功率控制装置和功率调节器的制作方法

本发明涉及功率控制装置，尤其涉及对太阳能电池那样的发电量变动的电源的输出进行控制的功率控制装置、和将该电源的直流功率转换成交流功率的功率控制装置及功率调节器。

背景技术：
作为将光能转换成电能的光电转换装置，各方都在投入精力开发所谓的太阳能电池。太阳能电池能将绿色且无尽的能源--来自太阳的光直接转换成电，故期待其成为新的能源。太阳能电池模块根据微型计算机进行的最大功率点追踪方式(MPPT：MaximumPowerPointTracking)控制处理而以最佳工作电压工作，并被逆变器转换成与负载或商用电力系统相应的电力(例如参照专利文献1)。[在先技术文献][专利文献][专利文献1]日本特开平7-31157号公报

技术实现要素：
〔发明所要解决的课题〕太阳能电池模块一般被MPPT控制器控制，使得其动作点为最大输出点。在太阳能电池模块中，多个太阳能电池单元串联连接，流过各太阳能电池单元的电流相等。在这样的连接下，若因阴影或者脏污的影响，出现电流值欲变小的太阳能电池单元，则为使该太阳能电池单元的电流值上升，会被其它太阳能电池单元施加反向偏置。此时，会发生被施加了反向偏置的太阳能电池单元消耗功率而成为高温状态的萤火虫(hotspot)现象。本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种在发生了萤火虫现象时、或者预想到会发生萤火虫现象时，抑制温度上升的技术。〔用于解决技术课题的手段〕为解决上述技术课题，本发明一个方案的功率控制装置包括：检测部，在针对太阳能电池模块输出的直流功率的电流-电压特性曲线中检测功率值的峰值；设定部，当在检测部中检测到多个峰值时，(1)若多个峰值中、具有最大电压值的第1峰值时的电流值比阈值大，则基于第1峰值设定动作点，(2)若第1峰值时的电流值在阈值以下，则基于多个峰值中、电压值比第1峰值小且电流值比阈值大的第2峰值设定动作点；以及功率调整部，按照在设定部中设定的动作点调整太阳能电池模块的直流功率的输出。本发明的另一方案也是一种功率控制装置。该装置包括：检测部，在针对太阳能电池模块输出的直流功率的电流-电压特性曲线中检测功率值的峰值；设定部，当在检测部中检测到多个峰值时，(1)若多个峰值中、具有最大电压值的第1峰值时的电流值比阈值大，则基于第1峰值设定动作点，(2)若电流值在阈值以下，则基于多个峰值中、具有最大功率值的第2峰值设定动作点；功率调整部，按照在设定部中设定的动作点，调整太阳能电池模块的直流功率的输出。可以还包括对在设定部中设定的动作点进行更新的更新部。功率调整部可以将在更新部中更新后的动作点用于转换，检测部和设定部可以在更新部停止的期间进行动作。被输入到功率调整部的直流功率可以是由串联连接有单元组、并且针对至少一个单元组并联连接有旁路二极管的太阳能电池模块发电而得的。本发明的再一个方案是一种功率调节器。该功率调节器包括：检测部，在针对太阳能电池模块输出的直流功率的电流-电压特性曲线中检测功率值的峰值；设定部，当在检测部中检测到多个峰值时，(1)若多个峰值中、具有最大电压值的第1峰值时的电流值比阈值大，则基于第1峰值设定动作点，(2)若第1峰值时的电流值在阈值以下，则基于多个峰值中、电压值比第1峰值小且电流值比阈值大的第2峰值设定动作点；功率调整部，按照在设定部中设定的动作点，将太阳能电池模块的直流功率转换成交流功率。〔发明效果〕根据本发明，能在发生了萤火虫现象时、或者预想到萤火虫现象的发生时，抑制温度上升。附图说明图1是表示本发明实施例的功率控制装置的构成的图。图2是表示图1的太阳能电池模块的构成的图。图3是表示由图1的控制部控制的功率控制装置的动作时序(timing)的图。图4的(a)-(c)是表示图1的设定部的动作概要的图。图5的(a)-(b)是表示作为比较对象的功率控制装置的动作的图。图6的(a)-(b)是表示图1的功率控制装置的动作的图。图7是表示图1的设定部进行的设定步骤的流程图。图8的(a)-(c)是表示图1的功率控制装置的其它动作的图。具体实施方式在具体说明实施方式前，先叙述其概要。本实施方式涉及与太阳能电池连接的功率控制装置。如前所述，功率控制装置一般是控制动作点使其成为最大输出点的。然而，当阴影或者脏污的单元的影响变大时，若功率控制装置设定作为最大输出点的动作点，则施加于太阳能电池单元的反向偏置会变大，成为高温状态。为应对此情况，本实施例的功率控制装置执行以下处理。功率控制装置针对来自太阳能电池的直流功率，定期测定电流-电压特性曲线(以下称作“I-V特性曲线”)，取得功率值的峰值。功率值的峰值相当于极大值。另外，若存在多个峰值，则相当于有阴影或者脏污的单元的影响。当存在多个峰值时，若具有最大电压值的峰值时的电流值在阈值以下，则阴影或者脏污的单元的影响较小，故功率控制装置如通常那样基于最大输出点设定动作点。另一方面，若具有最大电压值的峰值时的电流值比阈值大，则阴影或者脏污的单元的影响较大，故基于该峰值设定动作点。因此，最大输出点没有被设定为动作点。图1表示本发明实施例的功率控制装置100的构成。功率控制装置100连接于太阳能电池模块10、负载12。功率控制装置100包含功率调整部20、控制部22。控制部22包含检测部24、设定部26、更新部28。在本实施方式中，表示了被功率控制装置100调整后的功率直接提供给负载12的例子，但也可以将被功率控制装置100调整后的功率经DC-DC转换器(未图示)提供给负载12。太阳能电池模块10是利用光电效应将光能直接转换成电力的电力设备。作为太阳能电池模块10，采用硅太阳能电池、以各种各样的化合物半导体等为素材的太阳能电池、染料敏化型(有机太阳能电池)等。太阳能电池模块10输出所发电的直流功率。图2表示太阳能电池模块10的构成。太阳能电池模块10包含单元组50、旁路二极管54。单元组50是第1单元组50a、第2单元组50b、第3单元组50c、第4单元组50d、第5单元组50e、第6单元组50f的总称。旁路二极管54是第1旁路二极管54a、第2旁路二极管54b、第3旁路二极管54c的总称。第1单元组50a包含第11单元52aa、第12单元52ab、第13单元52ac、第14单元52ad、第15单元52ae。第2单元组50b包含第21单元52ba、第22单元52bb、第23单元52bc、第24单元52bd、第25单元52be。第3单元组50c包含第31单元52ca、第32单元52cb、第33单元52cc、第34单元52cd、第35单元52ce。第4单元组50d包含第41单元52da、第42单元52db、第43单元52dc、第44单元52dd、第45单元52de。第5单元组50e包含第51单元52ea、第52单元52eb、第53单元52ec、第54单元52ed、第55单元52ee。第6单元组50f包含第61单元52fa、第62单元52fb、第63单元52fc、第64单元52fd、第65单元52fe。第11单元52aa、第12单元52ab等被总称为单元52。在太阳能电池模块10中，第1单元组50a至第6单元组50f这六个单元组50被串联连接。另外，在各单元组50中，五个单元52被串联连接。需要说明的是，被串联连接的单元组50的数量、被串联连接的单元52的数量并不限定于此。进而，旁路二极管54被相对于两个单元52并联连接。例如，第1旁路二极管54a被并联连接于第1单元组50a、第2单元组50b。旁路二极管54是作为萤火虫现象解决方案而配置的。所谓萤火虫现象，是指当落叶等物体附着于太阳能电池的表面而成为阴影时，该部分发热的现象，有时单元52会因此而发生破损。这是由于单元52被串联连接，故发电量小的单元52也会流过所发电的电流，但成为阴影的单元52将成为电阻体，故电流在此通过时会产生热量。另外，即使没有达到破损的程度，也存在非发电的单元52成为电阻体、会消耗其它单元52所发电的功率，导致发电量下降的问题。只要成为阴影的部分没有发电，发电量就会下降。为减少这样的现象导致的影响，与单元52并联连接旁路二极管54。回到图1。控制部22控制功率控制装置100的动作。图3表示被控制部22控制的功率控制装置100的动作时序。作为功率控制装置100的动作时序，控制部22交替切换设定期间和更新期间。需要说明的是，设定期间的长度被规定为比更新期间的长度短。例如，在24小时中，数分钟被设定为设定期间，其余被设定为更新期间。关于设定期间和更新期间内的处理将在后面叙述，但在设定期间，可以采用不从功率控制装置100输出直流功率的构成，也可以采用从功率控制装置100输出基于设定期间的控制而发生变动的直流电流的构成。回到图1。控制部22中，检测部24和设定部26在设定期间内进行动作，更新部28在更新期间内进行动作。因此，检测部24和设定部26在更新部28停止的期间进行动作。以下先说明设定期间内的动作，再说明更新期间内的动作。首先说明设定期间内的动作。检测部24输入来自太阳能电池模块10的直流功率。检测部24测定针对直流功率的I-V特性曲线。I-V特性曲线的测定采用公知技术即可，故在此省略说明。检测部24在I-V特性曲线中检测功率值的峰值。具体来说，检测部24根据I-V特性曲线计算功率-电压特性曲线(以下称作“P-V特性曲线”)，一边改变V一边检测功率值的极大值。功率值的极大值相当于前述的峰值。若不存在发电量少的单元52，则会检测到一个峰值，但若存在发电量少的单元52，则会检测到多个峰值。检测部24将I-V特性曲线、P-V特性曲线、检测到的峰值输出给设定部26。设定部26从检测部24输入I-V特性曲线、P-V特性曲线、以及检测到的峰值。设定部26在检测到的峰值为一个时，基于该峰值设定动作点。图4的(a)-(c)表示设定部26的动作概要。图4的(a)的上方是抽取出的峰值为一个时的I-V特性曲线，图4的(a)的下方是抽取出的峰值为一个时的P-V特性曲线。它们相当于没有发生萤火虫现象时的I-V特性曲线和P-V特性曲线。设定部26基于此将功率最大的P2设定为动作点。回到图1。在检测到多个峰值时，若具有最大电压值的第1峰值时的电流值在阈值以下，则设定部26基于多个峰值中的、电压值比第1峰值小且电流值比所述阈值大的第2峰值设定动作点。图4的(b)的上方是此时的I-V特性曲线，图4的(b)的下方是此时的P-V特性曲线。它们相当于发生了萤火虫现象时的I-V特性曲线和P-V特性曲线的一例。第1峰值相当于“P1”，第2峰值相当于“P2”。图4的(b)的下方的两个峰值是极大值，是特异点。此外，根据图4的(b)的上方的特性曲线，P1时的电流值在阈值以下，故可以说发电量少的单元的电流量较小，发电量少的单元的温度上升较小。因此，同未发生萤火虫现象时一样，设定部26将功率最大的“P2”设定为动作点。回到图1。当检测到多个峰值时，若具有最大电压值的第1峰值时的电流值比阈值大，则设定部26基于第1峰值设定动作点。图4的(c)的上方是此时的I-V特性曲线，图4的(c)的下方是此时的P-V特性曲线。它们相当于发生了萤火虫现象时的I-V特性曲线和P-V特性曲线的一例。第1峰值相当于“P1”，第2峰值相当于“P2”。根据图4的(c)的上方的特性曲线，P1时的电流值比阈值大，故可以说发电量少的单元的电流量较大，发电量少的单元的温度上升较大。因此，与未发生萤火虫现象时不同，设定部26将功率比功率最大的“P2”低的“P1”设定为动作点。回到图1。设定部26对功率调整部20设定动作点，直至更新期间开始。接下来说明更新期间内的动作。在设定期间切换为更新期间前，由设定部26设定功率调整部20的动作点。功率调整部20按照在设定部26中设定的动作点，调整来自太阳能电池模块10的直流功率。该直流功率如前所述那样是串联连接有单元组50、并针对至少一个单元组50并联连接有旁路二极管54的太阳能电池模块10发电的直流功率。另外，关于功率调整部20中的功率调整，采用公知技术即可，故在此省略说明。功率调整部20将调整后的直流功率输出给负载12。图5的(a)-(b)表示作为比较对象的功率控制装置的动作。这相当于如以往那样将最大输出点设定为动作点的情况。图5的(a)是阴影或者脏污的单元的影响较小时的I-V特性曲线，图5的(b)是阴影或者脏污的单元的影响较大时的I-V特性曲线。它们分别对应于图4的(b)的上方的特性曲线、图4的(c)的上方的特性曲线。在图5的(a)-(b)的任一种情况下，动作点都被设定为“P2”，故原点“0”、I2、P2、V2所围成的四边形的面积成为发电量。因此，在图5的(b)中，在对发电量小的单元52施加反向偏置的状态下，流过比图5的(a)的状态大的电流，故成为高温状态的可能性变大。图6的(a)-(b)表示功率控制装置100的动作。图6的(a)-(b)相当于图5的(a)-(b)。在图6的(a)中，动作点被设定为“P2”，故图6的(a)中的发电量为原点“0”、I2、P2、V2所围成的四边形的面积。另一方面，在图6的(b)中，动作点被设定为“P1”，故图6的(b)中的发电量成为原点“0”、I1、P1、V1所围成的四边形的面积。因此，在图6的(b)中，在对发电量小的单元52施加比图5的(b)的状态小的反向偏置的状态下，流过比I2小的I1的电流，故成为高温状态的可能性降低。回到图1。负载12是直流驱动型的电气设备。负载12基于来自功率调整部20的直流功率进行动作。以下说明在更新期间内继续进行的动作。更新部28在从设定期间切换为更新期间前接受在设定部26中被设定的动作点。更新部28在更新期间内一直对在设定部26中设定的动作点进行更新。例如，更新部28通过执行爬山算法(HillClimbingMethod)来更新动作点，使得交流功率的功率值变大。这可以说是针对与设定部26中设定的动作点对应的峰值的最大功率点追踪方式。更新部28将更新后的动作点设定为功率调整部20。功率调整部20通过使用在更新部28中更新后的动作点，来执行直流功率的输出的调整。接下来说明以上构成的功率控制装置100的动作。图7是表示设定期间内的设定部26进行的设定步骤的流程图。检测部24取得I-V特性曲线、P-V特性曲线(S10)，检测峰值(S12)。若有多个峰值(S14的Y)，则设定部26确定电压最大的峰值(S16)。若电流>阈值(S18的Y)，则设定部26将电压最大的峰值设定为动作点(S20)。若并非电流>阈值(S18的N)，则设定部26将功率最大的峰值设定为动作点(S22)。若不存在多个峰值(S14的N)，则设定部26将峰值设定为动作点(S24)。根据本发明的实施例，若具有最大电压值的第1峰值时的电流值在阈值以下，则基于具有最大功率值的第2峰值设定动作点，故能加大所输出的功率。另外，由于输出的功率变大了，故能增大太阳能电池模块的发电效率。另外，若具有最大电压值的第1峰值时的电流值比阈值大，则基于第1峰值设定动作点，故能抑制萤火虫现象的发生。此外，由于能抑制温度上升，故能实现太阳能电池模块的长寿命化。在此情况下，与基于第2峰值设定动作点时相比，输出的功率会变小。但通过进行第1峰值时的电流值与阈值的比较，即使基于第1峰值设定动作点，也能防止所输出的功率的显著降低。另外，在停止用于更新动作点的动作的期间，测定I-V特性曲线，故能检测其它峰值。另外，即使单元组被串联连接，由于针对至少一个单元组并联连接有旁路二极管，故能减少萤火虫现象导致的向单元流入电流的影响。以上基于实施例说明了本发明。本领域技术人员当理解该实施例只是例示，其各构成要素或者各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，并且这样的变形例也包含在本发明的范围内。在本实施方式中，功率调整部20采用了将对太阳能电池模块输出的直流功率进行调整后的直流功率输出给负载12的构成。然而并不限定于此，也可以采用功率调整部20基于设定部26所设定的动作点，将太阳能电池模块输出的直流功率转换成交流功率后输出给负载12的构成。具有这样的将直流功率转换成交流功率的功能的功率控制装置100被称作功率调节器。在本实施方式中说明的设定部26所具备的控制能适用于功率调节器。在本实施方式中，作为发生萤火虫现象的情况，表示了图4的(b)-(c)、图5的(a)-(b)、图6的(a)-(b)，存在两个峰值。然而并不限定于此，例如也可以存在3个以上的峰值。在此情况下，若具有最大电压值的峰值时的电流值比阈值大，则基于具有最大电压值的峰值设定动作点，若具有最大电压值的峰值时的电流值比阈值小，则基于电压值比具有最大电压值的峰值小、且电流值比所述阈值大的峰值设定动作点。根据本变形例，在各种各样的条件下都能抑制萤火虫现象导致的温度上升。图8的(a)-(c)表示存在3个峰值时的功率控制装置100的动作。展示出图8的(a)-(c)的I-V特性的太阳能电池模块具有至少两个发电量小的单元52。至少两个发电量小的单元52分别与不同的旁路二极管并联连接。从显示出最大的电压值的峰值起依次存在第3峰值、第4峰值、第5峰值，第3峰值相当于“P3”，第4峰值相当于“P4”，第5峰值相当于“P5”。根据图8的(a)，“P3”、“P4”时的电流值在阈值以下，故可以说发电量少的单元的电流量较小、发电量少的单元的温度上升较小。因此，与没有发生萤火虫现象时一样，设定部26将功率最大的“P5”设定为动作点。根据图8的(b)，“P3”时的电流值在阈值以下，故可以说发电量少的单元中的一者的电流量较小、这一单元的温度上升较小。但是，由于“P4”时的电流值比阈值大，故可以说发电量少的单元中的另一者的电流量较大、这一单元的温度上升较大。因此，设定部26将电压值比具有最大电压值的“P3”小、且电流值比所述阈值大的“P4”设定为动作点。根据图8的(c)，“P3”、“P4”时的电流值比阈值大，故可以说发电量少的单元的电流量较大、发电量少的单元的温度上升较大。因此，设定部26将具有最大电压值的“P3”设定为动作点。〔附图标记说明〕10太阳能电池模块、12负载、20功率调整部、22控制部、24检测部、26设定部、28更新部、100功率控制装置。〔工业可利用性〕根据本发明，在发生了萤火虫现象时、或者预想到萤火虫现象的发生时，能抑制温度上升。