本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電設(shè)備和一種太陽能發(fā)電設(shè)備的控制方法。

背景技術(shù)：
控制轉(zhuǎn)換器占空比以跟蹤太陽能電池的最大功率點以及當(dāng)蓄電池接近充滿電狀態(tài)時控制該轉(zhuǎn)換器占空比以將太陽能電池的工作點從最大功率點切換至開路電壓側(cè)的技術(shù)是已知的(例如，參見日本專利申請公開No.6-324752(JP6-324752A))。然而，在上述背景技術(shù)中，當(dāng)該蓄電池接近充滿電狀態(tài)時，太陽能電池的工作點從最大功率點切換以及因此該太陽能電池不能在該最大功率點處工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的一個方面提供了一種太陽能發(fā)電設(shè)備，其即便是在指示蓄電池充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值的情況下，也能夠?qū)⑻柲茈姵氐墓ぷ鼽c調(diào)整到最大功率點。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了太陽能發(fā)電設(shè)備，該設(shè)備包括：第一DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中太陽能電池的輸出被輸入到該轉(zhuǎn)換器；蓄電池，其中所述第一DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出被輸入到該蓄電池；第二DC-DC轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換所述蓄電池的電壓；以及控制單元，其改變所述第一DC-DC轉(zhuǎn)換器的占空比以使得不對所述蓄電池充電以及改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器的占空比以使得在指示蓄電池充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值的情況下將太陽能電池的工作點設(shè)置成最大功率點。根據(jù)本發(fā)明的該方面，可以提供太陽能發(fā)電設(shè)備，該設(shè)備能夠在指示蓄電池充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值的情況下將太陽能電池的工作點調(diào)整到最大功率點。附圖說明本發(fā)明的示例實施方式的特性、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)意義將參照附圖在下文中進行描述，其中相同的數(shù)字表示相同的元素，其中：圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的太陽能發(fā)電設(shè)備的配置的框圖。圖2是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的太陽能發(fā)電設(shè)備的控制方法的圖。圖3是示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器的示例的電路圖；以及圖4是示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器的另一個示例的電路圖。具體實施方式下文中，將參照附圖來描述本發(fā)明的實施方式。在以下描述和附圖中，具有基本相同的功能性配置的元素將以相同的參考標(biāo)記來引用，且其描述將不被重復(fù)。太陽能發(fā)電設(shè)備1的配置根據(jù)本發(fā)明的實施方式的太陽能發(fā)電設(shè)備1的配置將在下文參照圖1進行描述。如圖1所示，太陽能發(fā)電設(shè)備1包括太陽能電池100，第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200，第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300，蓄電池400，控制單元600以及存儲單元700。太陽能發(fā)電設(shè)備1還包括用于測量電路部件的電流和電壓的電流檢測器10a，10b，10c和10d以及電壓檢測器11a，11b，11c和11d。例如，可以使用電流傳感器或電流表作為電流檢測器10a，10b，10c和10d。例如，可以使用電壓傳感器或電壓表作為電壓檢測器11a，11b，11c和11d。包括輔助蓄電池510以及負載520的功耗部500連接到太陽能發(fā)電設(shè)備1的輸出端。在圖1中，Vin1表示太陽能電池100的輸出電壓或者第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸入電壓。Iin1表示太陽能電池100的輸出電流或者第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸入電流。Vout1和Iout1分別表示第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸出電壓和輸出電流。Iin2表示第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的輸入電流。Vout2和Iout2分別表示第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的輸出電壓和輸出電流。E1表示蓄電池400的電壓。太陽能電池100是被光例如日光照射以及將光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體裝置。其類型不被限制，且例如，可以使用太陽能電池模塊，太陽能電池板以及太陽能電池陣列。第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200是DC電壓轉(zhuǎn)換器，其將太陽能電池100的輸出電壓Vin1升壓和降壓，以及在太陽能電池100和蓄電池400之間串聯(lián)布置。所述第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200具有2個驅(qū)動模式：最大功率點追蹤(MPPT)模式和恒定電壓輸出模式。MPPT模式是其中第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200被驅(qū)動以使得太陽能電池100的工作點在最大功率點(MPP)的模式。恒定電壓輸出模式是其中第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200被驅(qū)動以使得相對于太陽能電池100的變化的輸出電壓Vin1而輸出恒定電壓的模式。作為第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的驅(qū)動模式，響應(yīng)于來自稍后描述的控制單元600的命令來選擇MPPT模式或者恒定電壓輸出模式。第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300是DC電壓轉(zhuǎn)換器，其將第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200或者蓄電池400的輸出電壓升壓和降壓，以及在蓄電池400和功耗部500之間串聯(lián)布置。第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300具有2個驅(qū)動模式：MPPT模式和恒定電壓輸出模式。MPPT模式是其中第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300被驅(qū)動以使得太陽能電池100的工作點在最大功率點(MPP)的模式。恒定電壓輸出模式是其中第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300被驅(qū)動以使得相對于第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200或蓄電池400的變化的輸出電壓而輸出恒定電壓的模式。作為第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的驅(qū)動模式，響應(yīng)于來自稍后描述的控制單元600的命令來選擇MPPT模式或者恒定電壓輸出模式。蓄電池400存儲(積累)由太陽能電池100產(chǎn)生的電力以及通過必要時的放電來對功耗部500供電。蓄電池400的類型不被特別地限制以及可以使用例如鉛蓄電池，鈉硫(NaS)電池，氫鎳電池以及鋰離子電池的電池，或電容器例如鋰離子電容器和雙電層電容器?？刂茊卧?00包括例如微型計算機，其獲取由電流檢測器測量的電流和由電壓檢測器測量的電壓，以及將獲取的電流和電壓存儲在存儲單元700中。控制單元600使用所獲取的電流和電壓來執(zhí)行計算并將計算結(jié)果存儲在存儲單元700中?？刂茊卧?00基于所獲取的電流和電壓來監(jiān)控蓄電池400的充電狀態(tài)，且控制單元600依據(jù)蓄電池400的充電狀態(tài)來選擇第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的驅(qū)動模式。存儲單元700存儲蓄電池400的預(yù)設(shè)的閾值電壓Eth以及由控制單元600所獲取的電流、電壓和計算值。存儲單元700能夠采用例如半導(dǎo)體存儲器、磁盤或者光盤。功耗部500包括例如輔助蓄電池510和負載520。輔助蓄電池510存儲由太陽能發(fā)電設(shè)備1的第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300輸出的電力以及通過必要時的放電對負載520供電。負載520是消耗由太陽能發(fā)電設(shè)備1的第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300輸出的電力以及由輔助蓄電池510供應(yīng)的電力的單元。負載520能夠采用例如DC驅(qū)動裝置，用于將DC轉(zhuǎn)換為AC的逆變器，或者在AC功率下工作的AC驅(qū)動裝置。太陽能發(fā)電設(shè)備1的操作太陽能發(fā)電設(shè)備1的操作將在下文參照圖1至圖4進行描述。圖2是示意性地示出了根據(jù)本實施方式的太陽能發(fā)電設(shè)備1的控制方法的圖。根據(jù)這一實施方式的太陽能發(fā)電設(shè)備1的控制方法包括監(jiān)控蓄電池400的充電狀態(tài)的步驟；在指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值的情況下，改變第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比以使得從最大功率點切換太陽能電池100的工作點的步驟，即執(zhí)行控制以使得不對蓄電池400充電，以及改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比以使得將太陽能電池100的工作點設(shè)置成最大功率點；以及在指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值小于預(yù)設(shè)值的情況下，改變第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比以使得將太陽能電池100的工作點設(shè)置到最大功率點的步驟。如圖2所示，控制單元600監(jiān)控蓄電池400的充電狀態(tài)以及依據(jù)該蓄電池400的充電狀態(tài)切換第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的驅(qū)動模式。在指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值(轉(zhuǎn)變條件A)的情況下，控制單元600改變第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比D1以使得從MPP切換太陽能電池100的工作點，從而執(zhí)行控制以使得不對蓄電池400充電(恒定電壓輸出模式)。與此同時，控制單元600改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比D2以使得將太陽能電池100的工作點設(shè)置到MPP(MPPT模式)。充電的預(yù)設(shè)狀態(tài)能夠由用戶任意設(shè)置，以及能夠是例如充滿電狀態(tài)或約80％的部分充電狀態(tài)。另一方面，在指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值小于預(yù)設(shè)值(轉(zhuǎn)變條件B)的情況下，控制單元600改變第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比D1以將太陽能電池100的工作點設(shè)置到MPP(MPPT模式)。與此同時，控制單元600改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比D2以使得以恒定電壓對負載520側(cè)供電以及以剩余電力對蓄電池400充電(恒定電壓輸出模式)。將在下文參照圖1詳細描述太陽能發(fā)電設(shè)備1的操作。首先，控制單元600獲取由電壓檢測器11c測量的蓄電池400的電壓E1，以及將所獲取的電壓存儲在存儲單元700中?？刂茊卧?00比較蓄電池400的電壓E1和預(yù)先存儲在存儲單元700中的閾值電壓Eth，當(dāng)E1＜Eth(小于閾值電壓)成立時執(zhí)行第一狀態(tài)S1的控制，以及當(dāng)E1≥Eth(等于或大于閾值電壓)成立時執(zhí)行第二狀態(tài)S2的控制。第一狀態(tài)S1和第二狀態(tài)S2能夠依據(jù)蓄電池400的充電狀態(tài)被反復(fù)選擇。例如，第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比能夠改變以從最大功率點切換太陽能電池100的工作點，即，不對蓄電池400進行充電，第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比能夠改變以將太陽能電池100的工作點設(shè)置成最大功率點，以及隨后第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比能夠改變以在指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值小于預(yù)設(shè)值的情況下將太陽能電池100的工作點設(shè)置成最大功率點。閾值Eth能夠由用戶任意設(shè)置。閾值Eth優(yōu)選地設(shè)置成低于蓄電池400的充滿電的電壓Emax。因此，控制蓄電池400以使得不超過充滿電的狀態(tài)(使得電壓E1不大于充滿電的電壓Emax)以及被保護以避免過載狀態(tài)。第一狀態(tài)S1首先，控制單元600獲取由電壓檢測器11a測量的電壓Vin1a以及由電流檢測器10a測量的電流Iin1a并且將所獲取的電壓和電流存儲到存儲單元700中。然后，控制單元600將電壓Vin1a乘以電流Iin1a以計算功率Pin1a并且將計算的功率存儲到存儲單元700中。然后，控制單元驅(qū)動第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200以使得達到比電壓Vin1a大預(yù)設(shè)值△V的電壓Vin1b，執(zhí)行電流Iin1b的測量和功率Pin1b的計算并且將所獲得的值存儲在存儲單元700中。然后，控制單元600比較功率Pin1a和功率Pin1b以及當(dāng)功率Pin1b大于功率Pin1a時驅(qū)動第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200以使得達到比電壓Vin1b大預(yù)設(shè)值△V的電壓Vin1c。另一方面，當(dāng)功率Pin1b大于功率Pin1a時，控制單元600驅(qū)動第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200以使得設(shè)置比電壓Vin1b小預(yù)設(shè)值△V的電壓Vin1a。這一系列操作通過使控制單元600改變第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比D1來重復(fù)地執(zhí)行，且太陽能電池100的工作點被設(shè)置到MPP?？刂茊卧?00在控制第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的同時確定第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比D2，以使得第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的輸出電壓Vout2是功耗部500的目標(biāo)電壓Vout。首先，控制單元600獲取由電壓檢測器11b測量的電壓Vout1并將獲取的電壓存儲在存儲單元700中?？刂茊卧?00對電壓Vout1與預(yù)先存儲在存儲單元700中的功耗部500側(cè)的目標(biāo)電壓Vout進行比較。當(dāng)電壓Vout1小于目標(biāo)電壓Vout時，控制單元600驅(qū)動第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300以使得電壓Vout1是目標(biāo)電壓Vout并對電壓Vout1升壓。另一方面，當(dāng)電壓Vout1大于目標(biāo)電壓Vout時，控制單元600驅(qū)動第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300以使得電壓Vout1是目標(biāo)電壓Vout并對電壓Vout1降壓。第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200和第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300不被具體地限制，且例如可以使用降壓轉(zhuǎn)換器，升壓轉(zhuǎn)換器，或者升降壓轉(zhuǎn)換器。圖3是降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖的示例，其中開關(guān)Q與輸入電壓Vout1串聯(lián)布置。該輸入電壓Vout1通過包括開關(guān)Q、電感器L和電容器C2的低通濾波器連接到輸出。圖4是升壓轉(zhuǎn)換器的電路圖的示例，其中電感器L與輸入電壓Vout1串聯(lián)布置。該輸入電壓Vout1通過電感器L和二極管D連接到輸出。例如，當(dāng)圖3中所示的降壓轉(zhuǎn)換器用作第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300時，控制單元600能夠通過設(shè)置占空比D2為D2＝Vout/Vout1來控制電壓Vout1以使其成為目標(biāo)電壓Vout。例如，當(dāng)圖4中所示的升壓轉(zhuǎn)換器用作第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300時，控制單元600能夠通過設(shè)置占空比D2為D2＝1－Vout1/Vout來控制電壓Vout1以使其成為目標(biāo)電壓Vout。在第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的恒定電壓輸出模式中的驅(qū)動不限于這些示例，而是能夠依據(jù)由本領(lǐng)域技術(shù)人員所選擇的DC-DC轉(zhuǎn)換器的類型而被任意確定。第二狀態(tài)S2將在下文描述如下情況：蓄電池400被充電，蓄電池400的電壓E1等于或大于閾值Eth(E1≥Eth)，以及指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值。首先，控制單元600獲取由電流檢測器10b測量的電流Iout1以及由電流檢測器10c測量的電壓Iin2并將獲取的電流存儲在存儲單元700中。控制單元600使用電流Iout1和電流Iin2計算流到蓄電池400中的充電電流I1(＝Iout1－Iin2)。然后，控制單元600控制第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比D1以使得輸出電壓Vout1，其中充電電流I1為0。因此，可以預(yù)防蓄電池400被充電高于預(yù)設(shè)充電狀態(tài)。然而，控制單元600不能使用第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200來MPPT控制太陽能電池100。因此，控制單元600獲取由電壓檢測器11a測量的電壓Vin1A以及由電流檢測器10a測量的電流Iin1A并將獲取的電壓和電流存儲在存儲單元700中。然后，控制單元600將電壓Vin1A與電流Iin1A相乘以計算功率Pin1A并將計算的功率存儲在存儲單元700中。然后，控制單元600驅(qū)動第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300以使得達到比電壓Vin1A大預(yù)設(shè)值△V的電壓Vin1B，執(zhí)行電流Iin1B的測量和功率Pin1B的計算并將獲取的值存儲在存儲單元700中。然后，控制單元600比較功率Pin1A和功率Pin1B，且在功率Pin1B大于功率Pin1A時驅(qū)動第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300以達到比電壓Vin1B大預(yù)設(shè)值△V的電壓Vin1C。另一方面，當(dāng)功率Pin1B小于功率Pin1A時，控制單元600驅(qū)動第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300從而設(shè)置比電壓Vin1B小預(yù)設(shè)值△V的電壓Vin1A。這一系列操作通過使控制單元600改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比D2來重復(fù)地執(zhí)行，以及太陽能電池100的工作點被設(shè)置成MPP?？刂茊卧?00在預(yù)定的時間間隔獲取第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的充電電流I1(＝Iout1－Iin2)。當(dāng)獲取的充電電流I1大于0時，控制單元600驅(qū)動第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200從而將第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸出電壓Vout1設(shè)置成比電壓Vout1小預(yù)設(shè)值△V的電壓。另一方面，當(dāng)獲取的充電電流I1小于0時，控制單元600驅(qū)動第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200從而將第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸出電壓Vout1設(shè)置成比電壓Vout1大預(yù)設(shè)值△V的電壓。控制單元600在預(yù)設(shè)的時間間隔控制第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200，從而防止蓄電池400被充電高于預(yù)設(shè)的充電狀態(tài)。這一系列操作通過使控制單元600改變第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的占空比D1來執(zhí)行?？刂茊卧?00獲取第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的充電電流I1的預(yù)設(shè)時間間隔優(yōu)選地與改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比D2的時間間隔同步?？刂茊卧?00獲取由電壓檢測器11d測量的電壓Vout2以及由電流檢測器10d測量的電流Iout2并將獲取的電壓和電流存儲在存儲單元700中?？刂茊卧?00能夠基于電壓Vout2和電流Iout2獲取供應(yīng)到功耗部500的電壓和電流的信息以及能夠在需要時改變第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的占空比D2。如上所述，在根據(jù)本實施方式的太陽能發(fā)電設(shè)備1和該太陽能發(fā)電設(shè)備1的控制方法中，可以將太陽能電池100的工作點調(diào)整到MPP，即便指示蓄電池400的充電狀態(tài)的值等于或大于預(yù)設(shè)值。盡管參照實施方式描述了太陽能發(fā)電設(shè)備1和該太陽能發(fā)電設(shè)備1的控制方法，本發(fā)明不限于實施方式并能夠以各種形式進行修改和改進而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，測量蓄電池400的電壓E1與對蓄電池400的電壓E1和閾值電壓Eth進行比較的方法在上文中描述為使控制單元600確定蓄電池400的充電狀態(tài)的方法，但本發(fā)明不限于該方法。例如，蓄電池400可以不設(shè)有電壓檢測器，蓄電池400的內(nèi)阻能夠通過第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸出電壓Vout1和充電電流I1來計算，以及蓄電池400的電壓E1能夠通過內(nèi)阻和充電電流I1來預(yù)測。例如，可以使用第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的輸出電壓Vout1而不是蓄電池400的電壓E1。爬坡(hill-climbing)方法被用作DC-DC轉(zhuǎn)換器的MPPT模式中的操作，但本發(fā)明不限于該方法。例如，可以使用能夠跟蹤太陽能電池100的MPP的操作，例如電導(dǎo)增量法。描述了其中單個第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300在蓄電池400和功耗部500之間串聯(lián)布置的示例，但第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300的數(shù)量不限于一個。例如，可以并聯(lián)連接多個第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300，以及在第二狀態(tài)S2中的MPPT模式中僅需要驅(qū)動第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300中的至少一個。在此情況下，能夠連接具有不同的目標(biāo)電壓Vout的多個負載520。與第二DC-DC轉(zhuǎn)換器300相似，第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200的數(shù)量不限于一個。例如，可以并聯(lián)連接多個第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200。在此情況下，具有不同的輸出電壓的多個太陽能電池100能夠被分別連接到第一DC-DC轉(zhuǎn)換器200。