太阳能电池的控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池的控制装置。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池具有如下特性：由于日照量或温度的变化，而使相对于工作电压或工 作电流的输出功率发生变化。因此，在控制太阳能电池时，将太阳能电池的输出电压设定在 取出最大功率的工作点（以下，最大功率点）变得重要。将自动地跟踪该最大功率工作点 使太阳能电池的发电效率提尚的控制，称作最大功率点跟踪控制。
[0003] 关于最大功率点跟踪控制，提出有多种方法。其中，跟踪性能比较好、顺序简单的 登山法被广泛使用，在专利文献1中记载了该顺序。在登山法中，在以输出电压VO运转过 程中，若加上了叠加电压AV时的功率P的变化量AP为正，则判断为输出电压VO小于最 大功率点电压Vmax，并将VO+AV作为新的工作点，若变化量AP为负，则判断为输出电压 VO大于最大功率点电压Vmax，并将VO-AV作为新的工作点，通过反复进行该动作，使太阳 能电池的输出短时间接近最大功率点。
[0004] 另外，在专利文献2中，公开了高速跟踪最大功率点的控制方法。在工作电压向 增加方向或减少方向的任一方向变化了所设定的次数的情况下，进行控制以使工作电压的 变化幅度变得比较大，当工作电压在增加方向和减少方向之间进行反复而发生变化的情况 下，进行控制以使所述工作电压的变化幅度变得比较小，从而实现高速的跟踪。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开昭61-97721号
[0008] 专利文献2:日本特开平8-44445号
【发明内容】
[0009]发明要解决的问题
[0010] 在专利文献1所示的最大功率点跟踪控制中，对于日照量或温度变化较小的特 性，能在最大功率点附近跟踪。但是，在日照急剧变化的情况下，较大地偏离了最大功率点 之后，重新进行登山，因此较大地损失功率。因此，可以考虑以高速的时序实施登山，缩短直 到最大功率点为止的到达时间，削减功率损失。但是，登山法的高速化的效果仅对某一定的 日照变化的速度有效，在日照量以比该速度慢的速度发生变化的情况下，最大功率点跟踪 控制中进行指令的电压偏离真正的最大功率点电压，会新产生功率损失。
[0011] 若使用专利文献2所示的最大功率点跟踪控制，在日照量的变化幅度增加时工作 电压的变化幅度扩大，所以能够高速地跟踪最大功率点。但是，需要直到针对电压指令值的 变化实际电压进行跟踪为止，施加上述的叠加信号。对于该时间，也有时因负载设备的特性 而度过比较长的时间。再者，在取入电压和电流值时，由于进行用于计算平均值的周期性采 样，或以每0. 1~1秒的一定周期进行从取得平均值起的顺序处理，所以1次的跟踪处理 需要某种程度的时间，对于这期间的日照变动或负载变动引起的工作点的变化无法进行跟
[0012] 因此，本发明的目的在于，研究以上那样的现有技术的问题，提供能应对日照量的 急剧变化的太阳能电池的控制装置。
[0013] 解决问题的方案
[0014] 若示例本申请发明的解决问题的方案中的代表性的方案，则是一种太阳能电池 的控制装置，其特征在于具有：功率计测部，其对太阳能电池的功率值进行计测；电压控制 部，其决定太阳能电池的工作电压；平均化部，其对功率值进行累计，计算功率值的平均值； 及最大功率点跟踪控制部，其对根据功率值的偏差信息和累计的次数计算出的阈值，和在 功率计测部中计测出的功率值与平均值的差值的绝对值进行比较，在差值的绝对值大于阈 值的情况下，停止累计，生成决定工作电压的电压指令值。
[0015] 发明效果
[0016] 根据所述方案，若使用本发明，则能够提供效率更高的太阳光发电系统的控制装 置。
[0017] 附图简要说明
[0018]图1是表示本发明的实施例涉及的太阳光发电系统的构成的方框图。
[0019]图2是本发明的实施例涉及的功率平均化部的方框图。
[0020] 图3是本发明的实施例涉及的AVR控制的方框构成图。
[0021] 图4(a)是本发明的实施例1涉及的最大功率点跟踪控制的流程图。
[0022] 图4 (b)是本发明的实施例1涉及的移动电压幅度设定的流程图。
[0023] 图5(a)是安装了以往的登山法的情况下的时序图。
[0024]图5(b)是表示本发明的实施例1涉及的发明的效果的时序图。
[0025] 图5 (c)是表示本发明的实施例1的变形例的效果的时序图。
[0026]图6(a)是表示本发明的实施例2涉及的从系统紊乱时的继续运转开始进行恢复 的动作的流程图。
[0027] 图6 (b)是本发明的实施例2涉及的移动电压幅度设定的流程图。
[0028]图7是表示本发明的实施例2的效果的时序图。
【具体实施方式】
[0029] 以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
[0030] 实施例1
[0031] 图1是采用了功率调节器7的太阳光发电系统的方框构成图。功率调节器7将太 阳能电池阵列1发电的直流电力变换成与系统的交流电力系统线路6同步的交流。6是一般 的电力系统线路，例如是交流电压200V或400V、频率50或60Hz的线路。是连接着一般需 要家庭的负载的线路。该功率调节器7由DC/AC逆变器2、功率计测部31、电压计测部32、 功率平均化部3、AVR控制部（自动电压调节器，AutomaticVoltageRegulator)4、最大功 率点跟踪控制部5构成。逆变器2将由太阳能电池阵列1发电的直流电力变换成与系统电 压同步的交流电力（商用电力）。从AVR控制部4(自动电压调节器，AutomaticVoltage Regulator)向逆变器2提供PffM信号，以控制太阳能电池阵列1的工作电压。
[0032] 来自太阳能电池阵列1的发电电力被提供给逆变器2,并且作为太阳能电池阵列I 的输出控制用的信息，从功率计测部31和电压计测部32以直流功率和电压的形式，取入到 功率调节器7内。将取入到功率调节器7的功率信息，在功率平均化部3中进行周期性的 多个采样并平均化。通过该功率平均化部3,将抑制了测定不确定性的功率信息和从太阳能 电池阵列1取入的功率信息这2个信息，发送到最大功率点跟踪控制部5。在最大功率点跟 踪控制部5中按照后述的逻辑，决定接下来的探索用的设定电压，向AVR控制部4传送电压 指令值。
[0033] 图2是表示功率平均化部的功能的方框图。当前，将取入的直流功率的值表示为 P[n]，将前一个采样的直流功率表示为P[n_l]，同样地，表示为P[n_2]、…、P[0]。m是采 样编号，z1是使输入延迟1个采样时间来输出的记号，将当前的值加上1个采样1个采样 延迟后的值，将该值乘1/m取平均。也就是说，采样次数越增加，则测定数据的不确定性Uc 改善（/?!)倍。以下，将该基于采样的平均化，称作平均化处理。
[0034] 图3是表示AVR控制部4的功能的方框图。使用从最大功率点跟踪控制部5发送 的电压指令值和从太阳能电池阵列1取入到功率调节器7内的电压，进行PI控制，用比较 器9进行与三角波的比较，从而变换成具有与电压指令值相应的导通比的PffM信号。将表 示PI控制的传递函数，表示为K2X{K1+(1八T?s))}(KUK2是规定的常数）。在此，将直 到实际电压收敛为电压指令值为止的时间设定为5T左右。以下，将该到收敛为止进行待 机称作AVR待机。
[0035] 在图4(a)中表示本发明涉及的流程图。首先，在步骤S1，从太阳能电池阵列1取 入直流功率P[m]、直流电压V*，从功率平均化部取入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。接着，在步骤S2,对测定的不确定性Uc进行计 算。通过计算P[0]、P[l]、…、P[m-1]的标准偏差来得到直到m-1次为止的测定的不确 定性Uc。已知一般，当采样数n增加时，标准偏差被抑制为（^n)分之一。在此，当假设日 照量不变化时，作为第m个计测值的P[m]基本上位于P[0]、P[1]、…、P[m-1]的平均值Pave[m-1] 土标准偏差Uc。也就是说，如步骤S3所示，在作为第m个计测值的P[m]位于该 平均值Pave[m-1] 土标准偏差Uc内的情况下，认为日照量的变化较少，在步骤S4,将采样 次数递增（m++)，将Pave[m-1]代入功率power。直到变为所设定的采样数n为止进行该 递增动作（步骤S5)。另一方面，在作为第m个计测值的P[m]不位于平均值Pave[m-1] 土 标准偏差Uc内的情况下，认为日照量已急变，将日照变化后的最新功率P[m]取入到功率 power(步骤S6) 〇
[0036] 在采样数n的平均化处理结束，或最新功率P[m]的取入完成的任一情况下，都使 用取入的power，在S7、S8进行极值监视和在极值附近是否存在工作点的判断。关于极值 的判断方法，例如例举如下所述的方法。
[0037] 对于极值，
[0038] 由于数学式1
[0040] 成立，所以若进行变形，则以下的关系成立。
[0041] 数学式2
[0044] 当将本次的最大功率点控制时的电压指令值设为V2,将取入的功率值power设为 P2,将上次的最大功率点控制时的电压指令值设为Vl，将取入的功率值power设为Pl，将电 流值分别计算为Il=P1/V1、12 =P2/V2 时，根据AI= (12-11)、AV= (V2-V1)、12、V2 的关系能够判断工作点是否在极值附近。若在步骤S8中判断为在极值附近，则转移到步骤 S10,应用登山法这样的通常的最大功率点跟踪控制。若判断为不在极值附近，则转移到步 骤S9,按照后述的逻辑，设定移动电压幅度。
[0045] 若步骤S9、步骤SlO结束，则在步骤Sll进行电压指令值的设定。在此，若上次的 电压指令值和本次的电压指令值的差较小，则将AVR的待机时间相对于图3中的时间常数 T设定为2T左右，若上次的电压指令值和本次的电压指令值的差较大，则进行设定为5T 左右等的待机时间控制。之后，向AVR控制部4发送电压指令值（步骤S11)，在步骤S13进 行设定的响应时间的待机。最后，当将采样次数的变量m初始化为0,并向功率平均化部3 发送采样次数n时（步骤S14)，最大功率跟踪控制的1次的顺序结束，返回到步骤Sl。
[0046] 以下，叙述移动电压幅度的计算方法的详细情况。用式（3)表示太阳能电池的特 性式。
[0047] 数学式3
[0048]
[0049] 在此，I表示太阳能电池的输出电流，V表示太阳能电池的输出电压，I sc表示短路 电流，P表示日照量，Is表示太阳能电池单元的反向饱和电流，nf表示二极管结常数，k表 示波尔兹曼常数，T表示绝对温度，Ncell表示单元数，q表示净荷量，Rs表示将太阳能电池 单元彼此连接的布线等的串联电阻值，Rsh表示太阳能电池单元的分流电阻。为了简化，设 RsN〇、RshNa，作为电