JP2012208725A - Photovoltaic power generation system - Google Patents
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Abstract
【課題】個々の太陽電池モジュールの最大出力動作電圧が異なる場合における電力取り出し効率を向上させ、かつ計測器等を太陽電池モジュール毎に設置する必要がない太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】複数の太陽電池モジュール11と、第一および第二のDCDCコンバータ31、32と、共通電源線16と主電源線14と副電源線15と、複数のダイオード素子と、複数のスイッチング素子と、太陽電池モジュールの電圧電流特性を測定するための電子負荷装置33と、制御装置34とを備える太陽光発電システムである。制御装置により、複数の太陽電池モジュールを全て並列接続したときのアレイ最大出力動作電圧を検出し、副電源線に接続された電子負荷装置でアレイ最大出力動作電圧近傍における電力微分値を順次取得し、電力微分値に基づいて、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループと、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループを決定する。
【選択図】図1
The present invention provides a photovoltaic power generation system that improves the power extraction efficiency when the maximum output operating voltages of individual solar cell modules are different and does not require a measuring instrument or the like to be installed for each solar cell module.
SOLUTION: A plurality of solar cell modules 11, first and second DCDC converters 31, 32, a common power line 16, a main power line 14, a sub power line 15, a plurality of diode elements, and a plurality of switching elements. A photovoltaic power generation system including an element, an electronic load device 33 for measuring voltage-current characteristics of a solar cell module, and a control device. The controller detects the array maximum output operating voltage when all of the plurality of solar cell modules are connected in parallel, and sequentially obtains the power differential value near the array maximum output operating voltage with the electronic load device connected to the sub power line. Based on the power differential value, a group of modules having a high maximum output operating voltage value and a group of modules having a low maximum output operating voltage value are determined.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、太陽電池モジュールから取り出される電力を最大にするための太陽光発電システムに関する。特に、環境変化や個々の特性ばらつきによって、個々の太陽電池モジュールの最大出力動作電圧が異なる場合での電力取り出し効率向上に関する。 The present invention relates to a photovoltaic power generation system for maximizing electric power extracted from a solar cell module. In particular, the present invention relates to an improvement in power extraction efficiency when the maximum output operating voltage of each solar cell module differs due to environmental changes and individual characteristic variations.
太陽光発電システムは、一般的に、太陽光エネルギーを電力に変換する多数の太陽電池モジュールと、モジュールが出力する電力を回収し、商用電源あるいは蓄電池に供給するためのパワーコンディショナ(PCS)とで構成される。 A photovoltaic power generation system generally includes a large number of solar cell modules that convert solar energy into electric power, and a power conditioner (PCS) that collects the electric power output from the module and supplies it to a commercial power source or a storage battery. Consists of.
図15に従来の太陽光発電システムの構成の一例を示す。図15のように、太陽光発電システムは、太陽電池アレイ200とパワーコンディショナ203を備える。太陽電池アレイ200は、複数の太陽電池モジュール201が、並列に接続されて構成されている。太陽電池モジュール201の出力電圧を高くするために、太陽電池モジュール201は直列に複数個接続されている場合も多い。また、太陽電池モジュール201の出力部には、逆方向電流を防止するためのダイオード202が接続されている。パワーコンディショナ203は主に、DCDCコンバータ204、インバータ205と、それらを制御するための制御装置206から構成される。 FIG. 15 shows an example of the configuration of a conventional solar power generation system. As shown in FIG. 15, the photovoltaic power generation system includes a solar cell array 200 and a power conditioner 203. The solar cell array 200 is configured by connecting a plurality of solar cell modules 201 in parallel. In order to increase the output voltage of the solar cell module 201, a plurality of solar cell modules 201 are often connected in series. In addition, a diode 202 for preventing reverse current is connected to the output portion of the solar cell module 201. The power conditioner 203 mainly includes a DCDC converter 204, an inverter 205, and a control device 206 for controlling them.
DCDCコンバータ204は、コイル207、ダイオード208、キャパシタ209、スイッチング素子210から成る昇圧チョッパ回路で構成されている。DCDCコンバータ204で昇圧された直流電流はインバータ205によって交流電流に変換され、商用の系統電源211へと供給される。 The DCDC converter 204 includes a step-up chopper circuit including a coil 207, a diode 208, a capacitor 209, and a switching element 210. The direct current boosted by the DCDC converter 204 is converted into an alternating current by the inverter 205 and supplied to the commercial system power supply 211.
制御装置206は、電圧計212が計測した電圧値と電流計213が計測した電流値の積から、太陽電池アレイ200より取り出される電力値を推定し、その電力値が最大になるようにスイッチング素子210をPWM制御することによって、DCDCコンバータに最大電力点追従(MPPT:Maximum Power Point Tracking)制御を行わせている。 The control device 206 estimates the power value extracted from the solar cell array 200 from the product of the voltage value measured by the voltmeter 212 and the current value measured by the ammeter 213, and switches the switching element so that the power value becomes maximum. By performing 210 PWM control, the DCDC converter performs maximum power point tracking (MPPT) control.
太陽電池モジュールの表面に、おおよそ均一な太陽光が照射されている場合、太陽電池モジュールの電力−電圧特性(P−V特性)は、一般的に図16に示すような傾向を示す。MPPT制御の代表的な方法としては山登り法が知られており、これは、DCDCコンバータによって、太陽電池アレイより取り出される電力が大きくなる方向に逐次太陽電池モジュールの電圧を変化させていくことで、電力ピークの動作点を追跡する手法である。太陽電池アレイから最大の電力が得られるときの太陽電池アレイの電圧を、アレイの最大出力動作電圧と呼ぶ。また、個々の太陽電池モジュールも図16と同様の特性があり、太陽電池モジュールから最大の電力が得られるときの太陽電池モジュールの電圧も、モジュールの最大出力動作電圧と呼ぶことができる。 When approximately uniform sunlight is irradiated on the surface of the solar cell module, the power-voltage characteristic (P-V characteristic) of the solar cell module generally shows a tendency as shown in FIG. As a typical method of MPPT control, the hill-climbing method is known. This is because the DCDC converter sequentially changes the voltage of the solar cell module in the direction in which the electric power extracted from the solar cell array increases. This is a method for tracking the operating point of the power peak. The voltage of the solar cell array when maximum power is obtained from the solar cell array is referred to as the maximum output operating voltage of the array. Each solar cell module has the same characteristics as in FIG. 16, and the voltage of the solar cell module when the maximum power is obtained from the solar cell module can also be referred to as the maximum output operating voltage of the module.
ところで、太陽電池モジュールの最大出力動作電圧は、様々な要因によってモジュール毎に異なる場合がある。その原因の例としては、太陽電池モジュールへの日射量(太陽光の照射強度)、モジュール温度、あるいは、モジュール個々の電圧電流特性のばらつきがある。太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュール間で最大出力動作電圧が大きく異なる場合は、1つのDCDCコンバータでそれら異なる最大出力動作電圧を同時に追従することはできないので、太陽電池モジュールの発電能力を完全には発揮することができない。 By the way, the maximum output operating voltage of the solar cell module may be different for each module due to various factors. Examples of the cause include the amount of solar radiation to the solar cell module (irradiation intensity of sunlight), module temperature, or variations in voltage-current characteristics of individual modules. If the maximum output operating voltage differs greatly among the solar cell modules that make up the solar cell array, it is not possible to simultaneously follow the different maximum output operating voltages with a single DCDC converter. Cannot be demonstrated.
そこで、複数のDCDCコンバータで複数の最大出力動作電圧を追従する太陽光発電システムが、知られている(特許文献1参照)。図17に、該太陽光発電システムを示す。図17の太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュール221、DCDCコンバータ222、223、インバータ224に加え、複数の電流計225と複数のスイッチング素子226、制御回路227で構成されている。複数の電流計225は、各太陽電池モジュールの出力に接続されており、制御回路227は、各出力の電流値を計測することができる。これらの電流値より、制御回路227は、各モジュールの最大出力動作電圧を推測し、スイッチング素子226を切り替えることで最大出力動作電圧が近い2つのグループに分け、その2つのグループに対してDCDCコンバータがMPPT制御を行うことで、動作電圧が最大出力動作電圧からずれることによる損失をより少なくしている。 Therefore, a photovoltaic power generation system that tracks a plurality of maximum output operating voltages with a plurality of DCDC converters is known (see Patent Document 1). FIG. 17 shows the solar power generation system. 17 includes a plurality of ammeters 225, a plurality of switching elements 226, and a control circuit 227 in addition to a plurality of solar cell modules 221, DCDC converters 222 and 223, and an inverter 224. The plurality of ammeters 225 are connected to the output of each solar cell module, and the control circuit 227 can measure the current value of each output. Based on these current values, the control circuit 227 estimates the maximum output operating voltage of each module and switches the switching element 226 to divide it into two groups that are close in maximum output operating voltage. By performing MPPT control, the loss due to the operating voltage deviating from the maximum output operating voltage is further reduced.
従来は、特許文献1のように、太陽電池モジュールが出力する電流の絶対量と最大出力動作電圧に相関があることを利用して、グループ分けをしていた。図18に特性が異なる2つのモジュールA、Bの電力−電圧特性(P−V特性とも呼ぶ)の例を示す。図18(a)は、太陽電池モジュールへの日射量(太陽光の照射強度)が異なるモジュールA、BのP−V特性の例である。この場合、太陽電池モジュールが出力する電流の絶対量と最大出力動作電圧には、ある程度の相関があるので、例えば、特許文献1のように、太陽電池モジュール毎に電流計を設け、その電流値から最大出力動作電圧を推定し、最大出力動作電圧の値が近い太陽電池モジュール毎にグループ分けをし、選択スイッチを使用してグループの太陽電池モジュールを並列接続することが可能である。 Conventionally, as in Patent Document 1, grouping is performed using the fact that there is a correlation between the absolute amount of current output from the solar cell module and the maximum output operating voltage. FIG. 18 shows an example of power-voltage characteristics (also referred to as PV characteristics) of two modules A and B having different characteristics. FIG. 18A is an example of PV characteristics of modules A and B having different solar radiation amounts (irradiation intensity of sunlight) to the solar cell module. In this case, since there is a certain degree of correlation between the absolute amount of current output from the solar cell module and the maximum output operating voltage, for example, as in Patent Document 1, an ammeter is provided for each solar cell module, and the current value It is possible to estimate the maximum output operating voltage from the group, group the solar cell modules for which the value of the maximum output operating voltage is close, and connect the solar cell modules of the group in parallel using a selection switch.
しかしながら、モジュール温度、あるいは、モジュール電圧電流特性のばらつきによって、最大出力動作電圧が異なる場合には、図18(b)のように、太陽電池モジュールが出力する電流の絶対量と最大出力動作電圧に、明確な相関が表れないことがある。この場合は、太陽電池モジュール毎に設けられた電流計の電流値だけで、各太陽電池モジュールの最大出力動作電圧を推定することが難しくなるという問題がある。 However, if the maximum output operating voltage differs due to variations in module temperature or module voltage / current characteristics, the absolute amount of current output by the solar cell module and the maximum output operating voltage are set as shown in FIG. There may be no clear correlation. In this case, there is a problem that it is difficult to estimate the maximum output operating voltage of each solar cell module only by the current value of an ammeter provided for each solar cell module.
一方で、太陽電池モジュールに多くの回路素子を設けることは、信頼性の低下やコストアップにつながるため、太陽電池モジュール毎に設ける回路素子は、少数でかつ単純であることが望ましい。よって、各太陽電池モジュールの最大出力動作電圧を算出するための計測器や、並列接続のためのスイッチング素子はできるだけ少ない個数が設置されることが好ましい。 On the other hand, providing a large number of circuit elements in the solar cell module leads to a decrease in reliability and an increase in cost. Therefore, it is desirable that the number of circuit elements provided for each solar cell module is small and simple. Therefore, it is preferable to install as few as possible measuring instruments for calculating the maximum output operating voltage of each solar cell module and switching elements for parallel connection.
本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、環境変化や個々の特性ばらつきによって、個々の太陽電池モジュールの最大出力動作電圧が異なる場合での電力取り出し効率を向上させることを目的とするものである。また、本発明は、計測器等の回路素子を太陽電池モジュール毎に設置する必要がなく素子の個数を削減させることを目的とするものである。 The present invention is intended to solve these problems, and it is an object of the present invention to improve the power extraction efficiency when the maximum output operating voltage of each solar cell module differs due to environmental changes and individual characteristic variations. To do. Another object of the present invention is to reduce the number of elements without having to install circuit elements such as measuring instruments for each solar cell module.
本発明は、電源線に取り付けられた1個の電子負荷装置によって電流値、電圧値を測定することによって、太陽電池モジュール毎への電流センサを設置する必要が無く、かつ、スイッチング素子の必要な個数を1モジュールあたり1素子とすることができる。また、本発明は、電子負荷装置が各太陽電池モジュールの電圧電流特性の微分値を記録することによって、図18(b)のように、太陽電池モジュールが出力する電流の絶対量と最大出力動作電圧に、明確な相関が表れない場合でも、最大出力動作電圧の推定を可能にするものである。 In the present invention, the current value and the voltage value are measured by one electronic load device attached to the power supply line, so that it is not necessary to install a current sensor for each solar cell module, and a switching element is necessary. The number can be one element per module. In addition, according to the present invention, the electronic load device records the differential value of the voltage-current characteristic of each solar cell module, so that the absolute amount of current output from the solar cell module and the maximum output operation as shown in FIG. Even when a clear correlation does not appear in the voltage, the maximum output operating voltage can be estimated.
本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。 The present invention has the following features in order to achieve the above object.
本発明は、太陽光発電システムであって、複数の太陽電池モジュールと、第一および第二のDCDCコンバータと、前記太陽電池モジュールが発生する電力を前記第一または第二のDCDCコンバータに送るための共通電源線と主電源線と副電源線と、複数のダイオード素子と、複数のスイッチング素子と、太陽電池モジュールの電圧電流特性を測定するための電子負荷装置と、前記第一および第二のDCDCコンバータと前記スイッチング素子と前記電子負荷装置とを制御する制御装置とを具備することを特徴とする。本発明の前記制御装置は、前記太陽電池モジュールのアレイ最大出力動作電圧近傍における電力微分値を順次取得し、前記電力微分値に基づいて、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループと、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループを決定することを特徴とする。より具体的には、本発明の前記制御装置は、次の3段階の制御を行うことを特徴とする。第一段階として、前記第一のDCDCコンバータに最大電力点探索をさせることにより、前記複数の太陽電池モジュールを全て並列接続したときのアレイ最大出力動作電圧を検出する。第二段階として、前記第一のDCDCコンバータに前記アレイ最大出力動作電圧よりも高い電圧を主電源線に発生させつつ、前記スイッチング素子の1つずつを順次ONにさせることによって、前記副電源線に接続された前記電子負荷装置で、前記太陽電池モジュールの前記アレイ最大出力動作電圧近傍における電力微分値を順次取得する。第三段階として、前記電力微分値に基づいて、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループと、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループを決定する。第1段階は、後述するフローチャートのS102(アレイ最大出力動作電圧探索)に対応し、第2段階は、S103(電力微分値取得)に対応し、第3段階はS104(グループ分け)及びS105(最大電力点追従)に対応する。本発明は、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループと決定された前記太陽電池モジュールに接続された前記スイッチング素子をオンにすることによって、前記第一のDCDCコンバータは、高い最大出力動作電圧でDCDC変換動作を行い、前記第二のDCDCコンバータは、低い最大出力動作電圧でDCDC変換動作を行うことを特徴とする。具体的には、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループは、アレイ最大出力動作電圧VPMAより高い電圧が、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループはアレイ最大出力動作電圧VPMAより低い電圧が、動作点電圧となる。 The present invention is a photovoltaic power generation system for sending a plurality of solar cell modules, first and second DCDC converters, and electric power generated by the solar cell modules to the first or second DCDC converter. A common power line, a main power line, a sub power line, a plurality of diode elements, a plurality of switching elements, an electronic load device for measuring voltage-current characteristics of a solar cell module, and the first and second And a control device for controlling the DCDC converter, the switching element, and the electronic load device. The control device of the present invention sequentially obtains a power differential value in the vicinity of the array maximum output operating voltage of the solar cell module, and based on the power differential value, a group of modules having a high maximum output operating voltage value, and a maximum output A group of modules having a low operating voltage value is determined. More specifically, the control device of the present invention performs the following three-stage control. As a first step, the maximum DC operating voltage when the plurality of solar cell modules are all connected in parallel is detected by causing the first DCDC converter to perform a maximum power point search. As a second step, the sub-power supply lines are sequentially turned on one by one while causing the first DCDC converter to generate a voltage higher than the array maximum output operating voltage on the main power supply line one by one. In the electronic load device connected to the solar cell module, differential power values in the vicinity of the array maximum output operating voltage of the solar cell module are sequentially obtained. As a third step, a group of modules having a high maximum output operating voltage value and a group of modules having a low maximum output operating voltage value are determined based on the power differential value. The first stage corresponds to S102 (array maximum output operating voltage search) in the flowchart described later, the second stage corresponds to S103 (acquisition of power differential value), and the third stage corresponds to S104 (grouping) and S105 ( (Maximum power point tracking). According to the present invention, the first DCDC converter has a high maximum output operating voltage by turning on the switching element connected to the solar cell module determined to be a group of modules having a low maximum output operating voltage value. A DCDC conversion operation is performed, and the second DCDC converter performs a DCDC conversion operation at a low maximum output operation voltage. Specifically, a group of modules having a high maximum output operating voltage value has a voltage higher than the array maximum output operating voltage VPMA, and a group of modules having a low maximum output operating voltage value has a voltage lower than the array maximum output operating voltage VPMA. Operating point voltage.
本発明の太陽光発電システムは、前記太陽電池モジュールの出力端子と前記主電源線は、前記ダイオード素子を介して接続され、さらに、該出力端子と前記副電源線は、前記スイッチング素子を介して接続され、前記主電源線は、前記第一のDCDCコンバータに接続し、前記副電源線は、前記第二のDCDCコンバータと前記電子負荷装置とに接続し、前記共通電源線は、前記太陽電池モジュールのもう一方の出力端子、第一および第二のDCDCコンバータに接続されていることが、好ましい。 In the photovoltaic power generation system of the present invention, the output terminal of the solar cell module and the main power supply line are connected via the diode element, and the output terminal and the sub power supply line are connected via the switching element. The main power line is connected to the first DCDC converter, the sub power line is connected to the second DCDC converter and the electronic load device, and the common power line is the solar cell. It is preferably connected to the other output terminal of the module, the first and second DCDC converters.
本発明の太陽光発電システムにおいて、前記電力微分値の正負の極性によって、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループと、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループを決定することが好ましい。また、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記複数のスイッチング素子を駆動するための複数のスイッチ制御回路を具備し、前記スイッチ制御回路と前記制御装置間の通信に無線通信を用いることが好ましい。また、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記太陽電池モジュールの出力端子と前記副電源線は、前記スイッチング素子および前記ダイオード素子の直列接続を介して接続されていることが好ましい。また、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記電子負荷装置は、前記制御装置によって電圧設定が可能なシャントレギュレータ定電圧回路を用いて構成することが好ましい。また、本発明の太陽光発電システムにおいて、前記第一および第二のDCDCコンバータは、前記制御装置によって通流率の制御が可能な昇圧チョッパ回路で構成することが好ましい。 In the photovoltaic power generation system of the present invention, it is preferable to determine a group of modules having a high maximum output operating voltage value and a group of modules having a low maximum output operating voltage value based on the positive / negative polarity of the power differential value. In the photovoltaic power generation system of the present invention, it is preferable that a plurality of switch control circuits for driving the plurality of switching elements are provided, and wireless communication is used for communication between the switch control circuit and the control device. In the photovoltaic power generation system of the present invention, it is preferable that the output terminal of the solar cell module and the sub power line are connected via a series connection of the switching element and the diode element. In the photovoltaic power generation system of the present invention, it is preferable that the electronic load device is configured using a shunt regulator constant voltage circuit whose voltage can be set by the control device. In the photovoltaic power generation system of the present invention, it is preferable that the first and second DCDC converters are constituted by a step-up chopper circuit capable of controlling a conduction rate by the control device.
本発明は、電子負荷装置が各太陽電池モジュールの電力電圧特性の微分値を測定することによって、太陽電池モジュールが出力する電流の絶対量と最大出力動作電圧に、明確な相関が表れない場合でも、各モジュールの最大出力動作電圧が推定でき、それに従って最大出力動作電圧が近い2つのグループに分けることができる。また、本発明は、決定された2つのグループに対してDCDCコンバータがMPPT制御を行うことで、動作電圧が最大出力動作電圧からずれることによる損失をより少なくすることができる。 Even if a clear correlation does not appear between the absolute amount of current output from the solar cell module and the maximum output operating voltage by measuring the differential value of the power voltage characteristics of each solar cell module by the electronic load device. The maximum output operating voltage of each module can be estimated, and the maximum output operating voltage can be divided into two groups close to each other accordingly. Further, in the present invention, the DCDC converter performs MPPT control on the two determined groups, so that the loss due to the operating voltage deviating from the maximum output operating voltage can be further reduced.
さらに、本発明は、電源線に取り付けられた1個の電子負荷装置によって電流値、電圧値を測定することによって、太陽電池モジュール毎への電流センサを設置する必要が無く、かつ、スイッチング素子の必要な個数を1モジュールあたり1素子としているため、コストダウンやシステムの信頼性向上を図ることができる。 Furthermore, according to the present invention, it is not necessary to install a current sensor for each solar cell module by measuring the current value and the voltage value with one electronic load device attached to the power line, and the switching element Since the required number is one element per module, the cost can be reduced and the reliability of the system can be improved.
本発明は、太陽電池モジュールに部分的な日陰が発生した場合、太陽電池モジュール間で特性のばらつきがある場合、また、温度の違いがある場合に発電効率を向上することができる。 The present invention can improve the power generation efficiency when partial shade occurs in the solar cell module, when there is a variation in characteristics between the solar cell modules, and when there is a difference in temperature.
以下に、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
(実施例)
本発明の実施例を図1〜14を参照して説明する。図1に本実施例の太陽光発電システムの構成図を示す。本実施例の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール11と、該太陽電池モジュールに付属するスイッチ回路12、パワーコンディショナ13によって構成される。太陽電池モジュール11とスイッチ回路12は1対1で接続され、スイッチ回路12は、主電源線14、副電源線15、共通電源線16の3本の電源線によって並列に接続されている。さらに、主電源線14、副電源線15、共通電源線16は、パワーコンディショナ13とも接続している。図1では簡単のために3個のモジュールと3個のスイッチ回路だけを記載しているが、実際には、必要な発電量に応じて並列数を増やしてよい。太陽電池モジュール11の正極から出力される電流は、主電源線14および副電源線15を通してパワーコンディショナ13に供給され、帰還する電流は共通電源線16を通して太陽電池モジュール11の負極に流入する。以下、電圧についての記載は、ことわりがない限り、共通電源線16の電位を基準として説明する。
(Example)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The block diagram of the solar energy power generation system of a present Example is shown in FIG. The solar power generation system according to this embodiment includes a solar cell module 11, a switch circuit 12 attached to the solar cell module, and a power conditioner 13. The solar cell module 11 and the switch circuit 12 are connected on a one-to-one basis, and the switch circuit 12 is connected in parallel by three power supply lines including a main power supply line 14, a sub power supply line 15, and a common power supply line 16. Further, the main power supply line 14, the sub power supply line 15, and the common power supply line 16 are also connected to the power conditioner 13. In FIG. 1, only three modules and three switch circuits are shown for simplicity, but in practice the number of parallels may be increased according to the required power generation amount. The current output from the positive electrode of the solar cell module 11 is supplied to the power conditioner 13 through the main power supply line 14 and the sub power supply line 15, and the returning current flows into the negative electrode of the solar cell module 11 through the common power supply line 16. Hereinafter, the description of the voltage will be described based on the potential of the common power supply line 16 unless otherwise specified.
スイッチ回路12は、太陽電池モジュールの11の正極から出力される電流を、主電源線14あるいは副電源線15のいずれかに振り分ける働きをする。スイッチ回路12は、ダイオード素子21、22、スイッチング素子23、スイッチ制御回路24で構成されている。ダイオード素子21は、太陽電池モジュール11の正極と主電源線14間を接続し、ダイオード素子22とスイッチング素子23で構成される直列回路は、太陽電池モジュール11の正極と副電源線15の間を接続している。複数のスイッチング素子23は半導体トランジスタを用いるとよい。スイッチ制御回路24はスイッチング素子23の開閉を制御する。以上のようなスイッチ回路12の構成により、太陽電池モジュール11の正極から出力される電流は、スイッチング素子23がOFFの時には、主電源線14に、スイッチング素子23がONの時には副電源線15に流れる。また、副電源線15の電位を太陽電池モジュール11の正極の電位より常時低くして扱う場合には、ダイオード素子22を省略して、太陽電池モジュール11の正極と副電源線15の間はスイッチング素子23のみで接続しても同じ制御が可能である。 The switch circuit 12 functions to distribute the current output from the positive electrode of the solar cell module 11 to either the main power supply line 14 or the sub power supply line 15. The switch circuit 12 includes diode elements 21 and 22, a switching element 23, and a switch control circuit 24. The diode element 21 connects the positive electrode of the solar cell module 11 and the main power supply line 14, and the series circuit composed of the diode element 22 and the switching element 23 connects between the positive electrode of the solar cell module 11 and the sub power supply line 15. Connected. The plurality of switching elements 23 may be semiconductor transistors. The switch control circuit 24 controls opening and closing of the switching element 23. With the configuration of the switch circuit 12 as described above, the current output from the positive electrode of the solar cell module 11 is supplied to the main power supply line 14 when the switching element 23 is OFF, and to the sub power supply line 15 when the switching element 23 is ON. Flowing. Further, when the sub power supply line 15 is handled with the potential always lower than the positive electrode potential of the solar cell module 11, the diode element 22 is omitted and switching between the positive electrode of the solar cell module 11 and the sub power supply line 15 is performed. Even if only the element 23 is connected, the same control is possible.
パワーコンディショナ13は、DCDCコンバータ31、32および電子負荷装置33、制御装置34、スイッチ制御信号発生回路35、インバータ36で構成されている。DCDCコンバータ31は主電源線14から入力される直流電流を昇圧して出力し、DCDCコンバータ32は副電源線15から入力される直流電流を昇圧して出力する。DCコンバータ31および32で昇圧された直流電流はインバータ36によって交流電流に変換され、商用の系統電源17へと供給される。 The power conditioner 13 includes DCDC converters 31 and 32, an electronic load device 33, a control device 34, a switch control signal generation circuit 35, and an inverter 36. The DCDC converter 31 boosts and outputs a direct current input from the main power supply line 14, and the DCDC converter 32 boosts and outputs a direct current input from the sub power supply line 15. The direct current boosted by the DC converters 31 and 32 is converted into an alternating current by an inverter 36 and supplied to a commercial power supply 17.
DCDCコンバータ31、32および電子負荷装置33は、制御装置34によって制御される。 The DCDC converters 31 and 32 and the electronic load device 33 are controlled by the control device 34.
図2に、DCDCコンバータ31、32およびそれら周辺の回路構成を示す。DCDCコンバータ31および32は、制御装置34によって通流率の制御が可能な昇圧チョッパ回路で構成されている。DCDCコンバータ31、32は、コイル41,42、ダイオード素子43、44、スイッチング素子45、46を使った昇圧回路で構成されている。制御装置34から送信される通流率α1、α2のデータに応じて、PWM回路47、48は、通流率に応じたPWM波形をスイッチング素子45、46に供給し、昇圧回路の通流率は、α1およびα2に制御される。DCDCコンバータ31、32の出力部には出力部の直流電圧を平滑化するための平滑コンデンサ49と、電流計50、電圧計51が設置されている。電流計50で計測された直流電流値Ioutと、電圧計51で計測された直流電圧値Voutは、ADコンバータ52、53で数値化されて、制御装置34に送信され、それらの値は出力電力の算出や、通流率α1、α2へフィードバックとして利用される。さらに、DCDCコンバータ31の入力部には、電圧計54が設置されている。電圧計54で計測された直流電圧値V1Mesは、ADコンバータ55で数値化され、制御装置34に送信され、その値は主電源線14の電圧計測に利用される。 FIG. 2 shows the DCDC converters 31 and 32 and their peripheral circuit configurations. The DCDC converters 31 and 32 are composed of boost chopper circuits that can control the conduction rate by the control device 34. The DCDC converters 31 and 32 are constituted by a booster circuit using coils 41 and 42, diode elements 43 and 44, and switching elements 45 and 46. The PWM circuits 47 and 48 supply a PWM waveform corresponding to the conduction ratio to the switching elements 45 and 46 according to the data of the conduction ratios α1 and α2 transmitted from the control device 34, and the conduction ratio of the booster circuit. Is controlled to α1 and α2. A smoothing capacitor 49 for smoothing the DC voltage of the output unit, an ammeter 50 and a voltmeter 51 are installed at the output units of the DCDC converters 31 and 32. The DC current value Iout measured by the ammeter 50 and the DC voltage value Vout measured by the voltmeter 51 are digitized by the AD converters 52 and 53 and transmitted to the control device 34. These values are output power. And is used as feedback to the flow rates α1 and α2. Furthermore, a voltmeter 54 is installed at the input of the DCDC converter 31. The DC voltage value V1Mes measured by the voltmeter 54 is digitized by the AD converter 55 and transmitted to the control device 34, and the value is used for voltage measurement of the main power supply line 14.
図3に電子負荷装置33およびその周辺の回路構成を示す。電子負荷装置33は、前記制御装置によって電圧設定が可能なシャントレギュレータ定電圧回路を用いて構成されている。図3のように、電子負荷装置33は、電界効果トランジスタ61、シャント抵抗62、分圧抵抗器63、64、OPアンプ65で構成される。制御装置34から送設される電圧設定値V2ALは、DAコンバータ66でアナログ電圧に変換される。電界効果トランジスタ(FET)61、分圧抵抗器63、64、OPアンプ65とは、定電圧回路を形成しており、電圧設定値V2ALに比例した電圧を副電源線15に発生させている。また、その際に副電源線15から共通電源線16に流れる電流に比例した電圧がシャント抵抗62の両端に発生し、その電圧をADコンバータ67で数値化して測定電流値I2ALとして制御装置34に送信する。 FIG. 3 shows a circuit configuration of the electronic load device 33 and its periphery. The electronic load device 33 is configured using a shunt regulator constant voltage circuit whose voltage can be set by the control device. As shown in FIG. 3, the electronic load device 33 includes a field effect transistor 61, a shunt resistor 62, voltage dividing resistors 63 and 64, and an OP amplifier 65. The voltage set value V2AL sent from the control device 34 is converted into an analog voltage by the DA converter 66. The field effect transistor (FET) 61, the voltage dividing resistors 63 and 64, and the OP amplifier 65 form a constant voltage circuit, and generate a voltage proportional to the voltage setting value V2AL on the sub power supply line 15. At this time, a voltage proportional to the current flowing from the sub power supply line 15 to the common power supply line 16 is generated at both ends of the shunt resistor 62, and the voltage is digitized by the AD converter 67 to the control device 34 as a measured current value I2AL. Send.
図4にスイッチ制御信号発生回路35のブロック図を示す。制御装置34から送信されるスイッチ状態信号S[1]〜S[n]はエンコーダ72でコード化され、さらに無線送信機73で変調された後、アンテナ74を通じて各スイッチ制御回路24に無線送信される。 FIG. 4 is a block diagram of the switch control signal generation circuit 35. As shown in FIG. The switch status signals S [1] to S [n] transmitted from the control device 34 are encoded by the encoder 72, further modulated by the wireless transmitter 73, and then wirelessly transmitted to each switch control circuit 24 through the antenna 74. The
図5にスイッチ制御回路24とその周辺の回路構成を示す。スイッチ制御回路24は、アンテナ75を通じて受信した、スイッチ制御信号発生回路35からの無線信号を復調する受信機76、受信信号から有効信号のみを解読するエンコーダ77、エンコーダ77の出力信号に基づいてスイッチング素子23のON/OFF制御をするドライブ回路78から構成される。さらに、スイッチ制御回路24には、絶縁型のDCDCコンバータ79を内蔵しており、太陽電池モジュール11が発電する電力のごく一部を、受信機76、エンコーダ77、ドライブ回路78を駆動するための電力に変換して供給している。なお、スイッチ状態信号S[1]〜S[n]とスイッチング素子23のON/OFFの関係は、S[1]〜S[n]が1のときON、スイッチ状態S[1]〜S[n]が0のときにOFFとなる関係になっている。 FIG. 5 shows the circuit configuration of the switch control circuit 24 and its periphery. The switch control circuit 24 performs switching based on a receiver 76 that demodulates a radio signal from the switch control signal generation circuit 35 received through the antenna 75, an encoder 77 that decodes only a valid signal from the received signal, and an output signal of the encoder 77. The drive circuit 78 is configured to control ON / OFF of the element 23. Further, the switch control circuit 24 incorporates an insulation type DCDC converter 79, and drives a receiver 76, an encoder 77, and a drive circuit 78 with a small part of the power generated by the solar cell module 11. It is converted into electric power and supplied. The relationship between the switch state signals S [1] to S [n] and the ON / OFF of the switching element 23 is ON when S [1] to S [n] is 1, and the switch states S [1] to S [ When n] is 0, the relationship is OFF.
図6に、制御装置34に搭載されるメインプログラムのフローチャートを示す。プログラム起動時には初期設定S101が行われ、DCDCコンバータ31、32の通流率α1、α2を0%に、全てのスイッチ回路12のスイッチング素子23をOFFにする。 FIG. 6 shows a flowchart of the main program installed in the control device 34. When the program is started, initial setting S101 is performed, and the continuity α1 and α2 of the DCDC converters 31 and 32 are set to 0%, and the switching elements 23 of all the switch circuits 12 are turned OFF.
初期設定S101後、アレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102、電力微分値取得サブルーチンS103、グループ分けサブルーチンS104、最大電力点追従サブルーチンS105の4つのサブルーチンが繰り返し行われる。なお、複数の太陽モジュールが並列に接続されて構成されている太陽電池アレイの最大出力動作電圧をアレイ最大出力動作電圧VPMAと呼ぶ。 After the initial setting S101, four subroutines of an array maximum output operating voltage VPMA search subroutine S102, a power differential value acquisition subroutine S103, a grouping subroutine S104, and a maximum power point tracking subroutine S105 are repeatedly performed. A maximum output operating voltage of a solar cell array configured by connecting a plurality of solar modules in parallel is referred to as an array maximum output operating voltage VPMA.
図7にアレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102のフローチャートを示す。S111で図8に示した電力計測のサブルーチンを実行する。電力計測のサブルーチンでは、P1、P2、V2、I2のグローバル変数を使用し、これらは、呼び出しプログラムからも参照できる。S121では、変数P2の値を変数P1に移動させ、S122では、DCDCコンバータ出力部の電圧計51の電圧計測値VoutをV2に、電流計50の電流計測値IoutをI2に代入し、S123では、変数V2と変数I2を乗算した結果をP2に代入する。ゆえに、リターン時にはP1は1回前に計測した電力値、P2は今回計測した電力値、V2には今回計測した電圧値、I2には今回計測した電流値が代入される。 FIG. 7 shows a flowchart of the array maximum output operating voltage VPMA search subroutine S102. In S111, the power measurement subroutine shown in FIG. 8 is executed. In the power measurement subroutine, global variables P1, P2, V2, and I2 are used, which can be referred to from the calling program. In S121, the value of the variable P2 is moved to the variable P1, and in S122, the voltage measurement value Vout of the voltmeter 51 of the DCDC converter output unit is substituted for V2, and the current measurement value Iout of the ammeter 50 is substituted for I2, and in S123 The result of multiplying the variable V2 and the variable I2 is substituted into P2. Therefore, at the time of return, P1 is the power value measured once before, P2 is the power value measured this time, the voltage value measured this time is substituted for V2, and the current value measured this time is substituted for I2.
図7において電力計測S111終了後、S112で通流率α1を増加させ、S113で再度電力計測を行う。S114でP1とP2を比較し、P2の方がP1より大きかった場合、S112に戻って、さらに通流率α1を増加させることを繰り返す。P1の方がP2より大きかった場合、S115で通流率α1を減少させ、S116で再度電力計測を行う。SS17でP1とP2を比較し、P2の方がP1より大きかった場合、S115に戻って、さらに通流率α1を減少させることを繰り返す。 In FIG. 7, after the power measurement S111 ends, the flow rate α1 is increased in S112, and the power measurement is performed again in S113. In S114, P1 and P2 are compared. If P2 is larger than P1, the process returns to S112 to repeat increasing the flow rate α1. If P1 is greater than P2, the flow rate α1 is decreased in S115, and power measurement is performed again in S116. In SS17, P1 and P2 are compared. If P2 is larger than P1, the process returns to S115, and the flow rate α1 is further decreased.
以上に説明したアレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102によるDCDCコンバータ31の最大電力点動作を図9に示す。縦軸が電力P、横軸が電圧V、カーブは太陽電池モジュールの電力−電圧(P−V)特性を表している。初期状態では動作点はQstの位置にあり、電力は0、電圧は開放電圧VOCである。S112〜S114による通流率増加によって、動作点は矢印の方向に移動し、やがて最大電力点QPMAに到達する。このとき主電源線14の電圧はアレイの最大出力電圧VPMAとなっているので、S118で電圧V1Mesを計測することで電圧VPMAを取得し、その値をS119にて電圧V1Mesを戻り値VPMAとしている。 FIG. 9 shows the maximum power point operation of the DCDC converter 31 by the array maximum output operation voltage VPMA search subroutine S102 described above. The vertical axis represents power P, the horizontal axis represents voltage V, and the curve represents power-voltage (P-V) characteristics of the solar cell module. In the initial state, the operating point is at the position of Qst, the power is 0, and the voltage is the open circuit voltage VOC. The operating point moves in the direction of the arrow due to the increase in the conduction rate in S112 to S114, and eventually reaches the maximum power point QPMA. At this time, since the voltage of the main power supply line 14 is the maximum output voltage VPMA of the array, the voltage VPMA is obtained by measuring the voltage V1Mes in S118, and the voltage V1Mes is set as the return value VPMA in S119. .
図10に、電力微分値取得サブルーチンS103のフローチャートを示す。サブルーチンS103では、カウンタ変数kを使って、S131からS143のフローがk回繰り返される。ここでnはスイッチ回路12の個数であり、図1ではn=3である。S131ではスイッチ制御信号S[k]を1にすることで、k番目のスイッチ回路12のスイッチング素子23をONにする。S132では電子負荷装置の動作電圧V2ALをVPMAに設定する。すると、k番目の太陽電池モジュール11は副電源線15と接続状態となり、さらに、副電源線15の電圧VPMAは主電源線14の電圧VPMA+ΔV1より低くなるため、ダイオード素子21、22の整流作用によって、太陽電池モジュール11の正極から出力される電流は全て副電源線15および電子負荷装置33に流れ、その電流の値は電子負荷装置33内のシャント抵抗62の電圧降下より電流値I2ALとして測定することができる。 FIG. 10 shows a flowchart of the power differential value acquisition subroutine S103. In the subroutine S103, the flow from S131 to S143 is repeated k times using the counter variable k. Here, n is the number of the switch circuits 12, and n = 3 in FIG. In S131, the switch control signal S [k] is set to 1, so that the switching element 23 of the kth switch circuit 12 is turned ON. In S132, the operating voltage V2AL of the electronic load device is set to VPMA. Then, the k-th solar cell module 11 is connected to the sub power supply line 15, and the voltage VPMA of the sub power supply line 15 is lower than the voltage VPMA + ΔV1 of the main power supply line 14, so that the rectifying action of the diode elements 21 and 22 All of the current output from the positive electrode of the solar cell module 11 flows to the sub power line 15 and the electronic load device 33, and the value of the current is measured as the current value I2AL from the voltage drop of the shunt resistor 62 in the electronic load device 33. be able to.
また、k番目のスイッチ回路12のスイッチング素子23をONにすることによって、主電源線14およびDCDCコンバータ31に流れる電流量が変化するため、通流率α1を調節する必要がある。S133〜S137では、電圧計54の電圧を監視しながら、電流量変化後の主電源線14の電圧をVPMA+ΔV1になるように通流率α1を調整する。 Further, since the amount of current flowing through the main power supply line 14 and the DCDC converter 31 is changed by turning on the switching element 23 of the k-th switch circuit 12, it is necessary to adjust the conduction ratio α1. In S133 to S137, while monitoring the voltage of the voltmeter 54, the conduction ratio α1 is adjusted so that the voltage of the main power supply line 14 after the change in the current amount becomes VPMA + ΔV1.
S139では電流値I2ALを測定し、変数IMes1[k]に代入する。S140では電子負荷装置33の電圧V2ALをアレイ最大出力動作電圧VPMAよりわずかに低い電圧VPMA−ΔV2に設定し、S141では、電子負荷装置33では再び電流I2ALを測定し、変数IMes2[k]に代入する。S142ではスイッチ制御信号S[k]をLowにし、k番目のスイッチ回路12のスイッチング素子23をOFFにする。 In S139, the current value I2AL is measured and substituted into the variable IMes1 [k]. In S140, the voltage V2AL of the electronic load device 33 is set to a voltage VPMA-ΔV2 slightly lower than the array maximum output operating voltage VPMA. In S141, the electronic load device 33 measures the current I2AL again and assigns it to the variable IMes2 [k]. To do. In S142, the switch control signal S [k] is set to Low, and the switching element 23 of the kth switch circuit 12 is turned OFF.
S143において、アレイ最大出力動作電圧VPMA近傍における電力の微分値P’[k]を計算する。P’[k]は次式により計算される。 In S143, the power differential value P '[k] in the vicinity of the array maximum output operating voltage VPMA is calculated. P ′ [k] is calculated by the following equation.
P’[k]
={IMes1[k]×VPMA−IMes2[k]×(VPMA−ΔV2)}/ΔV
P ′ [k]
= {IMes1 [k] × VPMA−IMes2 [k] × (VPMA−ΔV2)} / ΔV
以上に説明した電力微分値取得サブルーチンS103の動作によって、各太陽電池モジュール11に対して、アレイ最大出力動作電圧VPMA近傍における電力微分値P’[k]を取得することができる。 The power differential value P ′ [k] in the vicinity of the array maximum output operating voltage VPMA can be acquired for each solar cell module 11 by the operation of the power differential value acquisition subroutine S103 described above.
図11に、グループ分けサブルーチンS104のフローチャートを示す。S104においてもサブルーチンS103と同様に、カウンタ変数kを使ってS153〜S155をn回繰り返す。S153では求められた微分値P’[k]の極性によって分岐する。P’[k]が負の場合は、S154で、スイッチ制御信号S[k]を1にし、k番目のスイッチ回路12のスイッチング素子23をONにする。そうでない場合は、S155で、スイッチ制御信号S[k]を0にし、k番目のスイッチ回路12のスイッチング素子23をOFFにする。以上の動作は、S156、S157に記載の繰り返しループによって全てのスイッチ制御信号S[k]に対して行なわれる。 FIG. 11 shows a flowchart of the grouping subroutine S104. In S104 as well as in the subroutine S103, S153 to S155 are repeated n times using the counter variable k. In S153, the process branches depending on the polarity of the obtained differential value P '[k]. If P ′ [k] is negative, the switch control signal S [k] is set to 1 and the switching element 23 of the kth switch circuit 12 is turned ON in S154. Otherwise, in S155, the switch control signal S [k] is set to 0, and the switching element 23 of the kth switch circuit 12 is turned OFF. The above operation is performed for all switch control signals S [k] by the iterative loop described in S156 and S157.
図12に、太陽電池モジュールの電力−電圧(P−V)特性と、アレイ最大出力動作電圧VPMA近傍における太陽電池モジュールの電力微分値P’[k]の極性との関係を示す。図12(a)は、P’[k]の値が負の場合のP−V特性を示している。この場合、太陽電池モジュールの最大電力点QPMは、アレイ最大出力動作電圧VPMAのラインより左側にある。つまり、太陽電池モジュールの最大出力動作電圧VPMは、アレイ最大出力動作電圧VPMAより低い。一方、図12(b)は、P’[k]の値が正の場合のP−V特性を示している。この場合、太陽電池モジュールの最大電力点QPMは、アレイ最大出力動作電圧VPMAよりも右側にある。つまり、太陽電池モジュールの最大出力動作電圧VPMは、アレイ最大出力動作電圧VPMAより高い。 FIG. 12 shows the relationship between the power-voltage (P-V) characteristics of the solar cell module and the polarity of the power differential value P ′ [k] of the solar cell module in the vicinity of the array maximum output operating voltage VPMA. FIG. 12A shows the PV characteristics when the value of P ′ [k] is negative. In this case, the maximum power point QPM of the solar cell module is on the left side of the line of the array maximum output operating voltage VPMA. That is, the maximum output operating voltage VPM of the solar cell module is lower than the array maximum output operating voltage VPMA. On the other hand, FIG. 12B shows the PV characteristic when the value of P ′ [k] is positive. In this case, the maximum power point QPM of the solar cell module is on the right side of the array maximum output operating voltage VPMA. That is, the maximum output operating voltage VPM of the solar cell module is higher than the array maximum output operating voltage VPMA.
したがって、図11に示したグループ分けサブルーチンS104では、アレイ最大出力動作電圧VPMA近傍における電力微分値P’[k]が負であるか否かによって、k番目の太陽電池モジュールの最大出力動作電圧VPMがVPMAより低いか否かを判別し、スイッチ制御信号S[k]の0/1論理値によってのグループ分けを行っている。 Therefore, in the grouping subroutine S104 shown in FIG. 11, the maximum output operating voltage VPM of the kth solar cell module depends on whether or not the power differential value P ′ [k] in the vicinity of the array maximum output operating voltage VPMA is negative. Is lower than VPMA, and grouping is performed based on the 0/1 logical value of the switch control signal S [k].
図13に、最大電力点追従サブルーチンS105のフローチャートを示す。S161でDCDCコンバータ32内のトランジスタ46の通流率α2を100%とする。あるいは100%に近い値でも良い。すると、副電源線15の電圧は0V近くまで低下するため、S[k]=1にグループ分けされた太陽電池モジュール11の出力電流は、ダイオード22およびスイッチング素子23を通して補助電源線15に流れることになる。一方、S[k]=0にグループ分けされた太陽電池モジュール11の出力電流は、スイッチング素子23がOFFであるので、主電源線14に流れることになる。この状態で、S[k]=0にグループ分けされた太陽電池モジュール11の出力電流はDCDCコンバータ31へ、S[k]=1にグループ分けされた太陽電池モジュール11の出力電流はDCDCコンバータ32へ流れるようになった。 FIG. 13 shows a flowchart of the maximum power point tracking subroutine S105. In S161, the conduction ratio α2 of the transistor 46 in the DCDC converter 32 is set to 100%. Alternatively, a value close to 100% may be used. Then, since the voltage of the sub power supply line 15 decreases to near 0 V, the output current of the solar cell module 11 grouped into S [k] = 1 flows to the auxiliary power supply line 15 through the diode 22 and the switching element 23. become. On the other hand, the output current of the solar cell module 11 grouped into S [k] = 0 flows to the main power supply line 14 because the switching element 23 is OFF. In this state, the output current of the solar cell module 11 grouped into S [k] = 0 is sent to the DCDC converter 31, and the output current of the solar cell module 11 grouped into S [k] = 1 is fed to the DCDC converter 32. Began to flow.
続いて、DCDCコンバータ31および32がそれぞれのS[k]=0、1のグループに対して最大電力点探索を行う。S162およびS163〜S168では、アレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102と同様に、α1を調整してDCDCコンバータ31の最大電力点を探索する。169〜S174では、アレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102と同様に、α2を調整してDCDCコンバータ32の最大電力点を探索する。その後、S163〜S168によるDCDCコンバータ31の最大電力点探索と、169〜S174によるDCDCコンバータ32の最大電力点探索を繰り返す。 Subsequently, the DCDC converters 31 and 32 perform a maximum power point search for the respective groups of S [k] = 0 and 1. In S162 and S163 to S168, as in the array maximum output operating voltage VPMA search subroutine S102, α1 is adjusted to search for the maximum power point of the DCDC converter 31. In steps S169 to S174, the maximum power point of the DCDC converter 32 is searched by adjusting α2 as in the array maximum output operation voltage VPMA search subroutine S102. Thereafter, the maximum power point search of the DCDC converter 31 by S163 to S168 and the maximum power point search of the DCDC converter 32 by 169 to S174 are repeated.
上記のS163〜S174のループを繰り返す状態によって、DCDCコンバータ31によるVPMが高いグループの太陽電池モジュールに対する最大電力点追従、及びDCDCコンバータ32によるVPMが低いグループの太陽電池モジュールに対する最大電力点追従が実現できている。これによって、アレイ全体で1つの電圧VMPAで駆動する場合よりも、より個別の太陽電池モジュールの最大出力動作電圧VMPに近い電圧で駆動できるようになるため、効率を向上させることができる。 The state of repeating the loop of S163 to S174 realizes maximum power point tracking for a group of solar cell modules with a high VPM by the DCDC converter 31 and maximum power point tracking for a group of solar cell modules with a low VPM by the DCDC converter 32. is made of. As a result, it is possible to drive at a voltage closer to the maximum output operating voltage VMP of an individual solar cell module, compared with the case where the entire array is driven by one voltage VMPA, so that the efficiency can be improved.
時間が経過すると、日照、気温などの環境が変化するため、グループ分けを見直す必要がある。そこで、一定時間経過後にS175の分岐によってS163〜S174のループから脱出し、終了する。 As time passes, the environment changes, such as sunlight and temperature, so it is necessary to review the grouping. Therefore, after a predetermined time elapses, the process exits from the loop of S163 to S174 by the branch of S175 and ends.
その後は、メインプログラムのループにより、図7に示したアレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102に戻り、以降、繰り返しとなる。 After that, the main program loop returns to the array maximum output operating voltage VPMA search subroutine S102 shown in FIG.
図14に、メインプログラムの制御動作により発生する主電源線14と副電源線15の電圧、スイッチ制御信号S[1]〜S[n]の状態のタイミングチャートを示す。アレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102において、DCDCコンバータ31がアレイ全体の最大電力点探索を行うため、主電源線14の電位VAはVOCを開始点として徐々に低下し、アレイ最大出力動作電圧VPMAに到達する。電力微分値取得サブルーチンS103において、最初に主電源線14の電位VAは電圧ΔV1だけ増加される。スイッチ制御信号S[1]〜S[n]はパルス状に順次1になり、その間に、副電源線15の電位VBは電圧VPMAと、VPMA−ΔVとの間を往復し、タイミングt11、t12、t21、t22…tn1、tn2で電流計測が行われる。グループ分けサブルーチンS104ではグループ分けが行われ、図14では、例として、S[1]とS[n]が1になる。最大電力点追従サブルーチンS105では、高い最大出力動作電圧VMPを持つグループの太陽電池モジュール11が主電源線14に接続し、低い最大出力動作電圧VMPを持つグループの太陽電池モジュール11が副電源線15に接続し、それぞれDCDCコンバータ31、32によって最大電力点追従が行われるため、主電源線14の電圧はVPMAより高く、副電源線15の電圧はVPMAより低い電圧が動作点電圧となる。一定時間経過後、アレイ最大出力動作電圧VPMA探索サブルーチンS102に戻り、以降繰り返される。 FIG. 14 shows a timing chart of the voltages of the main power supply line 14 and the sub power supply line 15 generated by the control operation of the main program and the states of the switch control signals S [1] to S [n]. In the array maximum output operating voltage VPMA search subroutine S102, since the DCDC converter 31 searches for the maximum power point of the entire array, the potential VA of the main power supply line 14 gradually decreases starting from VOC and the array maximum output operating voltage VPMA. To reach. In the power differential value acquisition subroutine S103, first, the potential VA of the main power supply line 14 is increased by the voltage ΔV1. The switch control signals S [1] to S [n] sequentially become 1 in the form of pulses, during which the potential VB of the sub power supply line 15 reciprocates between the voltage VPMA and VPMA-ΔV, and timings t11 and t12. , T21, t22 ... tn1, tn2, current measurement is performed. Grouping is performed in the grouping subroutine S104. In FIG. 14, S [1] and S [n] are set to 1 as an example. In the maximum power point tracking subroutine S105, a group of solar cell modules 11 having a high maximum output operating voltage VMP is connected to the main power line 14, and a group of solar cell modules 11 having a low maximum output operating voltage VMP is connected to the sub power line 15. Since the maximum power point tracking is performed by the DCDC converters 31 and 32, respectively, the voltage of the main power line 14 is higher than VPMA, and the voltage of the sub power line 15 is lower than VPMA as the operating point voltage. After a predetermined time has elapsed, the process returns to the array maximum output operating voltage VPMA search subroutine S102, and is repeated thereafter.
なお、上記実施例で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、これに限定されるものではない。 In addition, the example shown by the said Example was described in order to make invention easy to understand, and is not limited to this.
本発明の太陽光発電システムは、高発電効率で高信頼性かつ小型化された太陽発電システムとして有用である。 The solar power generation system of the present invention is useful as a solar power generation system with high power generation efficiency, high reliability, and downsizing.
11、201、221 太陽電池モジュール
12 スイッチ回路
13、203 パワーコンディショナ
14 主電源線
15 副電源線
16 共通電源線
17、211 商用の系統電源
21、22、43、44、202、208 ダイオード素子
23、45、46、210、226 スイッチング素子
24 スイッチ制御回路
31、32、79、204、222、223、 DCDCコンバータ
33 電子負荷装置
34、206、227 制御装置
35 スイッチ制御信号発生回路
36、205、224 インバータ
47、48 PWM回路
49 平滑コンデンサ
50、213、225 電流計
51、54、212 電圧計
62 シャント抵抗
63、64 分圧抵抗器
65 OPアンプ
72、77 エンコーダ
78 ドライブ回路
200 太陽電池アレイ
11, 201, 221 Solar cell module 12 Switch circuit 13, 203 Power conditioner 14 Main power supply line 15 Sub power supply line 16 Common power supply line 17, 211 Commercial system power supply 21, 22, 43, 44, 202, 208 Diode element 23 , 45, 46, 210, 226 Switching element 24 Switch control circuit 31, 32, 79, 204, 222, 223, DCDC converter 33 Electronic load device 34, 206, 227 Control device 35 Switch control signal generation circuit 36, 205, 224 Inverter 47, 48 PWM circuit 49 Smoothing capacitor 50, 213, 225 Ammeter 51, 54, 212 Voltmeter 62 Shunt resistor 63, 64 Voltage divider resistor 65 OP amplifier 72, 77 Encoder 78 Drive circuit 200 Solar cell array
Claims (8)
前記太陽電池モジュールが発生する電力を前記第一または第二のDCDCコンバータに送るための共通電源線と主電源線と副電源線と、
複数のダイオード素子と、複数のスイッチング素子と、太陽電池モジュールの電圧電流特性を測定するための電子負荷装置と、
前記第一および第二のDCDCコンバータと前記スイッチング素子と前記電子負荷装置とを制御する制御装置とを具備し、
前記制御装置は、前記太陽電池モジュールのアレイ最大出力動作電圧近傍における電力微分値を順次取得し、前記電力微分値に基づいて、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループと、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループを決定することを特徴とする太陽光発電システム。 A plurality of solar cell modules; first and second DCDC converters;
A common power line, a main power line, and a sub power line for sending the power generated by the solar cell module to the first or second DCDC converter;
A plurality of diode elements, a plurality of switching elements, and an electronic load device for measuring voltage-current characteristics of the solar cell module;
A controller for controlling the first and second DCDC converters, the switching element, and the electronic load device;
The control device sequentially obtains a power differential value in the vicinity of the array maximum output operating voltage of the solar cell module, and based on the power differential value, a group of modules having a high maximum output operating voltage value, and a maximum output operating voltage value A photovoltaic system characterized by determining a group of low modules.
第一段階として、前記第一のDCDCコンバータに最大電力点探索をさせることにより、前記複数の太陽電池モジュールを全て並列接続したときのアレイ最大出力動作電圧を検出し、
第二段階として、前記第一のDCDCコンバータに前記アレイ最大出力動作電圧よりも高い電圧を主電源線に発生させつつ、前記スイッチング素子の1つずつを順次オンにさせることによって、前記副電源線に接続された前記電子負荷装置で、前記太陽電池モジュールの前記アレイ最大出力動作電圧近傍における電力微分値を順次取得し、
第三段階として、前記電力微分値に基づいて、最大出力動作電圧値の高いモジュールのグループと、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループを決定し、最大出力動作電圧値の低いモジュールのグループと決定された前記太陽電池モジュールに接続された前記スイッチング素子をオンにすることによって、前記第一のDCDCコンバータは、高い最大出力動作電圧でDCDC変換動作を行い、前記第二のDCDCコンバータは、低い最大出力動作電圧でDCDC変換動作を行うことを特徴とする請求項1記載の太陽光発電システム。 The controller is
As a first step, by causing the first DCDC converter to perform a maximum power point search, an array maximum output operating voltage when all of the plurality of solar cell modules are connected in parallel is detected,
As a second step, the sub power supply line is sequentially turned on one by one while causing the first DCDC converter to generate a voltage higher than the array maximum output operating voltage on the main power supply line. In the electronic load device connected to the solar battery module, sequentially obtaining a power differential value in the vicinity of the array maximum output operating voltage of the solar cell module,
As a third step, based on the power differential value, determine a group of modules having a high maximum output operating voltage value and a group of modules having a low maximum output operating voltage value, and a group of modules having a low maximum output operating voltage value; By turning on the switching element connected to the determined solar cell module, the first DCDC converter performs a DCDC conversion operation at a high maximum output operating voltage, and the second DCDC converter is low 2. The photovoltaic power generation system according to claim 1, wherein the DCDC conversion operation is performed at the maximum output operating voltage.
前記主電源線は、前記第一のDCDCコンバータに接続し、
前記副電源線は、前記第二のDCDCコンバータと前記電子負荷装置とに接続し、
前記共通電源線は、前記太陽電池モジュールのもう一方の出力端子、第一および第二のDCDCコンバータに接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽光発電システム。 The output terminal of the solar cell module and the main power line are connected via the diode element, and the output terminal and the sub power line are connected via the switching element,
The main power line is connected to the first DCDC converter,
The sub power line is connected to the second DCDC converter and the electronic load device,
The photovoltaic power generation system according to claim 1 or 2, wherein the common power line is connected to the other output terminal of the solar cell module, and first and second DCDC converters.
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|---|---|---|---|---|
| JP2016516382A (en) * | 2013-02-20 | 2016-06-02 | トタル マルケタン セルヴィス | Electronic management system for power generation cell, power generation system, and method for electronically managing energy flow |
| CN106602664A (en) * | 2017-01-05 | 2017-04-26 | 清华大学深圳研究生院 | Battery pack with dynamically-adjustable connection topology and implementation method thereof |
| US20230126853A1 (en) * | 2020-02-19 | 2023-04-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Sensor and electronic device |
| CN117519418A (en) * | 2023-12-04 | 2024-02-06 | 青岛艾诺仪器有限公司 | Maximum power point tracking method executed by direct current electronic load |
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- 2011-03-30 JP JP2011073785A patent/JP2012208725A/en not_active Withdrawn
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