JP4042943B2 - Solar cell control device and solar cell control method - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池の制御装置及び太陽電池の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、電力供給用として種々の装置や住宅の冷暖房装置等に用いられている。この太陽電池の出力特性は、図４に電流−電圧特性Ａ，Ｂ，Ｃとして表され、この特性は実稼働状態においては様々な要因（照度、気温、固体差、経年変化など）により変化する。
【０００３】
つまり最大出力が得られる太陽電池電圧の特性が変化する。そのため実稼働状態において発電効率を高めるためには、その状況における最大電力を取り出せる太陽電池電圧を何らかの方法により求め、その電圧となるように制御する必要がある。
【０００４】
従来、一般的に用いられている最適動作点の探索方法は、山登り法と呼ばれ、その方法は、太陽電池の出力電圧を出力電流により小刻みに変化させ、そのときの電力を計算しながら電力の最大点を探索するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この山登り法では、最適動作点付近は、電流を変化させても電圧の変化量が微小なので、その積である電力の変化量も微小となる。そのため、デジタル制御の場合、精密に最適動作点を探索するためには、高い分解能を持ったＡ／Ｄ変換器が必要となり、また変化させる電流の刻み幅を狭くしなければならず、そのため最適動作点の探索に時間がかかる。
【０００６】
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、短時間で太陽電池の最適動作点を探索することが可能な太陽電池の制御装置及び太陽電池の制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、『太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握する電流電圧特性把握手段と、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定する最適動作点決定手段と、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する制御手段とを有することを特徴とする太陽電池の制御装置。』である。
【０００９】
この請求項１に記載の発明によれば、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、『前記太陽電池電流を制御する制御手段は、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の制御装置。』である。
【００１１】
この請求項２に記載の発明によれば、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、『太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握し、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することを特徴とする太陽電池の制御方法。』である。
【００１３】
この請求項３に記載の発明によれば、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、『前記最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の制御方法。』である。
【００１５】
この請求項４に記載の発明によれば、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の太陽電池の制御装置及び太陽電池の制御方法を図面に基づいて説明する。図１は太陽電池の制御装置の回路図、図２は最適動作点の算出を説明する図である。
【００１７】
負荷１には、バッテリ２と、太陽電池３が並列に接続され、バッテリ２と太陽電池３の電力により負荷１が駆動される。太陽電池３の正側の出力ライン４には、ダイオードＤ１とインダクタンス２０が接続され、ダイオードＤ１により電流の逆流防止が行われる。また、正側の出力ライン４と負側の出力ライン５には、コンデンサＣ１が接続され、コンデンサＣ１は太陽電池３に並列になっている。
【００１８】
太陽電池３の正側の出力ライン４には、電界効果トランジスタＦＥＴ１が接続され、また正側の出力ライン４と負側の出力ライン５の間には、電界効果トランジスタＦＥＴ２が接続され、電界効果トランジスタＦＥＴ１のゲートは抵抗１１を介して、電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートは抵抗Ｒ１２を介して太陽電池電圧制御回路１１へ接続されている。太陽電池電圧制御回路１１により電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御し、太陽電池電圧の制御を行なう。
【００１９】
太陽電池３の電力を充電したり負荷に供給するときには、太陽電池電圧が目標電圧となるように電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を操作する。この電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御するときに生じる電圧変動は、コンデンサＣ１により、また電流変動はインダクタンス２０により安定化するようになっている。
【００２０】
また、太陽電池３の正側の出力ライン４と負側の出力ライン５との間には、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２が太陽電池３と並列に接続され、これらの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧された太陽電池電圧が、電圧バッファとしてのオペアンプＯＰ１を介してＣＰＵ１０及び太陽電池電圧制御回路１１に入力されている。
【００２１】
太陽電池３の負側の出力ライン５には、抵抗Ｒ３が接続され、この抵抗Ｒ３の太陽電池３側には抵抗Ｒ４を介してオペアンプＯＰ２の非反転入力端子が接続され、負荷１側には抵抗５を介してオペアンプＯＰ２の反転入力端子が接続され、オペアンプＯＰ２の出力端子がＣＰＵ１０に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力が反転入力端子に抵抗Ｒ６を介して負帰還され、太陽電池電流に比例した電圧が増幅されてＣＰＵ１０に入力される。
【００２２】
ＣＰＵ１０から目標電圧がデジタル信号として出力され、Ｄ／Ａ変換回路１２によりアナログ信号に変換されて太陽電池電圧制御回路１１へ入力される。
【００２３】
太陽電池３の正側の出力ライン４と負側の出力ライン５との間には、分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８がバッテリ２と並列に接続され、この分圧抵抗Ｒ７，Ｒ８の間に比較回路１３の正側端子が接続され、比較回路１３の負側端子が分圧抵抗Ｒ９，Ｒ１０の間に接続されている。バッテリ２が満充電になると、比較回路１３では、負側端子側の電圧より正側端子の電圧が大きくなり、過充電防止信号を出力し、この過充電防止信号は太陽電池電圧制御回路１１に入力される。太陽電池電圧制御回路１１では、電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２を制御してバッテリ２が過充電されないように制御する。
【００２４】
ＣＰＵ１０は、太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握する電流電圧特性把握手段１００と、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定する最適動作点決定手段１０１と、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する制御手段１０２とを有する。
【００２５】
このように電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００２６】
太陽電池の実際の特性は、図２の点線で示すようになり、最適動作点Ｐ１より僅かに低いところに真の最適動作点Ｐ２があり、その点Ｐ２と第１の特性直線Ｌ１と第２の特性直線Ｌ２との交点から求める最適動作点Ｐ１とはずれがあるが、どちらの特性グラフによってもその最適動作点電圧Ｖ１はほぼ同じとなる。このことから、目標太陽電池電圧がＶ１となるように、電界効果トランジスタＦＥＴ１及び電界効果トランジスタＦＥＴ２のオン・オフのデューティ比を変えることで太陽電池電流を制御すれば、ほぼ最大出力を得ることができる。
【００２７】
次に、太陽電池の制御装置のソフトウェア動作を、図３に基づいて説明する。ステップａ１において、前回の処理から１分経過しているか否かの判断を行ない、１分経過していると、目標太陽電池電圧を開放電圧より十分に高い値に設定し（ステップａ２）、オペアンプＯＰ１の出力から太陽電池開放電圧Ｖ０を測定する（ステップａ３）。
【００２８】
目標太陽電池電圧を最適動作点電圧Ｖ１より十分に低い値に設定し（ステップａ４）、オペアンプＯＰ２の出力から太陽電池電流Ｉ０を測定する（ステップａ５）。
【００２９】
次に、目標太陽電池電圧をＶ０−ΔＶに設定し（ステップａ６）、太陽電池電流Ｉ１を測定する（ステップａ７）。ただし、ΔＶは最適動作点電圧Ｖ１の電圧以上でＶ０以下の適当な値とする。
【００３０】
開放電圧Ｖ０と、この開放電圧Ｖ０より少し低い電圧Ｖ０−ΔＶに制御したときの電流Ｉ１より第１の特性直線Ｌ１を求める（ステップａ８）。さらに、短絡電流Ｉ０より第２の特性直線Ｌ２を求める（ステップａ９）。
【００３１】
このように太陽電池の開放電圧Ｖ０、短絡電流Ｉ０及び開放電圧Ｖ０より少し低い電圧Ｖ０−ΔＶに制御したときの電流Ｉ１を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握し、開放電圧と、この開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を示す第１の特性直線Ｌ１と短絡電流の特性を示す第２の特性直線Ｌ２との交点から最適動作点Ｐ１を決定し、これらの交点から最適動作点Ｐ１を示す交点電圧Ｖ１を推定する（ステップａ１０）。
【００３２】
この最適動作点Ｐ１を示す太陽電池電圧Ｖ１の移動平均をとる（ステップａ１１）。例えば、１分ごとに１回の太陽電池電圧Ｖ１を求めて記憶し、この記憶された太陽電池電圧Ｖ１から常に過去３回分の平均を求め、この移動平均の値を目標太陽電池電圧に設定し（ステップａ１２）、ステップａ１へ移行し同様な制御を繰り返し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する。
【００３３】
このように最適動作点Ｐ１を示す太陽電池電圧Ｖ１の移動平均結果を演算に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００３４】
この実施の形態では、太陽電池３の開放電圧Ｖ０、短絡電流Ｉ０及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流Ｉ１を測定するだけで、電流−電圧特性を近似的に把握することができる。これにより第１の特性直線Ｌ１と第２の特性直線Ｌ２との交点から最適動作点Ｐ１を短時間に決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００３５】
【発明の効果】
前記したように、請求項１に記載の発明の太陽電池の制御装置では、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００３６】
請求項２に記載の発明の太陽電池の制御装置では、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【００３７】
請求項３に記載の発明の太陽電池の制御方法では、電流−電圧特性を近似的に把握し、太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することができる。
【００３８】
請求項４に記載の発明の太陽電池の制御方法では、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることで、日射量が瞬間的に変動しても影響を受けにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】太陽電池の制御装置の回路図である。
【図２】最適動作点の算出を説明する図である。
【図３】太陽電池の制御装置のソフトウェア動作フローチャートである。
【図４】太陽電池の電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 負荷
２ バッテリ
３ 太陽電池
１０ ＣＰＵ
１００ 電流電圧特性把握手段
１０１ 最適動作点決定手段
１０２ 制御手段
Ｌ１ 第１の特性直線
Ｌ２ 第２の特性直線
Ｐ１ 最適動作点
Ｐ２ 真の最適動作点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell control device and a solar cell control method.
[0002]
[Prior art]
Solar cells are used in various devices, residential air conditioning units, and the like for power supply. The output characteristics of this solar cell are represented as current-voltage characteristics A, B, and C in FIG. 4, and these characteristics change due to various factors (illuminance, temperature, individual differences, aging, etc.) in actual operation. .
[0003]
That is, the characteristics of the solar cell voltage at which the maximum output is obtained change. Therefore, in order to increase the power generation efficiency in the actual operation state, it is necessary to obtain a solar cell voltage at which the maximum power in that situation can be obtained by some method and to control the voltage so as to be the same.
[0004]
Conventionally, the search method for the optimum operating point that is generally used is called the hill-climbing method, which changes the output voltage of the solar cell in small increments according to the output current and calculates the power at that time while calculating the power. It searches for the maximum point of.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this hill-climbing method, since the amount of change in voltage is minute even when the current is changed near the optimum operating point, the amount of change in power that is the product is also minute. Therefore, in the case of digital control, an A / D converter with high resolution is required to search for the optimal operating point precisely, and the step size of the current to be changed must be narrowed. It takes time to search for the operating point.
[0006]
This invention is made in view of this point, and it aims at providing the control apparatus and solar cell control method of a solar cell which can search the optimal operating point of a solar cell in a short time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is configured as follows.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, the current-voltage characteristic grasping that approximates the current-voltage characteristic by measuring the current when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the open-circuit voltage of the solar battery are controlled to be slightly lower than the open-circuit voltage. Means,
When the terminal of the solar cell is opened, the open voltageappearing between the terminals isV0, and when the voltage between the terminals is controlledtodecrease by ΔV from V0, thecurrent flowing from the solar cell is I1, and (V0,0 ) And (V0−ΔV, I1), a straight line passing through the two points is obtained, the obtained first characteristic line andthe terminal of the solar cell are short-circuited, and the current flowing from the solar cell at that time is defined as I0, An optimum operating point determining means for determining an optimum operating point from the intersection with the second characteristic line that has aconstant current value I0 regardless of the following ;
And a control means for controlling the solar cell current so that the solar cell voltage becomes an optimum operating point voltage with a load connected. ].
[0009]
According to the first aspect of the present invention, the current-voltage characteristic is approximately grasped, and the open-circuit voltageappearing between the terminals when the terminals of thesolar cell are opened isV0, and the voltage between the terminals by ΔV from V0.the current flowing from the solar cell and I1 whenthecontrolledsodown,(V0,0) and (V0-ΔV, I1) obtains a straight line passing through the two points, the first characteristic linewhich the calculatedsolar With the terminal of the battery short-circuited, the current flowing from the solar battery at that time is set to I0, the optimum operating point is determined from the intersection with the second characteristic line thatbecomes a constant current value I0 regardless of the voltage, and the load is connected The solar cell current can be controlled so that the solar cell voltage becomes the optimum operating point voltage.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, the control means for controlling the solar cell current uses a moving average result of an estimated value of the optimum operating point voltage as a target solar cell voltage. Control device for solar cells. ].
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the moving average result of the estimated value of the optimum operating point voltage is used as the target solar cell voltage, so that it is hardly affected even if the amount of solar radiation fluctuates instantaneously.
[0012]
The invention according toclaim 3, “appropriately grasps the current-voltage characteristics by measuring the current when controlled to a voltage slightly lower than the open circuit voltage, short circuit current, and open circuit voltage of the solar cell,
When the terminal of the solar cell is opened, the open voltageappearing between the terminals isV0, and when the voltage between the terminals is controlledtodecrease by ΔV from V0, thecurrent flowing from the solar cell is I1, and (V0,0 ) And (V0−ΔV, I1), a straight line passing through the two points is obtained, the obtained first characteristic line andthe terminal of the solar cell are short-circuited, and the current flowing from the solar cell at that time is defined as I0, Regardless of the point of intersection with the second characteristic line, which has aconstant current value I0, the optimum operating point is determined.
A solar cell control method, wherein a solar cell current is controlled so that a solar cell voltage becomes an optimum operating point voltage in a state where a load is connected. ].
[0013]
According to the third aspect of the present invention, the current-voltage characteristic is approximately grasped, and the open-circuit voltageappearing between the terminals when the terminals of thesolar cell are opened isV0, and the inter-terminal voltage by ΔV from V0.the current flowing from the solar cell and I1 whenthecontrolledsodown,(V0,0) and (V0-ΔV, I1) obtains a straight line passing through the two points, the first characteristic linewhich the calculatedsolar With the terminal of the battery short-circuited, the current flowing from the solar battery at that time is set to I0, the optimum operating point is determined from the intersection with the second characteristic line thatbecomes a constant current value I0 regardless of the voltage, and the load is connected The solar cell current can be controlled so that the solar cell voltage becomes the optimum operating point voltage.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, “the moving average result of the estimated value of the optimum operating point voltage is used as a target solar cell voltage. ].
[0015]
According to the fourth aspect of the invention, by using the moving average result of the estimated value of the optimum operating point voltage as the target solar cell voltage, even if the solar radiation amount fluctuates instantaneously, it is hardly affected.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a solar cell control device and a solar cell control method according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a solar cell control device, and FIG. 2 is a diagram for explaining the calculation of an optimum operating point.
[0017]
A battery 2 and asolar cell 3 are connected in parallel to the load 1, and the load 1 is driven by the electric power of the battery 2 and thesolar cell 3. A diode D1 and aninductance 20 are connected to the output line 4 on the positive side of thesolar cell 3, and current backflow prevention is performed by the diode D1. Further, a capacitor C1 is connected to the positive output line 4 and thenegative output line 5, and the capacitor C1 is in parallel with thesolar cell 3.
[0018]
A field effect transistor FET 1 is connected to the positive output line 4 of thesolar cell 3, and a field effect transistor FET 2 is connected between the positive output line 4 and thenegative output line 5. The gate of the transistor FET1 is connected to the solar cellvoltage control circuit 11 via theresistor 11, and the gate of the field effect transistor FET2 is connected to the solar cellvoltage control circuit 11 via the resistor R12. The solar cellvoltage control circuit 11 controls the field effect transistor FET1 and the field effect transistor FET2 to control the solar cell voltage.
[0019]
When the electric power of thesolar cell 3 is charged or supplied to the load, the field effect transistor FET1 and the field effect transistor FET2 are operated so that the solar cell voltage becomes the target voltage. The voltage fluctuation generated when controlling the field effect transistor FET1 and the field effect transistor FET2 is stabilized by the capacitor C1, and the current fluctuation is stabilized by theinductance 20.
[0020]
Further, voltage dividing resistors R1 and R2 are connected in parallel with thesolar cell 3 between the positive output line 4 and thenegative output line 5 of thesolar cell 3, and these voltage dividing resistors R1 and R2 The divided solar cell voltage is input to theCPU 10 and the solar cellvoltage control circuit 11 through an operational amplifier OP1 as a voltage buffer.
[0021]
The resistor R3 is connected to thenegative output line 5 of thesolar cell 3, the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected to thesolar cell 3 side of the resistor R3 via the resistor R4, and the load 1 side is connected to the load 1 side. An inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected through theresistor 5, and an output terminal of the operational amplifier OP2 is connected to theCPU 10. The output of the operational amplifier OP2 is negatively fed back to the inverting input terminal via the resistor R6, and a voltage proportional to the solar cell current is amplified and input to theCPU 10.
[0022]
The target voltage is output as a digital signal from theCPU 10, converted into an analog signal by the D /A conversion circuit 12, and input to the solar cellvoltage control circuit 11.
[0023]
Voltage dividing resistors R7 and R8 are connected in parallel with the battery 2 between the positive output line 4 and thenegative output line 5 of thesolar cell 3, and a comparison circuit is provided between the voltage dividing resistors R7 and R8. 13 positive terminals are connected, and the negative terminal of thecomparison circuit 13 is connected between the voltage dividing resistors R9 and R10. When the battery 2 is fully charged, thecomparison circuit 13 causes the voltage at the positive terminal to be larger than the voltage at the negative terminal side, and outputs an overcharge prevention signal. This overcharge prevention signal is sent to the solar cellvoltage control circuit 11. Entered. The solar cellvoltage control circuit 11 controls the field effect transistor FET1 and the field effect transistor FET2 so that the battery 2 is not overcharged.
[0024]
CPU10 has an open circuit voltage of the solar cell, a current by measuring the current when controlling the voltage slightly lower than the short-circuit current and open circuit voltage - the current-voltage characteristic grasping means 100 for approximately grasp the voltage characteristicsof the solar cell The open circuit voltage thatappears between the terminals when the terminals are opened isV0, and thecurrent that flows from the solar cell when theterminal voltage is controlledtodecrease by ΔV from V0is I1, and (V0, 0) and (V0− A straight line passing through two points of ΔV, I1) is obtained, the obtained first characteristic line andthe terminal of thesolar cell are short-circuited, and the current flowing from the solar cell at that time is defined as I0, and a constant current value I0 regardless of the voltage and the second optimum operating point determination means 101 for determining the optimal operating point from the intersection of the characteristic line, braking the solar cell voltage in a state of connecting the load to control the solar cell current so that the optimum operating point voltage And it means 102.
[0025]
Thus, when the current-voltage characteristics are approximately grasped, the open voltageappearing between the terminals when the terminals of thesolar cell are opened isV0, andwhen the controlis performed so that the voltage between the terminals decreases from V0 by ΔV, The current flowing from the battery is I1, and a straight line passing through two points (V0, 0) and (V0−ΔV, I1) is obtained, and the obtained first characteristic line and thesolar cell terminal are short-circuited. The current flowing from the solar cell is set to I0, the optimum operating point is determined from the intersection with the second characteristic line thatbecomes a constant current value I0 regardless of the voltage, and the solar cell voltage becomes the optimum operating point voltage with the load connected. Thus, the solar cell current can be controlled.
[0026]
The actual characteristics of the solar cell are as shown by the dotted line in FIG. 2. The true optimum operating point P2 is located slightly below the optimum operating point P1, and the point P2, the first characteristic line L1, and the second Although there is a deviation from the optimum operating point P1 obtained from the intersection with the characteristic line L2, the optimum operating point voltage V1 is substantially the same in both characteristic graphs. From this, if the solar cell current is controlled by changing the on / off duty ratio of the field effect transistor FET1 and the field effect transistor FET2 so that the target solar cell voltage becomes V1, a substantially maximum output can be obtained. it can.
[0027]
Next, the software operation of the solar cell control device will be described with reference to FIG. In step a1, it is determined whether or not 1 minute has passed since the previous processing. If 1 minute has passed, the target solar cell voltage is set to a value sufficiently higher than the open circuit voltage (step a2), and the operational amplifier The solar cell open circuit voltage V0 is measured from the output of OP1 (step a3).
[0028]
The target solar cell voltage is set to a value sufficiently lower than the optimum operating point voltage V1 (step a4), and the solar cell current I0 is measured from the output of the operational amplifier OP2 (step a5).
[0029]
Next, the target solar cell voltage is set to V0−ΔV (step a6), and the solar cell current I1 is measured (step a7). However, ΔV is an appropriate value not less than the optimum operating point voltage V1 and not more than V0.
[0030]
A first characteristic line L1 is obtained from the open voltage V0 and the current I1 when the voltage is controlled to a voltage V0−ΔV slightly lower than the open voltage V0 (step a8). Further, a second characteristic line L2 is obtained from the short-circuit current I0 (step a9).
[0031]
Thus, the current-voltage characteristics are approximately grasped by measuring the open-circuit voltage V0, the short-circuit current I0, and the current I1 when the voltage is controlled to a voltage V0-ΔV slightly lower than the open-circuit voltage V0. The optimum operating point P1 is determined from the intersection of the first characteristic line L1 indicating the current when controlled to a voltage slightly lower than the open circuit voltage and the second characteristic line L2 indicating the characteristic of the short-circuit current, and these intersections are determined. To estimate the intersection voltage V1 indicating the optimum operating point P1 (step a10).
[0032]
A moving average of the solar cell voltage V1 indicating the optimum operating point P1 is taken (step a11). For example, one solar cell voltage V1 is obtained and stored every minute, the average of the past three times is always obtained from the stored solar cell voltage V1, and the value of this moving average is set as the target solar cell voltage. (Step a12), the process proceeds to Step a1 and the same control is repeated, and the solar cell current is controlled so that the solar cell voltage becomes the optimum operating point voltage with the load connected.
[0033]
Thus, by using the moving average result of the solar cell voltage V1 indicating the optimum operating point P1 for calculation, even if the amount of solar radiation fluctuates instantaneously, it is not easily affected.
[0034]
In this embodiment, the current-voltage characteristics can be grasped approximately only by measuring the open-circuit voltage V0, the short-circuit current I0, and the current I1 when thesolar cell 3 is controlled to a voltage slightly lower than the open-circuit voltage. . Thus, the optimum operating point P1 is determined in a short time from the intersection of the first characteristic line L1 and the second characteristic line L2, and the solar cell voltage is set to the optimum operating point voltage with the load connected. The current can be controlled.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the solar cell control device according to the first aspect of the present invention, the current-voltage characteristics are approximately grasped, and the open-circuit voltageappearing between the terminals when the terminals of thesolar cell are opened isV0, Thecurrent flowing from the solar cell when thevoltage between the terminals is controlledtodecrease by ΔV from V0 isdefined as I1, and a straight line passing through two points (V0, 0) and (V0−ΔV, I1) is obtained. The optimum operating point is determined from the intersection of the first characteristic line and the second characteristic line wherethe terminal of thesolar cell is short-circuited, the current flowing from the solar cell at that time is I0, and the constant current value is I0 regardless of the voltage. Then, the solar cell current can be controlled so that the solar cell voltage becomes the optimum operating point voltage with the load connected.
[0036]
In the solar cell control device according to the second aspect of the present invention, the moving average result of the estimated value of the optimum operating point voltage is used as the target solar cell voltage, so that the solar cell control device is hardly affected even if the solar radiation amount fluctuates instantaneously. .
[0037]
In the solar cell control method according to the third aspect of the present invention, the current-voltage characteristic is approximately grasped, and the open-circuit voltageappearing between the terminals when the terminals of thesolar cell are opened is set toV0, and ΔV from that V0. Thecurrent flowing from the solar cell when thevoltage between terminals is controlledtobeI1, and a straight line passing through two points (V0, 0) and (V0−ΔV, I1) is obtained, and the obtained first characteristic line Then,the terminal of thesolar cell is short-circuited, the current flowing from the solar cell at that time is set to I0, the optimum operating point is determined from the intersection with the second characteristic line thatbecomes a constant current value I0 regardless of the voltage, and the load is connected In this state, the solar cell current can be controlled so that the solar cell voltage becomes the optimum operating point voltage.
[0038]
In the solar cell control method according to the fourth aspect of the present invention, the moving average result of the estimated value of the optimum operating point voltage is used as the target solar cell voltage, so that the solar cell control method is hardly affected even if the solar radiation amount fluctuates instantaneously. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a control device for a solar cell.
FIG. 2 is a diagram for explaining calculation of an optimum operating point.
FIG. 3 is a software operation flowchart of the solar cell control device;
FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of a solar cell.
[Explanation of symbols]
1 Load 2Battery 3Solar Cell 10 CPU
100 current voltage characteristic grasping means 101 optimum operating point determining means 102 control means L1 first characteristic straight line L2 second characteristic straight line P1 optimum operating point P2 true optimum operating point

Claims (4)

Translated fromJapanese

太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握する電流電圧特性把握手段と、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定する最適動作点決定手段と、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御する制御手段とを有することを特徴とする太陽電池の制御装置。Current-voltage characteristic grasping means for approximately grasping the current-voltage characteristic by measuring the current when controlled to a voltage slightly lower than the open-circuit voltage, short-circuit current, and open-circuit voltage of the solar cell;
When the terminal of the solar cell is opened, the open voltageappearing between the terminals isV0, and when the voltage between the terminals is controlledtodecrease by ΔV from V0, thecurrent flowing from the solar cell is I1, and (V0,0 ) And (V0−ΔV, I1), a straight line passing through the two points is obtained, the obtained first characteristic line andthe terminal of the solar cell are short-circuited, and the current flowing from the solar cell at that time is defined as I0, An optimum operating point determining means for determining an optimum operating point from the intersection with the second characteristic line that has aconstant current value I0 regardless of the following ;
And a control means for controlling the solar cell current so that the solar cell voltage becomes an optimum operating point voltage with a load connected. 前記太陽電池電流を制御する制御手段は、最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の制御装置。  2. The solar cell control device according to claim 1, wherein the control means for controlling the solar cell current uses a moving average result of an estimated value of the optimum operating point voltage as a target solar cell voltage. 太陽電池の開放電圧、短絡電流及び開放電圧より少し低い電圧に制御したときの電流を測定することで電流−電圧特性を近似的に把握し、
前記太陽電池の端子を開放したときに端子間に現れる開放電圧をＶ０とし、そのＶ０からΔＶだけ端子間電圧が下がるように制御したときに前記太陽電池から流れる電流をＩ１とし、（Ｖ０，０）と（Ｖ０−ΔＶ， Ｉ１）の２点を通る直線を求め、この求めた第１の特性直線と、前記太陽電池の端子を短絡し、そのとき太陽電池から流れる電流をＩ０とし、電圧によらず一定電流値Ｉ０となる第２の特性直線との交点から最適動作点を決定し、
負荷を接続した状態で太陽電池電圧が最適動作点電圧になるように太陽電池電流を制御することを特徴とする太陽電池の制御方法。Approximate the current-voltage characteristics by measuring the open-circuit voltage, short-circuit current, and current when controlled to a voltage slightly lower than the open-circuit voltage,
When the terminal of the solar cell is opened, the open voltageappearing between the terminals isV0, and when the voltage between the terminals is controlledtodecrease by ΔV from V0, thecurrent flowing from the solar cell is I1, and (V0,0 ) And (V0−ΔV, I1), a straight line passing through the two points is obtained, the obtained first characteristic line andthe terminal of the solar cell are short-circuited, and the current flowing from the solar cell at that time is defined as I0, Regardless of the point of intersection with the second characteristic line, which has aconstant current value I0, the optimum operating point is determined.
A solar cell control method, wherein a solar cell current is controlled so that a solar cell voltage becomes an optimum operating point voltage in a state where a load is connected. 前記最適動作点電圧の推定値の移動平均結果を目標太陽電池電圧に用いることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の制御方法。  4. The solar cell control method according to claim 3, wherein a moving average result of the estimated value of the optimum operating point voltage is used as a target solar cell voltage.

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