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JPS6316764B2 - - Google Patents
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JPS6316764B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6316764B2
JPS6316764B2 JP55034272A JP3427280A JPS6316764B2 JP S6316764 B2 JPS6316764 B2 JP S6316764B2 JP 55034272 A JP55034272 A JP 55034272A JP 3427280 A JP3427280 A JP 3427280A JP S6316764 B2 JPS6316764 B2 JP S6316764B2
Authority
JP
Japan
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solar cell
current
power
limiter
cell array
Prior art date
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Application number
JP55034272A
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English (en)
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JPS56132122A (en
Inventor
Hidetoshi Arai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は太陽電池アレイの余剰電流を制御でき
る太陽電池電源装置に関するものである。
<従来例> 従来の太陽電池電源装置は、第1図の構成図に
示すものが用いられていた。図中、1は光エネル
ギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子、
2は所定の電力を得るために複数の太陽電池素子
1を電気的に直並列接続した太陽電池アレイ、3
は太陽電池アレイ2が発生した電力を消費する負
荷、4は負荷電力が太陽電池アレイの発生電力よ
り大きくなつた場合や太陽電池アレイの発生電力
が低下した場合負荷に電力を供給し調節するため
の電力蓄積機能を有する蓄電池、5は太陽電池ア
レイの発生電力と負荷電力との間で生ずる余剰電
力や不足電力に対し、それらの均衡を保ち制御す
る電力制御器である。この電力制御器5は太陽電
池アレイ2の発生電力不足の場合、不足分の電力
を蓄電池4から負荷2へ供給する様に蓄電池4の
出力制御を行ない余剰電力の場合、必要量の電力
を蓄電池4へ充電させる様に入力制御を行なう充
放電制御回路と入力電流をシヤント回路6により
制御する電流制御回路との機能を持つものであ
る。6は負荷へ電力を供給し蓄電池への充電を行
なつてもまだ太陽電池アレイの発生電力が余る場
合、その余剰電力を消費させる機能を持つシヤン
ト回路である。
この装置は太陽電池アレイ2の発生電力自体を
制御するのではなく、すでに発生してしまつた電
力に対し処置をするものである。ここで太陽電池
アレイ2の発生電力をISC、負荷3で消費する電
流をIL、蓄電池4へ充電される電流をIBATとする
とISCが(IL+IBAT)より小さくなつた場合、シヤ
ント回路6で消費するシヤント電流ISHNTは次のよ
うになる。
ISHNT=ISC−(IL+IBAT) 第2図は太陽電池の電圧−電流(V−I)特性
図で、太陽電池アレイ出力をV−I特性線7を示
している。VBUSはこの回路の動作電圧であり、
VBUSとV−I特性線7との交点をEとする。点E
を電流軸まで平行移動した点をA、同じく点Eを
電圧軸まで平行移動した点をH、零点をDとする
と、点A,D,H,Eで囲まれた部分が太陽電池
アレイの動作電圧VBUSに於ける発生電力となり点
Aが発生電流を示す点となる。ここで、負荷で消
費される電流点をC、蓄電池への充電々流をB−
CとするとA−Bがシヤント電流となり、点A,
B,F,Eで囲まれた部分がシヤント電力とな
る。このシヤント回路には、一般に電力型の抵抗
値Rの抵抗が使用され、I2 SHNT×Rの電力がシヤ
ント回路で熱として消費される。
<解決すべき問題点> この装置を人工衛星に採用した場合、余剰電流
の発生により、シヤント回路からの発生量が徐々
に人工衛星内部に蓄積され衛星全体の温度が上昇
し、搭載されている各機器の許容温度を越え、誤
動作又は致命的故障の原因となることも考えられ
る。又、シヤント回路からの発熱量を予測して衛
星の熱設計を行なう場合も、衛星の運用モードに
よる負荷電流量の違いや、太陽光入射量の違い等
で太陽電池アレイの発生電流量が異なつたりして
余剰電流の量が一定でないため熱設計が非常にむ
ずかしくなる。しかも、シヤント回路を設計する
場合、負荷電流や蓄電池や蓄電池への充電々流が
零の時を考慮して太陽電池アレイの発生電力を全
て消費できる能力を持たせる必要がある。これら
のことは、シヤント回路の外形寸法が大型化する
という点で衛星の実装設計にも大きな制約を与え
ている。この様に従来の装置にはシヤント回路の
発熱に帰因した衛星の誤動作や故障、熱設計の複
雑化、そして外形寸法の大きさによる実装設計上
の制約などの欠点が生じていた。
本発明の目的は、これらの欠点を除去し、太陽
電池アレイの発生電流量を連続的に制御し、負荷
および蓄電池が必要とする電流量と等しい量のみ
発生させ余剰電流を生じさせない様にした太陽電
池電源装置を提供することにある。
<問題点を解決するための手段> 本発明による太陽電池電源装置は、太陽電池ア
レイの出力電力を所定の値に制限するようにアレ
イに直列に接続され機械的に傾斜可能なリミツタ
用太陽電池を含む太陽電池制御器と、太陽電池ア
レイの出力電圧を検出して所定の基準電圧と比較
しこの比較結果に基づいて太陽電池アレイの出力
電力が所定の値になるようにリミツタ用太陽電池
の傾斜角を制御する電力制御器とを含んでいる。
<作用> 太陽電池アレイの出力に余剰電流が生ずるよう
な状態になつた場合、電力制御器でこの状態を検
出し、太陽電池制御器を制御して、太陽電池アレ
イの発生電力を制限する。
<実施例> 以下図面により本発明を詳細に説明する。
第3図は本発明の実施例のブロツク図である。
この図の電力制御器5は、蓄電池4への充放電電
流を制御する充放電制御回路11と、基準電圧回
路12からの基準電圧と太陽電池の出力電圧とを
比較しその電圧により太陽電池制御器8に制御信
号を送る制御回路13とを含むものである。この
太陽電池制御器8は、太陽電池アレイと直列に接
続されたリミツタ用太陽電池9と、このリミツタ
用太陽電池9の太陽方向に対する角度を前記制御
信号により機械的に制御する駆動部10とから構
成される。
次に本実施例の動作を説明する。
まず、太陽電池アレイ2の出力電流ISCが負荷
3に流れる電流ILと蓄電池への充電々流IBATの合
計値より大きくなつた場合(ISC>IL+IBAT)、電力
制御器5が余剰電流量を検知し、ISC=IL+IBAT
なる様な信号を太陽電池出力制御装置8へ送る。
この信号を受けた太陽電池出力制御装置8は駆動
部10を作動させリミツタ用太陽電池9の角度を
変化させる。このリミツタ用太陽電池9の角度変
化により受光面への太陽入射光量が減少し出力電
流も低下するので、太陽電池アレイ2の出力電流
にリミツタがかかりISCが制限され ISC=IL+IBAT となる。これは太陽電池の出力電流が受光面に入
射する光量にほぼ比例するという特性および複数
個の太陽電池素子を直列接続して太陽電池アレイ
を構成した場合、アレイの出力電流は最も出力電
流の小さい太陽電池素子の値に押えられてしまう
という特性を利用したものである。
第4図は太陽電池素子の電圧−電流特性の太陽
の傾斜角度による変化特性図を示す。ここでθは
太陽光入射角で太陽電池受光面の法線と太陽光と
の角度である。太陽電池受光面の法線方向から太
陽光が入射する場合(θ=0゜)は特性線14のV
−I特性を有し、θが0より大きくなるに従いV
−I特性線は14から15、15から16,17
へと特性線を変化し、θ=90゜で出力は零となる。
第5図はコーナー電極型太陽電池素子の短絡電
流ISC、開放電圧VOC、最大電力Pnaxの傾斜角度に
よる特性図を示す。ISC,Pnaxはほぼcosθの関数
に従つて変化し、例えば太陽光入射角θを60゜に
した場合、約50%のISCやPnaxを減少させること
ができる。これは太陽方向が太陽電池受光面の法
線方向から外れると、太陽電池受光面への太陽光
入射量の実効値が減少するためである。
第6図a,bは本発明の実施例の構造を示す斜
視図およびその側面図を示す。この太陽電池アレ
イ2の受光面と垂直方向から太陽光が入射してい
る場合、余剰電流のない時は、リミツタ太陽電池
9が太陽電池アレイ2の太陽電池素子1と水平
(θ=0゜)の状態にある。そして負荷電流の減少
などにより余剰電流が発生すると、電力制御器5
からの制御信号で太陽電池出力制御装置8の駆動
部10が作動し、リミツタ用太陽電池9の受光面
の方線方向と太陽方向との間に角度を生じさせ、
太陽電池アレイ2の発生電流を制御する。
第7図はこれらの関係を説明する太陽電池のV
−I特性図である。18はリミツタ用太陽電池9
への太陽光入射角がθ=0の時のV−I特性線で
ある。この回路の動作電圧をVBUSとするとVBUS
V−I特性線18との交点をMとし、M点を電流
軸まで平行移動した点をI、電圧軸で平行移動し
た点をP、零点をLとすると点I,L,P,Nで
囲まれた部分が動作電圧VBUSに於ける発生電力と
なり、Iが発生電流となる。そして余剰電流が発
生し、電力制御器8からの制御信号で駆動部10
が作動し、リミツタ用太陽電池9への太陽光入射
角がθ=θ1の時をV−I特性線19、余剰電流が
さらに増加し、θ=θ2の時をV−I特性線20と
なつたとする。動作電圧VBUSとV−I特性線19
との交点をNとし、このN点を電流軸および電圧
軸へ平行移動した点をJおよびPとすると、点
J,L,P,Nで囲まれた部分がθ=θ1の時にリ
ミツタ用太陽電池9により制御された発生電力で
あり、Jが発生電流となる。同様にVBUSとV−I
特性線20との交点をOとし、このO点を電流軸
および電圧軸へ平行移動した点をKおよびPとす
ると、K,L,P,Oで囲まれた部分がθ=θ2
時に制御された発生電力であり、Kが発生電流と
なる。この様に、リミツタ用太陽電池9の角度を
変えることにより動作点が点M→N→Oと変化
し、出力電流も零になるまで連続的に制御でき
る。ここで、出力電力が零となるのはθ≧90゜と
なつた場合である。負荷電流等が増加し、ISC<IL
+IBATとなつた時は、電力制御器からの制御信号
によりリミツタ用太陽電池受光面への太陽光入射
角θが小さくなる様に駆動部を作動させ回路の動
作点を点O→N→Mと連続的に変化させることが
できる。
第8図は電力制御器5からの信号でリミツタ用
太陽電池9の角度を変える働きをする駆動部10
の具体的構造図で、サーマルルーバーを組合わせ
て使用したものである。21はリミツタ太陽電池
を貼付けてある基板、22はコイル状のバイメタ
ル、23はバイメタルを伸張させるための熱を発
生するヒータである。この太陽電池アレイに余剰
電流が発生すると、電力制御器5からの信号によ
り余剰電流又は負荷電流の一部をヒータ23に流
し、その時発生する熱によりコイル状のバイメタ
ル22を伸張させ、リミツタ用太陽電池9を貼付
けてある基板21の角度を変化させる。これによ
りリミツタ用太陽電池の角度が変化し太陽電池ア
レイの出力を連続的に制御することができる。
<発明の効果> 以上説明した様にリミツタ用太陽電池を使用す
ることにより太陽電池アレイの発生電流を制御す
ることができるので従来の装置の様な余剰電力を
消費するためのシヤント回路が不要になり、シヤ
ント回路の発熱による温度上昇もなくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の太陽電池出力制御装置のブロツ
ク図、第2図は従来の太陽電池出力制御装置の特
性図、第3図は本発明の実施例のブロツク図、第
4図は太陽電池の傾斜によるV−I特性図、第5
図はコーナー電極型太陽電池出力の角度特性図、
第6図は第3図の具体的構成図、第7図は第3図
の動作特性図、第8図は第6図の駆動部の具体的
構造図である。図において、 1……太陽電池素子、2……太陽電池アレイ、
3……負荷、4……蓄電池、5……電力制御器、
6……シヤント回路、7……太陽電池アレイのV
−I特性線、8……太陽電池出力制御装置、9…
…リミツタ用太陽電池、10……駆動部、11…
…充放電制御回路、12……基準電圧回路、13
……制御回路、14〜17……太陽電池素子のV
−I特性線、18〜20……リミツタ用太陽電池
を接続した時のV−I特性線、21……基板、2
2……バイメタル、23……ヒータである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所定数の太陽電池素子を直列および並列に接
    続して所定電力を得るようにした太陽電池アレイ
    と、この太陽電池アレイと直列接続され1個の太
    陽電池素子あるいは並列に接続された複数の太陽
    電池素子からなり前記太陽電池の出力電力をリミ
    ツトするリミツタと、このリミツタの太陽電池素
    子面を制御信号により太陽方向から機械的に傾斜
    させる駆動手段と、前記直列接続された前記太陽
    電池アレイと前記リミツタの両端に接続される負
    荷に印加される電圧を検出しこの電圧値と所定の
    基準電圧値とを比較しこの比較した結果に従つて
    前記リミツタの傾斜角度を制御する前記制御信号
    を形成する制御回路とを含む太陽電池電源装置。
JP3427280A 1980-03-17 1980-03-17 Solar battery power source Granted JPS56132122A (en)

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