変換モジュールEMは、
太陽電池パネルSBと電圧変換コイルLと電力スイッチ
素子のMOSーFETと電力出力ダイオードDと、太陽
電池電圧検出回路R1,R2と太陽電池出力電流検出回
路CTと前記入出力を制御する制御回路CNTから構成
されている。この電力変換モジュールEMを複数個(図
では4組)並列接続してコンデンサC1に接続する。コ
ンデンサC1は、電源リップル吸収用の電解コンデンサ
である。INV1は直流ー交流電力変換回路であり、コ
ンデンサC1に蓄えられた直流電圧を入力として交流電
力を発生させて交流負荷に電力を出力する。
【0014】次に動作について説明する。電力変換モジ
ュールEMの太陽電池パネルSBに太陽光が入射される
と、太陽電池パネルSBの両端には起電圧を発生する。
その時の発生電力は図3に示すようにパネルに入射され
た光量にほぼ比例する。この発生電力が一定以上になる
と制御回路が動作して、太陽電池の出力電圧と出力電力
を測定し太陽電池の動作点をV−Iカーブ上の最大電力
点になるようにスイッチ素子であるMOS−FETのゲ
ートに制御回路CNTからPWMパルスが印加され、M
OS−FETがオン−オフすることで電圧変換コイルに
チョッピング電流が流れる。すなわち、MOSーFET
がオンした時に太陽電池パネルの発電電力はコイルに蓄
積される。またMOSーFETがオフした時は、コイル
に蓄えられた電力と太陽電池の発電電力が加算され、電
圧出力ダイオードを通じて平滑コンデンサC1に電力を
転送する。これらの動作を繰返す事で各電力変換モジュ
ールEMは、各々の太陽電池パネルSBから取り出せる
最大電力を平滑コンデンサC1に転送し続ける。
【0015】直流ー交流電力変換用インバータINV1
は、前記電力変換モジュールの発電電力の合計が一定値
以上になるとC1に蓄えられた電力により、インバータ
回路を起動して負荷側に必要とされている交流電力を発
生する。このインバータINV1は、コンデンサC1に
蓄えられた電力が大きくなると、出力電力量を増加させ
る程度の簡単な制御でよいためインバータ部の動作が安
定し、またインバータ部の電力制御の結果として入力電
圧がほぼ一定電圧になるので電力変換効率が向上する。
【0016】図5は、本発明の他の実施例に係る太陽光
発電装置の構成を示す。この装置は図1の装置を高制御
化するため、全体制御装置CNT1を加えて各々のモジ
ュールや装置間を電磁気的または光学的な信号送受信手
段により結合している。この様な構成を取る事で個別に
制御していた太陽電池パネルSBのVーIカーブによる
最大電力の演算などを全体制御装置CNT1で処理でき
るので、最大電力制御の精度が向上でき、また各モジュ
ール毎の電力変換の開始や停止シーケンスが電力変換装
置全体として制御可能になるため太陽電池発電電力が小
さい時などにも有効に電力を取り出す事が可能になる。
また、この様な構成を取る事で各モジュールやインバー
タ装置などの自己診断機能や、各モジュール間の運転状
態の確認と報告や、機能異状時のモジュール毎の切り離
しが出来るので発電装置としての信頼性も向上し、且つ
異状が発生した時に使用者に対して警報を発生できるの
で装置のメンテナンスが迅速に出来る利点も有る。
【0017】また、図5に示されるように電話回線イン
ターフェース装置を接続することにより、上記機能が遠
隔地においても装置の監視や、警報などを受取ることも
実現できる。
【0018】以上説明したように、太陽電池パネル毎に
直流ー直流変換装置を設けることで各太陽電池パネルか
ら最も効率良く電力を取り出すことが可能になり、ま
た、直流ー交流インバータ装置は入力電圧が一定の簡単
な制御で太陽電池から最大の電力を取り出す事が可能な
ためインバータ装置の制御回路が簡略化でき、インバー
タ装置に使用する電力スイッチ素子なども、電圧変動が
少ないため最適化することができ電力変換効率の向上
と、装置全体の低コスト化ができる。通常、太陽電池パ
ネルは同一特性のものをできるだけ同一条件で設置しな
いと各太陽電池の特性の違いにより発電できる電力が大
幅に減少してしまうが、この様なパネル毎に直流ー直流
変換装置を設ける構成を用いることで、太陽電池パネル
の出力電力が違うもの等を組合せても効率良く電力を取
り出すことが可能になる。
【0019】なお、上述の実施例においては、電池ユニ
ットとして太陽電池パネルを用いているが、本発明は、
電池ユニットとして燃料電池などの一次電池、あるいは
二次電池を用いる発電装置または電力供給装置にも適用
し得るものである。また、直流負荷に電力を供給する場
合、第二の電力変換装置としては、直流ー交流インバー
タ装置ではなく、直流ー直流変換装置を用いることにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る電力制御装置の構成
を示すブロック図である。
【図2】 太陽電池の1日の発電電力と最適動作電圧の
一例を示すグラフである。
【図3】 太陽電池の受光光量対VーI特性の一例を示
すグラフである。
【図4】 従来の電力制御装置の構成を示すブロック図
である。
【図5】 図1の装置を高制御化するための全体制御装
置を追加した電力制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
SB:太陽電池、CNT:制御回路、L:コイル、D:
ダイオード、C1:平滑コンデンサ、INV1:直流ー
交流電力変換装置、EM:電力変換モジュール、CNT
1:全体制御装置、MPP1:最大電力演算回路。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電池ユニットから電力を取り出す
    電力制御装置であって、各電池ユニットに対応して設け
    られた第一の電力変換手段と、各電池ユニットの出力電
    圧ー出力電流曲線の変動を検出し、各電池ユニットに対
    応する第一の電力変換手段を各電池ユニットから最大出
    力を得られるように制御する制御手段と、各第一の電力
    変換手段の出力を合成した電力を所定の電力に変換する
    第二の電力変換手段とを具備することを特徴とする電力
    制御装置。
  2. 【請求項2】 前記第二の電力変換手段が、前記各第一
    の電力変換手段の合成出力電圧を一定電圧に変換して出
    力することを特徴とする請求項1記載の電力制御装置。
  3. 【請求項3】 前記第二の電力変換手段が、直流−交流
    電力変換装置であることを特徴とする請求項1記載の電
    力制御装置。
  4. 【請求項4】 前記第一の電力変換手段が、直流−直流
    電圧変換装置であるいることを特徴とする請求項1記載
    の電力制御装置。
  5. 【請求項5】 前記第一の電力変換手段がそれぞれ、各
    電池ユニットを含む電圧変換モジュールに組込まれてい
    ることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載
    の電力制御装置。
  6. 【請求項6】 前記第一の電力変換手段と第二の電力変
    換手段の状態を通信手段を用いて検知し、電力変換装置
    全体を制御する全体制御装置を用いることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれか1つに記載の電力制御装置。
  7. 【請求項7】 電力変換装置全体を制御する全体制御装
    置が、外部との通信手段を備えることを特徴とする請求
    項6記載の電力制御装置。
  8. 【請求項8】 前記電池ユニットは、複数の太陽電池素
    子を直列および/または並列接続してなる太陽電池パネ
    ルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つ
    に記載の電力制御装置。
JP6113416A 1994-05-02 1994-05-02 電力制御装置 Pending JPH07302130A (ja)

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