JP6601280B2 - Solar system - Google Patents
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Description
本発明は、移動する車両等に搭載可能なソーラーシステムに関する。 The present invention relates to a solar system that can be mounted on a moving vehicle or the like.
一般的に、ソーラーパネルの部分的な汚れや落ち葉の堆積等の原因により、ある特定のセルの光起電力が低下した場合、通電により該当セルが抵抗となり、その経路では電力損失が発生する。光起電力が低下したセルに通電を続けると発熱するホットスポット現象が知られており、発熱によるパネルの破損や劣化による特性低下が問題となっていた。 In general, when the photovoltaic power of a specific cell is reduced due to partial contamination of the solar panel, accumulation of fallen leaves, or the like, the corresponding cell becomes a resistance due to energization, and power loss occurs in the path. There is known a hot spot phenomenon that generates heat when a cell whose photovoltaic power is lowered continues to be energized, and there has been a problem of characteristic deterioration due to panel breakage or deterioration due to heat generation.
そこで、太陽光発電のMPPT(最大電力点追従)制御において、バイパスダイオードにより、光起電力が低下したソーラーセル部分をバイパスすることで、上記問題を解決することが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in solar power generation MPPT (maximum power point tracking) control, it is known to bypass the solar cell portion where the photovoltaic power is reduced by a bypass diode to solve the above problem (for example, patents). Reference 1).
また、ソーラーパネルがある速度を持って移動する車両等に搭載される場合、移動により外部の建物などによる影となる部分が刻々と変化するため、影となるソーラーセルに対してその都度バイパスしようとすると、複雑な制御を必要とすることになる。また、影の影響は一時的であるため、該当セルが発熱することは考えづらかった。 Also, when the solar panel is mounted on a vehicle that moves at a certain speed, the shadowed part of the outside building will change every moment due to movement, so let's bypass the shadowed solar cell each time. Then, complicated control is required. In addition, since the influence of the shadow is temporary, it is difficult to consider that the corresponding cell generates heat.
移動する車両等にソーラーパネルを搭載する場合、光起電力が低下する原因として、上記のように刻々と変化する影による一時的なものと、汚れや落ち葉等の半恒久的な付着物や内部故障等長時間に渡るものと、がある。この際、長時間に渡って光起電力が低下する場合は、発熱によりホットスポットとなる可能性があるが、一時的なものは、発熱に至らない。 When a solar panel is mounted on a moving vehicle, etc., the cause of the decrease in photovoltaic power is temporary due to the constantly changing shadow as described above, semi-permanent deposits such as dirt and fallen leaves, and the inside. There are things such as breakdowns that last for a long time. At this time, when the photovoltaic power is lowered for a long time, there is a possibility that it becomes a hot spot due to heat generation, but temporary one does not generate heat.
しかし、一般的に光起電力が低下した場合、一時的なものと長時間に渡るものとでは、ソーラーパネルの特性として等価であり、判別が困難であった。 However, in general, when the photovoltaic power is lowered, the temporary one and the one over a long time are equivalent as the characteristics of the solar panel and are difficult to discriminate.
そこで、本発明は上記事情に鑑み、長時間に渡り光起電力が低下しているソーラーセルを含む発電経路への通電を回避することで、電力損失を削減し、ホットスポットの発生を抑制する、ソーラーシステムの提供を目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention reduces power loss and suppresses the occurrence of hot spots by avoiding energization to a power generation path including a solar cell whose photovoltaic power has been reduced for a long time. The purpose is to provide a solar system.
上記課題を解決するため、本発明の一態様では、車両に搭載可能なソーラーシステムは、直列接続された複数のソーラーセルと該ソーラーセルに並列に接続された1つのバイパスダイオードとを備えるグループを複数含むソーラーパネルと;前記ソーラーパネルから出力される電流値を計測する電流センサと;前記ソーラーパネルから出力される電圧値を計測する電圧センサと;計測された前記電流値及び前記電圧値を受信し、MPPT(最大動作点追従)制御を用いた発電制御を行う制御部と;を有し、前記制御部は、計測した前記電流値及び前記電圧値の相関を示すI‐V曲線上において、微分コンダクタンスdi/dvが閾値以下の場合に発生する、段差を構成する電圧を算出するように構成され、前記段差を構成する電圧は、停車中に発生した第1の段差電圧と、走行中に発生した第2の段差電圧とを含み、前記制御部は、前記第1の段差電圧と前記第2の段差電圧とが一致するかどうかを判定し、前記第1の段差電圧と前記第2の段差電圧とが一致する場合、前記一致する電圧よりも小さい電圧であって、光起電力が低下したソーラーセルを含むグループでバイパスダイオードがオンになり直列接続する複数のソーラーセルを発電経路から除外する電圧を、動作点電圧として設定し、前記ソーラーパネルの出力電圧を、設定した該動作点電圧に追従させるMPPT制御を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention, a solar system that can be mounted on a vehicle includes a group including a plurality of solar cells connected in series and a bypass diode connected in parallel to the solar cells. A plurality of solar panels; a current sensor for measuring a current value output from the solar panel; a voltage sensor for measuring a voltage value output from the solar panel; and receiving the measured current value and the voltage value And a control unit that performs power generation control using MPPT (maximum operating point tracking) control, wherein the control unit is on an IV curve indicating a correlation between the measured current value and the voltage value. It is comprised so that the voltage which comprises the level | step difference which generate | occur | produces when the differential conductance di / dv is below a threshold value, and the voltage which comprises the level | step difference is stopping Including the first step voltage generated and the second step voltage generated during traveling, and the control unit determines whether the first step voltage and the second step voltage coincide with each other. When the first step voltage and the second step voltage match, the bypass diode is turned on in a group including a solar cell having a voltage lower than the matching voltage and having a reduced photovoltaic power. A voltage that excludes a plurality of solar cells connected in series from the power generation path is set as an operating point voltage, and MPPT control is performed so that the output voltage of the solar panel follows the set operating point voltage.
第1の段差を構成する電圧値と第2の段差を構成する電圧値とが一致するかどうか判定することにより、ソーラーセルにおける光起電力の低下が、一時的なものであるか長時間に渡るものであるかを判別することができる。 By determining whether the voltage value constituting the first step and the voltage value constituting the second step are the same, the decrease in the photovoltaic power in the solar cell is temporary or prolonged. It is possible to determine whether it is to be passed.
また、MPPT制御において、前記一致する電圧よりも小さい電圧を、動作点電圧として設定し、追従制御させる。ここで、動作点電圧は、第1の段差及び第2の段差を構成する電圧値よりも小さい電圧であって、光起電力が低下したソーラーセルを含むグループにおいて、バイパスダイオードがオンになり直列接続する複数のソーラーセルを発電経路から除外する電圧に相当する。ソーラーパネルの出力電圧を、設定した該動作点電圧に追従させるMPPT制御を行うことで、長時間に渡り光起電力が低下したソーラーセルがホットスポットになることを回避することができる。 In MPPT control, a voltage smaller than the matching voltage is set as an operating point voltage, and tracking control is performed. Here, the operating point voltage is a voltage smaller than the voltage value constituting the first step and the second step, and in a group including a solar cell in which the photovoltaic power is reduced, the bypass diode is turned on in series. This corresponds to a voltage for excluding a plurality of solar cells to be connected from the power generation path. By performing MPPT control that causes the output voltage of the solar panel to follow the set operating point voltage, it is possible to avoid a solar cell whose photovoltaic power has been lowered for a long time from becoming a hot spot.
一態様によれば、ソーラーシステムにおいて、長時間に渡り光起電力が低下しているソーラーセルを含む発電経路への通電を回避することで、電力損失を削減し、ホットスポットの発生を抑制することができる。 According to one aspect, in a solar system, by avoiding energization to a power generation path including a solar cell whose photovoltaic power has been reduced for a long time, power loss is reduced and generation of hot spots is suppressed. be able to.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の実施形態に係るソーラーシステムの一例を示す。本ソーラーシステム1000は、ある速度を持って移動する例えば、車両用に搭載されることを要件とする。
FIG. 1 shows an example of a solar system according to an embodiment of the present invention. The present
本ソーラーシステム1000は、MPPT(Maximum Power Point Tracking:最大電力点追従)制御を用いた発電制御を行うソーラーシステムである。MPPT制御は、気象条件等の変化で常に変化する最適動作点(多くは最大電力)に追従しながら動作するため、夫々の気象条件下で、常に太陽電池から最大の電力を取り出すことができる。
The
ソーラーシステム1000は、ソーラーパネル100、DC‐DCコンバータ200、電流センサ210、電圧センサ220、及びコントローラ300を備える。
The
ソーラーパネル100は、複数のソーラーセル(太陽電池)C1,C2,・・・Cxと、バイパスダイオードD1,D2と、を備える。
The
ソーラーパネル100では、複数のソーラーセルC1,C2,・・・Cxは直接接続されたストリング構成となっている。バイパスダイオードD1,D2で区切られたストリングの最小単位をクラスタ(サブストリング,グループ)A、Bと呼ぶ。
In the
なお、図1中では、ソーラーパネル100において、クラスタ及び対応するバイパスダイオードを2個設ける例を示しているが、クラスタ及びバイパスダイオードは3個以上設けてもよい。
1 shows an example in which two clusters and corresponding bypass diodes are provided in the
電流センサ210はソーラーパネル100から出力される電流を計測する。電圧センサ220はソーラーパネル100から出力される電圧をセンシングする。
The
コントローラ(制御部)300は、電流センサ210で計測した電流値と、電圧センサ220で計測した電圧値とを受信し、DC‐DCコンバータ200への駆動指令を実施する。詳しくは、コントローラ300は、ハードウエア又はプログラムによるソフトウエアにおいて、段差電圧算出部310、記憶部320、比較・判定部330、及びDUTY設定部340を備える。
The controller (control unit) 300 receives the current value measured by the
段差電圧算出部310は、電流センサ210及び電圧センサ220で測定されたソーラーパネル100から出力される電流値及び電圧値の相関を示すI−V曲線から、段差電圧を算出する。
The step
記憶部320は、停車中(停止中)の段差電圧(第1の段差電圧群の各電圧値)、及び走行中の段差電圧(第1の段差電圧群の各電圧値)を保存する。
The
比較・判定部330は、停車中の段差電圧(第1の段差電圧)群の各電圧値と走行中の段差電圧(第2の段差電圧)群の各電圧値とを比較し、同じ段差電圧値が存在するかを判定する。
The comparison /
DUTY設定部340は、第1の段差電圧と第2の段差電圧とが一致すると判定された場合は、DC‐DCコンバータ200へ送信する信号のDUTYを制御する。
When it is determined that the first step voltage and the second step voltage match, the
DC‐DCコンバータ200は、ソーラーパネルから給電対象へ電圧変換を実施する。また、DC‐DCコンバータ200は、DUTY設定部340から送信された信号に応じて、DC‐DCコンバータ200への入力電圧を制御することで、ソーラーパネル100に接続させる負荷の電圧を制御することになる。これにより、ソーラーパネル100からの出力電圧を制御して、ソーラーパネル100からの出力電力を最大化して取り出して、車両の電装等の供給先400へ供給する。
The DC-
ソーラーパネルにおいて、起電圧が低下した又は発電していないソーラーセル(Darkセルともいう)は、抵抗となる。該当するソーラーセルに無理に電流を流すと、そのセルを破損しまったり、発熱によりホットスポットとなったりする。 In a solar panel, a solar cell (also referred to as a Dark cell) whose electromotive voltage has decreased or is not generating power is a resistor. If a current is forcibly applied to the solar cell, the cell may be damaged or a hot spot may be generated due to heat generation.
ソーラーセルの起電力が低下する場合に起こる現象について詳述する。図2(a)は、1つのソーラーセルの等価回路を示す。 The phenomenon that occurs when the electromotive force of the solar cell decreases will be described in detail. FIG. 2A shows an equivalent circuit of one solar cell.
図2において、(b)は(a)の単一のソーラーセルで得られるI−V曲線、(c)は単一のソーラーセルの起電力が低下した場合(Darkセルとなった場合)で得られるI−V曲線を示す。 In FIG. 2, (b) is an IV curve obtained by a single solar cell of (a), and (c) is a case where the electromotive force of the single solar cell is lowered (when it becomes a Dark cell). The obtained IV curve is shown.
図2(c)では、Darkセルが存在しないときを破線、Darkセルが存在するときを実線で示す。図2(c)に示すように、単一のソーラーセルの起電力が低下した場合、電流irrを流そうとすると、電圧が低下(ドロップ)する。 In FIG. 2C, a broken line indicates that no Dark cell exists, and a solid line indicates that a Dark cell exists. As shown in FIG.2 (c), when the electromotive force of a single solar cell falls, when it is going to send the electric current irr, a voltage will fall (drop).
ここで、ソーラーパネルにバイパスダイオードを設けず、複数ソーラーセルを接続する場合(例えば、図1の1つのクラスタ内等)の、電圧及び電流の変化について説明する。 Here, changes in voltage and current when a plurality of solar cells are connected without providing a bypass diode in the solar panel (for example, within one cluster in FIG. 1) will be described.
図2の(d)に複数のソーラーセルが直列に接続される場合に得られるI‐V曲線、(e)に複数のソーラーセルのうちの1つがDarkセルとなった場合のI−V曲線、(f)に(e)の状態から遷移した後のI−V曲線を示す。 FIG. 2D shows an IV curve obtained when a plurality of solar cells are connected in series, and FIG. 2E shows an IV curve obtained when one of the plurality of solar cells becomes a Dark cell. , (F) shows an IV curve after transition from the state (e).
図2(e)では、Darkセルが存在しないときを破線、Darkセルが存在するときを実線で示す。このとき、v1は大きいため、1つのセルの起電力が低下すると、(e)から(f)の状態に遷移して、全体の発電効率が低下する。 In FIG. 2 (e), a broken line indicates that no Dark cell exists, and a solid line indicates that a Dark cell exists. At this time, since v1 is large, when the electromotive force of one cell decreases, the state changes from (e) to (f), and the overall power generation efficiency decreases.
この問題を解消するように、ソーラーパネル100において、バイパスダイオードは直列接続されたソーラーセル対して、クラスタ毎に並列に接続されている。図3を用いて、ソーラーパネルでのバイパスダイオードの働きについて説明する。
In order to solve this problem, in the
図3において、(a)は図1のソーラーパネル100における電流の流れを示す。(b)ソーラーパネルのA部分のI‐V曲線(電圧・電流特性グラフ)を示し、(c)はソーラーパネルのB部分のI‐V曲線を示し、(d)は、ソーラーパネルのクラスタAとBとの合計のI‐V曲線を示し、(e)は(d)の状態から遷移した後のI‐V曲線を示す。
3A shows a current flow in the
ここで、図3(e)において、クラスタA内では降伏電圧Vfallが負に出力する。詳しくは、ストリングを構成するソーラーセルが直列で接続されているために、電流は各ソーラーセル共通となる。発生電流能力が低いセルがストリング中にある場合、MPPTで決まる最大動作点に対応する動作点電流値がそのセルの短絡電流値よりも大きい場合、セルの動作点はマイナス電圧側で均衡する。電圧がマイナスなので電力発生ではなく電力消費(発熱)となる。 Here, in FIG. 3E, the breakdown voltage Vfall is negatively output in the cluster A. Specifically, since the solar cells constituting the string are connected in series, the current is common to each solar cell. When a cell having low generation current capability is present in the string, if the operating point current value corresponding to the maximum operating point determined by MPPT is larger than the short-circuit current value of the cell, the operating point of the cell is balanced on the negative voltage side. Since the voltage is negative, it is not power generation but power consumption (heat generation).
該当するソーラーセルは電圧がマイナスなので、無理に電流を流すと、そのソーラーセルが破損するおそれがある。また、他のソーラーセルが発電した電流を、そのセルが消費してしまうので、図2(f)同様に、Darkセルを含むクラスタA全体の効率を低下させる。 Since the corresponding solar cell has a negative voltage, if the current is forced to flow, the solar cell may be damaged. Further, since the current consumed by the other solar cells is consumed by the cell, the efficiency of the entire cluster A including the Dark cell is reduced as in FIG.
ここで、クラスタA内の電圧がバイパスダイオードの順方向電圧Vf以下になると、バイパスダイオードの順方向に通流される。 Here, when the voltage in the cluster A becomes equal to or lower than the forward voltage Vf of the bypass diode, it is passed in the forward direction of the bypass diode.
バイパスダイオードがオン状態になるためには、前述したような、電流能力の低いソーラーセルの両端電圧が、そのセル以外のクラスタを構成するソーラーセルの発生電圧より高い必要がある。例えば、1クラスタを20セルの直列で構成している場合、その中の1セルの端子電圧が他の19セルの順方向電圧の合計電圧より高くない場合、バイパスダイオードはオン状態にならずホットスポットとなる。 In order for the bypass diode to be turned on, the voltage across the solar cell having a low current capability as described above needs to be higher than the voltage generated by the solar cells constituting the cluster other than the cell. For example, when one cluster is composed of 20 cells in series, if the terminal voltage of one cell is not higher than the total voltage of the forward voltages of the other 19 cells, the bypass diode is not turned on and is hot. Become a spot.
したがって、クラスタAのバイパスダイオードを機能させるため、追従させる動作点電圧を、(B部分の総電圧)+(バイパスダイオードD1の順方向電圧Vf)以下となるように制御すると好適である(図4、S3)。 Therefore, in order to make the bypass diode of cluster A function, it is preferable to control the operating point voltage to be tracked to be equal to or less than (total voltage of portion B) + (forward voltage Vf of bypass diode D1) (FIG. 4). , S3).
このように、発電しないセル(Darkセル)があった場合に、そのセルを含むサブストリングの電圧が負になることで、ストリング単位でバイパスし、発電しないソーラーセルではなく、バイパスダイオードを通って電流が流れる。これにより、Darkセルへの通電を除外し、ソーラーセルの温度が上昇し、破損や発火につながるホットスポットの発生を回避できる。 In this way, when there is a cell that does not generate power (Dark cell), the voltage of the substring including that cell becomes negative, so that it bypasses in units of string and passes through the bypass diode instead of the solar cell that does not generate power. Current flows. Thereby, the energization to the Dark cell is excluded, the temperature of the solar cell rises, and the occurrence of a hot spot that leads to breakage or ignition can be avoided.
下記、本発明のソーラーシステム1000における制御について説明する。図4に本発明における制御の概略フローチャートを示す。
Hereinafter, control in the
図5に、段差電圧の算出の詳細フローチャート及び算出グラフを示す。図5において、(a)は、電圧・電流特性グラフ(I−V曲線)、(b)電圧・電力特性グラフ(P−V曲線)、(c)は、電圧・微分コンダクタンス特性グラフ(di/dv−V曲線)、(d)は、図4のS2の判定で用いる、段差電圧の算出の詳細フローチャートを示す。 FIG. 5 shows a detailed flowchart and calculation graph of the step voltage calculation. 5A is a voltage / current characteristic graph (IV curve), FIG. 5B is a voltage / power characteristic graph (PV curve), and FIG. 5C is a voltage / differential conductance characteristic graph (di / (dv-V curve), (d) shows a detailed flowchart of the step voltage calculation used in the determination of S2 of FIG.
図4のフローチャートのS1で、車両が走行する際、所定の速度(Sth)になったら、S2へ進む。 In S1 of the flowchart of FIG. 4, when the vehicle travels, when the vehicle reaches a predetermined speed (Sth), the process proceeds to S2.
S2において、コントローラ300の比較・判定部330は、保存した停車中の段差電圧(第1の段差)群の各電圧値と、走行中の段差電圧(第2の段差)群の各電圧値とが一致するかどうか(一致するものが存在するかどうか)を判定する。
In S <b> 2, the comparison /
ここで図5を用いて、図4のS2の判定で用いる、停車中(車両の速度がゼロで停車しているとき)の段差電圧{vstop[i]}演算・保存について説明する。 Here, the step voltage {vstop [i]} calculation / storage during stopping (when the vehicle is stopped at zero speed) used in the determination of S2 in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
まず、図5(d)のS11で、コントローラ300の段差電圧算出部310は、電流センサ210及び電圧センサ220で計測した、ソーラーパネル100からの出力電流及び出力電圧を受信する(取得する)(S11)。
First, in S11 of FIG. 5D, the step
そして、受信した電流値及び電圧値から得られる、(a)電圧・電流特性(I−V曲線)から、(b)電圧・電力特性(P−V曲線)、及び(c)電圧・微分コンダクタンス特性(di/dv−V曲線)を算出する(S12)。 From the received current value and voltage value, (a) voltage / current characteristics (IV curve), (b) voltage / power characteristics (PV curve), and (c) voltage / differential conductance. The characteristic (di / dv-V curve) is calculated (S12).
ここで、一般的なMPPT方式である山のぼり法を用いると、(b)のP−V曲線において点線に示すように、電力のピーク値Pmaxを、追従の対象である最大動作点と設定する。そして、この電力のピーク値Pmaxに対応する電圧値(Vmax)前後で、電圧値が行き来するように(例えば、VP1〜VP2の間)、電圧変化量ΔVの符号を反転させながら電力を調整する。 Here, when the mountain climbing method, which is a general MPPT method, is used, the power peak value Pmax is set as the maximum operating point to be tracked, as indicated by the dotted line in the PV curve in FIG. . Then, the power is changed while inverting the sign of the voltage change amount ΔV so that the voltage value fluctuates around the voltage value (Vmax) corresponding to the peak value Pmax of the power (for example, between V P1 and V P2 ). adjust.
しかし、部分的な影(Darkセル)が発生していると、(b)のP−V曲線の実線で示すように、電力はピーク値Pmaxに到達しない。 However, when a partial shadow (Dark cell) is generated, the power does not reach the peak value Pmax as indicated by the solid line of the PV curve in (b).
S13にて、段差電圧算出部310は、(c)di/dv−V曲線において、微分コンダクタンスdi/dvが閾値Th1を下回った場合、影等により、ソーラーパネル100で起電力が低下し、(a)I−V曲線において段差が発生したと判定する。
In S13, the step voltage calculation unit 310 (c) in the di / dv-V curve, when the differential conductance di / dv falls below the threshold Th1, the electromotive force decreases in the
この際、微分コンダクタンスdi/dvの閾値Th1の下回りが発生する際、最も変化が大きい点(即ち、グラフ(c)で最下点)を、対応する電圧(段差電圧)として保存する(S14)。 At this time, when the threshold Th1 of the differential conductance di / dv falls below, the point with the largest change (that is, the lowest point in the graph (c)) is stored as the corresponding voltage (step voltage) (S14). .
ここで、ソーラーパネルにおいて、図1に示す例では、グループ(クラスタ)は2つの例を示しているが、クラスタが3つ以上接続されている場合などで、di/dv−V曲線において、di/dv(電流の電圧微分、微分コンダクタンス)が閾値Th1を下回るような変化が発生する段差電圧が複数発生することがある。この場合は、段差電圧の組として全て該当する電圧値を記憶部320で保存する。
Here, in the solar panel, in the example shown in FIG. 1, two groups (clusters) are shown. However, when three or more clusters are connected, in the di / dv-V curve, di There may be a plurality of step voltages that cause a change such that / dv (voltage differentiation of current, differential conductance) falls below the threshold Th1. In this case, all voltage values corresponding to the set of step voltage are stored in the
このように、停車中に発生するi個の段差電圧(第1の段差電圧)v1,v2,v3,・・・Viをまとめて第1の段差電圧群vstop[i]とする。 In this way, the i step voltages (first step voltages) v1, v2, v3,... Vi generated while the vehicle is stopped are collectively referred to as a first step voltage group vstop [i].
図5(d)に示す段差電圧の演算及び保存は、走行中(車両の速度が一定以上で動作しているとき)の段差電圧の演算及び保存にも適用可能である。なお、走行中の段差電圧を演算する際は、図4のS1のように、車両の走行速度が所定値(Sth)以上になってから、S11のソーラーパネルから出力される電流値及び電圧の出力値の測定を開始する点が異なる。その他の動作は図5(d)と同様である。 The calculation and storage of the step voltage shown in FIG. 5 (d) can also be applied to the calculation and storage of the step voltage during traveling (when the vehicle is operating at a certain speed or more). When calculating the step voltage during travel, the current value and voltage output from the solar panel in S11 after the travel speed of the vehicle has exceeded a predetermined value (Sth) as shown in S1 of FIG. The difference is that the measurement of the output value starts. Other operations are the same as those in FIG.
走行中に発生するj個の段差電圧(第2の段差電圧)v1,v2,v3,・・・Vjをまとめて第2の段差電圧群vmove[j]とする。 The j step voltages (second step voltages) v1, v2, v3,... Vj generated during traveling are collectively referred to as a second step voltage group vmov [j].
図4のS2において、図5(d)の方法で演算、保存した第1の段差を構成する電圧値と、第2の段差を構成する電圧値の一部あるいは全部が一致すると判定場合、即ち、共通する電圧Vhotspotが存在するか判定する。詳しくは、停車中の微分コンダクタンスdi/dvの閾値Th1の下回りの発生箇所に対応する電圧の組Vstop[i]と、走行中のdi/dvの閾値Th1の下回りの発生箇所に対応する電圧の組Vmove[j]と一致するかどうか(一致するものがあるかどうか)判定する。 In S2 of FIG. 4, when it is determined that the voltage value constituting the first step calculated and stored by the method of FIG. 5D matches part or all of the voltage value constituting the second step, It is determined whether a common voltage Vhotspot exists. Specifically, a set of voltages Vstop [i] corresponding to a generation point below the threshold Th1 of the differential conductance di / dv while stopped and a voltage corresponding to a generation point below the threshold Th1 of the running di / dv It is determined whether or not the set Vmove [j] matches (whether there is a match).
車両の走行中及び停車中の両方で、ソーラーパネル100の出力特性を示すI−V曲線で段差が存在するということは、それは、ソーラーセルC1,C2,・・・Cxにおける光起電力の低下が、一時的なものではなく、長時間に渡るものであることを意味する。例えば、外部の建物の影響ではなく、ソーラーパネルに付着し、車両と同一の速度で移動する物体による長時間に渡る部分影(半恒久的な影)と言える。
The presence of a step in the IV curve indicating the output characteristics of the
そのため、第1の段差電圧と第2の段差電圧とで一致するものが存在すると判定する場合は、光起電力の低下が長時間に渡るものであることを意味するため、ホットスポットが発生している又はホットスポットを発生させるおそれがあるとみなす(S2)。従って、ホットスポットの発生を回避させるための、下記のS3の制御を実施する。 For this reason, when it is determined that there is a match between the first step voltage and the second step voltage, it means that the decrease in photovoltaic power is over a long period of time, so a hot spot occurs. Or a hot spot may be generated (S2). Therefore, the following S3 control is performed to avoid the occurrence of hot spots.
S3では、ソーラーパネル100への電圧を入力する際、制御位置を移動した(追従する動作点電圧を変更した)、MPPTを制御する。即ち、光起電力が低下したセルを含む、グループで、バイパスダイオードを働かせるように、動作点電圧をより低い電圧へ設定変更する。
In S3, when the voltage to the
この場合、ユーザー(車両の乗組員)に通知する(S4)。 In this case, the user (vehicle crew) is notified (S4).
他方、S2の判定において、第1の段差電圧と第2の段差電圧の一致がなく、ホットスポットを発生させないと判定する場合(NO)、通常のMPPT制御を実施する(S5)。 On the other hand, if it is determined in S2 that the first step voltage and the second step voltage do not match and no hot spot is generated (NO), normal MPPT control is performed (S5).
詳しくは、通常の最大電力点追従(MPPT)制御では、図5(b)に示す、山型の点線で示す電力の最大点Pmaxに対応する電圧Vmaxを、最適な動作点電圧と設定して、ソーラーパネル100の出力電圧を、その動作点電圧に追従させるように制御しながら発電させる(図4のS5)。
Specifically, in the normal maximum power point tracking (MPPT) control, the voltage Vmax corresponding to the maximum point Pmax of the power indicated by the mountain-shaped dotted line shown in FIG. 5B is set as the optimum operating point voltage. Then, power is generated while controlling the output voltage of the
一方、S3では、ホットスポットの発生を回避させるために、図5(b)の実線で示す電力の最大値Pmppに対応する電圧ではなく、図5(b)の停車中と走行中で共通の段差電圧Vhotspot(複数存在する場合はVhotspotの最小値(例えば図中v1)以下の電圧の動作点(最適な動作点Vop)で追従制御させる。 On the other hand, in S3, in order to avoid the occurrence of a hot spot, not the voltage corresponding to the maximum value Pmpp of the electric power indicated by the solid line in FIG. 5B, but common during stopping and traveling in FIG. 5B. Follow-up control is performed at an operating point (optimal operating point Vop) of a voltage equal to or lower than the step voltage Vhotspot (if there are a plurality of step voltages Vhotspot, for example, v1 in the figure).
この動作点の電圧は、長時間に渡り光起電力が低下したソーラーセルを含むグループで、バイパスダイオードがオンになり、直列接続する複数のソーラーセルを発電経路から除外する電圧である。これにより、ホットスポットの元となる損失を発生させない制御を実施となる。 The voltage at this operating point is a voltage that excludes a plurality of solar cells connected in series from the power generation path when a bypass diode is turned on in a group including solar cells whose photovoltaic power has decreased for a long time. As a result, control that does not generate a loss that is a source of a hot spot is performed.
このように、第1の段差及び第2の段差で一致する電圧値よりも小さい電圧を動作点電圧と設定して、ソーラーパネル100の出力電圧をその動作点電圧に追従させることで、バイパスダイオードを作用させ、汚れ等が付着した発電経路を回避して発電制御を実行することになる。そのため、このようなMPPT制御を行うことで、電力損失を抑えることができる。
In this way, by setting a voltage smaller than the voltage value that coincides with the first step and the second step as the operating point voltage, and causing the output voltage of the
ここで、MPPT制御において、ソーラーパネル100を、Vhotspot以下の動作点電圧で動作させるためには、コントローラ300のDUTY設定部340において、DC‐DCコンバータ200に印加する信号のDUTYを変化させるだけでよく、特別な構成を必要とするものではない。
Here, in MPPT control, in order to operate the
上記のように、発明の制御では、停車中の段差電圧と走行中の段差電圧とが一致するかどうか判定することで、ソーラーセルにおける光起電力の低下が、一時的なものであるか、長時間に渡るものであるかを判別することができる。さらに、光起電力の低下が長時間に渡るものであると判定した場合、MPPT制御の追従位置である動作点電圧を、バイパスダイオードを働かせる電圧へ移動させることで、光起電力の低下したソーラーセルを発電経路から除外し、ホットスポットの発生を回避することができる。 As described above, in the control of the invention, by determining whether or not the step voltage during the stop and the step voltage during traveling coincide with each other, the decrease in photovoltaic power in the solar cell is temporary, It is possible to determine whether it is for a long time. Furthermore, when it is determined that the decrease in photovoltaic power is long-lasting, the operating point voltage, which is the MPPT control follow-up position, is moved to a voltage that activates the bypass diode. The cell can be excluded from the power generation path, and the occurrence of hot spots can be avoided.
なお、図5(d)に示すような、I‐V曲線から算出される、di/dv‐V曲線において、di/dv(電流の電圧微分、微分コンダクタンス)が閾値Th1を下回るような変化が発生する段差電圧の組(v1、v2、・・・vi)及び(v1、v2、・・・vj)を保存する動作は、定期的に実施すると好適である。また、第1の段差電圧と第2の段差電圧とが一致するかどうか判定し、MPPTにおける設定値を調整するかどうかを判断する図4の全体動作も、定期的に実施すると好適である。 In the di / dv-V curve calculated from the IV curve as shown in FIG. 5 (d), there is a change that di / dv (voltage differential of current, differential conductance) is lower than the threshold Th1. It is preferable to periodically perform the operation of storing the generated step voltage sets (v1, v2,... Vi) and (v1, v2,... Vj). Further, it is preferable that the entire operation of FIG. 4 for determining whether or not the first step voltage and the second step voltage match and determining whether or not to adjust the set value in the MPPT is also performed periodically.
停車中と走行中とで変化しなかったDarkセルであっても、ソーラーパネルが移動する車両に搭載される場合は外的要因により、変化することがあるからである。例えば、新たなDarkセルの発生として落ち葉の堆積や異物(虫や鳥の糞等)の付着やセル自身の故障、Darkセルの消滅として、雨等による落ち葉や付着物の除去が想定しうる。このようにソーラーパネルにおいて、停車中と走行中の特性を定期的に検出し、比較することで、Darkセルの発生状態の変化を検出して、MPPT制御へ反映することができる。 This is because even a Dark cell that has not changed between stopping and traveling may change due to external factors when the solar panel is mounted on a moving vehicle. For example, it may be assumed that a new dark cell is generated, fallen leaves are deposited, foreign matter (insects, bird droppings, etc.) is attached, the cell itself is broken, or the dark cell is eliminated, and the fallen leaves and attached matter are removed by rain. As described above, in the solar panel, by periodically detecting and comparing the characteristics during stopping and traveling, it is possible to detect the change in the generation state of the Dark cell and reflect it in the MPPT control.
以上、ソーラーシステムを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 As mentioned above, although the solar system was demonstrated by embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation and improvement are possible within the scope of the present invention.
1000 システム
100 ソーラーパネル
200 DC‐DCコンバータ
210 電流センサ
220 電圧センサ
300 コントローラ(制御部)
310 段差電圧算出部
320 記憶部
330 比較・判定部
340 DUTY設定部
400 給電先
A,B クラスタ(サブストリング、動作単位、グループ)
C1,C2,C3,・・・Cx ソーラーセル(太陽電池)
D1,D2 バイパスダイオ―ド
vstop[m] 第1の段差電圧の組(停車中の段差電圧)
vmove[n] 第2の段差電圧の組(走行中の段差電圧)
Vhotspot 共通の段差電圧(最小値)
Vmax 最大動作点
Vop 動作点電圧
1000
310 Step
C1, C2, C3, ... Cx solar cells (solar cells)
D1, D2 Bypass diode vstop [m] First step voltage set (step voltage while stopped)
vmove [n] second step voltage set (step voltage during travel)
Vhotspot common step voltage (minimum value)
Vmax Maximum operating point Vop Operating point voltage
Claims (1)
直列接続された複数のソーラーセルと、該ソーラーセルに並列に接続された1つのバイパスダイオードとを備えるグループを複数含む、ソーラーパネルと、
前記ソーラーパネルから出力される電流値を計測する電流センサと、
前記ソーラーパネルから出力される電圧値を計測する電圧センサと、
計測された前記電流値及び前記電圧値を受信し、MPPT(最大動作点追従)制御を用いた発電制御を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、計測した前記電流値及び前記電圧値の相関を示すI‐V曲線上において、微分コンダクタンスdi/dvが閾値以下の場合に発生する、段差を構成する電圧を算出するように構成され、
前記段差を構成する電圧は、停車中に発生した第1の段差電圧と、走行中に発生した第2の段差電圧とを含み、
前記制御部は、前記第1の段差電圧と前記第2の段差電圧とが一致するかどうかを判定し、
前記第1の段差電圧と前記第2の段差電圧とが一致する場合、前記一致する電圧よりも小さい電圧であって、光起電力が低下したソーラーセルを含むグループでバイパスダイオードがオンになり直列接続する複数のソーラーセルを発電経路から除外する電圧を、動作点電圧として設定し、前記ソーラーパネルの出力電圧を、設定した該動作点電圧に追従させるMPPT制御を行う、ことを特徴とする
ソーラーシステム。
A solar system that can be mounted on a vehicle ,
A solar panel comprising a plurality of groups comprising a plurality of solar cells connected in series and one bypass diode connected in parallel to the solar cells;
A current sensor for measuring a current value output from the solar panel;
A voltage sensor for measuring a voltage value output from the solar panel;
A control unit that receives the measured current value and the voltage value and performs power generation control using MPPT (maximum operating point tracking) control, and
The control unit is configured to calculate a voltage constituting a step generated when the differential conductance di / dv is equal to or less than a threshold value on an IV curve indicating a correlation between the measured current value and the voltage value. And
The voltage constituting the step includes a first step voltage generated while the vehicle is stopped and a second step voltage generated during traveling,
The control unit determines whether the first step voltage and the second step voltage match,
When the first step voltage and the second step voltage coincide with each other, the bypass diode is turned on in a series including a solar cell having a voltage lower than the matching voltage and having a reduced photovoltaic power. A voltage that excludes a plurality of solar cells to be connected from the power generation path is set as an operating point voltage, and MPPT control is performed to cause the output voltage of the solar panel to follow the set operating point voltage. system.
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