太陽(yáng)能電池的控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽(yáng)能電池具有如下特性：由于日照量或溫度的變化，而使相對(duì)于工作電壓或工 作電流的輸出功率發(fā)生變化。因此，在控制太陽(yáng)能電池時(shí)，將太陽(yáng)能電池的輸出電壓設(shè)定在 取出最大功率的工作點(diǎn)（以下，最大功率點(diǎn)）變得重要。將自動(dòng)地跟蹤該最大功率工作點(diǎn) 使太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率提尚的控制，稱作最大功率點(diǎn)跟蹤控制。
[0003] 關(guān)于最大功率點(diǎn)跟蹤控制，提出有多種方法。其中，跟蹤性能比較好、順序簡(jiǎn)單的 登山法被廣泛使用，在專利文獻(xiàn)1中記載了該順序。在登山法中，在以輸出電壓VO運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò) 程中，若加上了疊加電壓AV時(shí)的功率P的變化量AP為正，則判斷為輸出電壓VO小于最 大功率點(diǎn)電壓Vmax，并將VO+AV作為新的工作點(diǎn)，若變化量AP為負(fù)，則判斷為輸出電壓 VO大于最大功率點(diǎn)電壓Vmax，并將VO-AV作為新的工作點(diǎn)，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，使太陽(yáng) 能電池的輸出短時(shí)間接近最大功率點(diǎn)。
[0004] 另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了高速跟蹤最大功率點(diǎn)的控制方法。在工作電壓向 增加方向或減少方向的任一方向變化了所設(shè)定的次數(shù)的情況下，進(jìn)行控制以使工作電壓的 變化幅度變得比較大，當(dāng)工作電壓在增加方向和減少方向之間進(jìn)行反復(fù)而發(fā)生變化的情況 下，進(jìn)行控制以使所述工作電壓的變化幅度變得比較小，從而實(shí)現(xiàn)高速的跟蹤。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)昭61-97721號(hào)
[0008] 專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平8-44445號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010] 在專利文獻(xiàn)1所示的最大功率點(diǎn)跟蹤控制中，對(duì)于日照量或溫度變化較小的特 性，能在最大功率點(diǎn)附近跟蹤。但是，在日照急劇變化的情況下，較大地偏離了最大功率點(diǎn) 之后，重新進(jìn)行登山，因此較大地?fù)p失功率。因此，可以考慮以高速的時(shí)序?qū)嵤┑巧?，縮短直 到最大功率點(diǎn)為止的到達(dá)時(shí)間，削減功率損失。但是，登山法的高速化的效果僅對(duì)某一定的 日照變化的速度有效，在日照量以比該速度慢的速度發(fā)生變化的情況下，最大功率點(diǎn)跟蹤 控制中進(jìn)行指令的電壓偏離真正的最大功率點(diǎn)電壓，會(huì)新產(chǎn)生功率損失。
[0011] 若使用專利文獻(xiàn)2所示的最大功率點(diǎn)跟蹤控制，在日照量的變化幅度增加時(shí)工作 電壓的變化幅度擴(kuò)大，所以能夠高速地跟蹤最大功率點(diǎn)。但是，需要直到針對(duì)電壓指令值的 變化實(shí)際電壓進(jìn)行跟蹤為止，施加上述的疊加信號(hào)。對(duì)于該時(shí)間，也有時(shí)因負(fù)載設(shè)備的特性 而度過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)間。再者，在取入電壓和電流值時(shí)，由于進(jìn)行用于計(jì)算平均值的周期性采 樣，或以每0. 1~1秒的一定周期進(jìn)行從取得平均值起的順序處理，所以1次的跟蹤處理 需要某種程度的時(shí)間，對(duì)于這期間的日照變動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)引起的工作點(diǎn)的變化無(wú)法進(jìn)行跟
[0012] 因此，本發(fā)明的目的在于，研究以上那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供能應(yīng)對(duì)日照量的 急劇變化的太陽(yáng)能電池的控制裝置。
[0013] 解決問(wèn)題的方案
[0014] 若示例本申請(qǐng)發(fā)明的解決問(wèn)題的方案中的代表性的方案，則是一種太陽(yáng)能電池 的控制裝置，其特征在于具有：功率計(jì)測(cè)部，其對(duì)太陽(yáng)能電池的功率值進(jìn)行計(jì)測(cè)；電壓控制 部，其決定太陽(yáng)能電池的工作電壓；平均化部，其對(duì)功率值進(jìn)行累計(jì)，計(jì)算功率值的平均值； 及最大功率點(diǎn)跟蹤控制部，其對(duì)根據(jù)功率值的偏差信息和累計(jì)的次數(shù)計(jì)算出的閾值，和在 功率計(jì)測(cè)部中計(jì)測(cè)出的功率值與平均值的差值的絕對(duì)值進(jìn)行比較，在差值的絕對(duì)值大于閾 值的情況下，停止累計(jì)，生成決定工作電壓的電壓指令值。
[0015] 發(fā)明效果
[0016] 根據(jù)所述方案，若使用本發(fā)明，則能夠提供效率更高的太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的控制裝 置。
[0017] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0018]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例涉及的太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成的方框圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例涉及的功率平均化部的方框圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例涉及的AVR控制的方框構(gòu)成圖。
[0021] 圖4(a)是本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的最大功率點(diǎn)跟蹤控制的流程圖。
[0022] 圖4 (b)是本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的移動(dòng)電壓幅度設(shè)定的流程圖。
[0023] 圖5(a)是安裝了以往的登山法的情況下的時(shí)序圖。
[0024]圖5(b)是表示本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的發(fā)明的效果的時(shí)序圖。
[0025] 圖5 (c)是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的變形例的效果的時(shí)序圖。
[0026]圖6(a)是表示本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的從系統(tǒng)紊亂時(shí)的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始進(jìn)行恢復(fù) 的動(dòng)作的流程圖。
[0027] 圖6 (b)是本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的移動(dòng)電壓幅度設(shè)定的流程圖。
[0028]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的效果的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 以下，使用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 圖1是采用了功率調(diào)節(jié)器7的太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的方框構(gòu)成圖。功率調(diào)節(jié)器7將太 陽(yáng)能電池陣列1發(fā)電的直流電力變換成與系統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)線路6同步的交流。6是一般 的電力系統(tǒng)線路，例如是交流電壓200V或400V、頻率50或60Hz的線路。是連接著一般需 要家庭的負(fù)載的線路。該功率調(diào)節(jié)器7由DC/AC逆變器2、功率計(jì)測(cè)部31、電壓計(jì)測(cè)部32、 功率平均化部3、AVR控制部（自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，AutomaticVoltageRegulator)4、最大功 率點(diǎn)跟蹤控制部5構(gòu)成。逆變器2將由太陽(yáng)能電池陣列1發(fā)電的直流電力變換成與系統(tǒng)電 壓同步的交流電力（商用電力）。從AVR控制部4(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，AutomaticVoltage Regulator)向逆變器2提供PffM信號(hào)，以控制太陽(yáng)能電池陣列1的工作電壓。
[0032] 來(lái)自太陽(yáng)能電池陣列1的發(fā)電電力被提供給逆變器2,并且作為太陽(yáng)能電池陣列I 的輸出控制用的信息，從功率計(jì)測(cè)部31和電壓計(jì)測(cè)部32以直流功率和電壓的形式，取入到 功率調(diào)節(jié)器7內(nèi)。將取入到功率調(diào)節(jié)器7的功率信息，在功率平均化部3中進(jìn)行周期性的 多個(gè)采樣并平均化。通過(guò)該功率平均化部3,將抑制了測(cè)定不確定性的功率信息和從太陽(yáng)能 電池陣列1取入的功率信息這2個(gè)信息，發(fā)送到最大功率點(diǎn)跟蹤控制部5。在最大功率點(diǎn)跟 蹤控制部5中按照后述的邏輯，決定接下來(lái)的探索用的設(shè)定電壓，向AVR控制部4傳送電壓 指令值。
[0033] 圖2是表示功率平均化部的功能的方框圖。當(dāng)前，將取入的直流功率的值表示為 P[n]，將前一個(gè)采樣的直流功率表示為P[n_l]，同樣地，表示為P[n_2]、…、P[0]。m是采 樣編號(hào)，z1是使輸入延遲1個(gè)采樣時(shí)間來(lái)輸出的記號(hào)，將當(dāng)前的值加上1個(gè)采樣1個(gè)采樣 延遲后的值，將該值乘1/m取平均。也就是說(shuō)，采樣次數(shù)越增加，則測(cè)定數(shù)據(jù)的不確定性Uc 改善（/?!)倍。以下，將該基于采樣的平均化，稱作平均化處理。
[0034] 圖3是表示AVR控制部4的功能的方框圖。使用從最大功率點(diǎn)跟蹤控制部5發(fā)送 的電壓指令值和從太陽(yáng)能電池陣列1取入到功率調(diào)節(jié)器7內(nèi)的電壓，進(jìn)行PI控制，用比較 器9進(jìn)行與三角波的比較，從而變換成具有與電壓指令值相應(yīng)的導(dǎo)通比的PffM信號(hào)。將表 示PI控制的傳遞函數(shù)，表示為K2X{K1+(1八T?s))}(KUK2是規(guī)定的常數(shù)）。在此，將直 到實(shí)際電壓收斂為電壓指令值為止的時(shí)間設(shè)定為5T左右。以下，將該到收斂為止進(jìn)行待 機(jī)稱作AVR待機(jī)。
[0035] 在圖4(a)中表示本發(fā)明涉及的流程圖。首先，在步驟S1，從太陽(yáng)能電池陣列1取 入直流功率P[m]、直流電壓V*，從功率平均化部取入Pave[m-1]。Pave[m-1]是直流功率 P[0]、P[1]、…、P[m-1]的加算平均功率。接著，在步驟S2,對(duì)測(cè)定的不確定性Uc進(jìn)行計(jì) 算。通過(guò)計(jì)算P[0]、P[l]、…、P[m-1]的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)得到直到m-1次為止的測(cè)定的不確 定性Uc。已知一般，當(dāng)采樣數(shù)n增加時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)偏差被抑制為（^n)分之一。在此，當(dāng)假設(shè)日 照量不變化時(shí)，作為第m個(gè)計(jì)測(cè)值的P[m]基本上位于P[0]、P[1]、…、P[m-1]的平均值Pave[m-1] 土標(biāo)準(zhǔn)偏差Uc。也就是說(shuō)，如步驟S3所示，在作為第m個(gè)計(jì)測(cè)值的P[m]位于該 平均值Pave[m-1] 土標(biāo)準(zhǔn)偏差Uc內(nèi)的情況下，認(rèn)為日照量的變化較少，在步驟S4,將采樣 次數(shù)遞增（m++)，將Pave[m-1]代入功率power。直到變?yōu)樗O(shè)定的采樣數(shù)n為止進(jìn)行該 遞增動(dòng)作（步驟S5)。另一方面，在作為第m個(gè)計(jì)測(cè)值的P[m]不位于平均值Pave[m-1] 土 標(biāo)準(zhǔn)偏差Uc內(nèi)的情況下，認(rèn)為日照量已急變，將日照變化后的最新功率P[m]取入到功率 power(步驟S6) 〇
[0036] 在采樣數(shù)n的平均化處理結(jié)束，或最新功率P[m]的取入完成的任一情況下，都使 用取入的power，在S7、S8進(jìn)行極值監(jiān)視和在極值附近是否存在工作點(diǎn)的判斷。關(guān)于極值 的判斷方法，例如例舉如下所述的方法。
[0037] 對(duì)于極值，
[0038] 由于數(shù)學(xué)式1
[0040] 成立，所以若進(jìn)行變形，則以下的關(guān)系成立。
[0041] 數(shù)學(xué)式2
[0044] 當(dāng)將本次的最大功率點(diǎn)控制時(shí)的電壓指令值設(shè)為V2,將取入的功率值power設(shè)為 P2,將上次的最大功率點(diǎn)控制時(shí)的電壓指令值設(shè)為Vl，將取入的功率值power設(shè)為Pl，將電 流值分別計(jì)算為Il=P1/V1、12 =P2/V2 時(shí)，根據(jù)AI= (12-11)、AV= (V2-V1)、12、V2 的關(guān)系能夠判斷工作點(diǎn)是否在極值附近。若在步驟S8中判斷為在極值附近，則轉(zhuǎn)移到步驟 S10,應(yīng)用登山法這樣的通常的最大功率點(diǎn)跟蹤控制。若判斷為不在極值附近，則轉(zhuǎn)移到步 驟S9,按照后述的邏輯，設(shè)定移動(dòng)電壓幅度。
[0045] 若步驟S9、步驟SlO結(jié)束，則在步驟Sll進(jìn)行電壓指令值的設(shè)定。在此，若上次的 電壓指令值和本次的電壓指令值的差較小，則將AVR的待機(jī)時(shí)間相對(duì)于圖3中的時(shí)間常數(shù) T設(shè)定為2T左右，若上次的電壓指令值和本次的電壓指令值的差較大，則進(jìn)行設(shè)定為5T 左右等的待機(jī)時(shí)間控制。之后，向AVR控制部4發(fā)送電壓指令值（步驟S11)，在步驟S13進(jìn) 行設(shè)定的響應(yīng)時(shí)間的待機(jī)。最后，當(dāng)將采樣次數(shù)的變量m初始化為0,并向功率平均化部3 發(fā)送采樣次數(shù)n時(shí)（步驟S14)，最大功率跟蹤控制的1次的順序結(jié)束，返回到步驟Sl。
[0046] 以下，敘述移動(dòng)電壓幅度的計(jì)算方法的詳細(xì)情況。用式（3)表示太陽(yáng)能電池的特 性式。
[0047] 數(shù)學(xué)式3
[0048]
[0049] 在此，I表示太陽(yáng)能電池的輸出電流，V表示太陽(yáng)能電池的輸出電壓，I sc表示短路 電流，P表示日照量，Is表示太陽(yáng)能電池單元的反向飽和電流，nf表示二極管結(jié)常數(shù)，k表 示波爾茲曼常數(shù)，T表示絕對(duì)溫度，Ncell表示單元數(shù)，q表示凈荷量，Rs表示將太陽(yáng)能電池 單元彼此連接的布線等的串聯(lián)電阻值，Rsh表示太陽(yáng)能電池單元的分流電阻。為了簡(jiǎn)化，設(shè) RsN〇、RshNa，作為電