JP2004259762A - Power supply system having solar battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system having a solar battery which can use a small output DC-DC converter of a small size and a low cost, which can efficiently utilize the output of the solar battery and which can enhance the operating efficiency of the system. <P>SOLUTION: The power supply system includes a solar battery 11 at an input side, a DC-DC converter 13 having a variable resistor element R and a variable power supply element VS and converting the generated power of the solar battery 11 into a load supply power, and a controller 15 for controlling the resistance value of the variable resistor element R, so that the power output from the variable power supply element VS approaches the maximum power E<SB>pmax</SB>supplied from the solar battery in response to the generating characteristics of the solar battery and the characteristics of a load 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池を備えた電源システムに関し、特に、太陽電池を備えかつ当該太陽電池から出力される電力を効率よく負荷に供給する電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池を備えた電源システムの開発が進められている。この電源システムは、昼間の日射を受けて太陽電池に発電作用を行わせ、発電した電力を負荷に与える。負荷が例えば水電解装置の場合、水電解が行われ、水素等が生成される。水電解装置に電力を供給する当該電源システムは、水素ステーションの電源システムとして知られている。
【０００３】
上記電源システムに備えられた太陽電池の電流・電圧特性では、負荷に対して最大電力を供給できるという意味で最適な動作点が存在する。太陽電池での最適動作点における動作電圧および動作電流と、負荷の電流・電圧特性とを一致させることができれば、電源システムを効率よく動作させることができる。
【０００４】
ところが、太陽電池の最適動作点は、太陽電池自体の温度や日射量などによって変動するという特性を有し、実際上、太陽電池の最適動作点と負荷の電流・電圧特性とを一致させ続けることは困難である。従って、太陽電池と負荷を単に直列的に接続するだけでは、電源システムを常に高効率で動作させることはできない。
【０００５】
そこで太陽電池を備えた上記電源システムでは、太陽電池に電力変換処理を行う回路部を付設した構成が知られている（例えば特許文献１）。この特許文献１では、その図１に示されるように、太陽電池と水電解装置の間にＤＣ−ＤＣコンバータが設けられる。ＤＣ−ＤＣコンバータは主回路と制御回路から構成される。制御回路は、蓄電池電圧に係る信号と水電解装置に供給される電流に係る信号とに基づいて、主回路から水電解装置へ供給される電流の値を段階的に変化させるように制御を行う。すなわち特許文献１に開示された電力変換装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータを利用して太陽電圧の出力に応じて出力電流を段階的に切り換えることにより、システム効率を高め、かつ蓄電圧の小容量化を図っている。
【０００６】
また太陽電池を備えた電源システムとして、その他に、特許文献２に示された水電解システムも存在する。このシステムでは、負荷である水電解装置に供給される電力を高め、システム効率を良好にする技術が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２３３４９３号公報
【特許文献２】
特開２００２−８８４９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に示されたシステムの構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータを太陽電池と水電解装置の間に直列的に接続しているので、太陽電池の高出力化に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータに高出力型の装置を用いなければならず、大型かつ高コストになるという問題が起きる。さらにＤＣ−ＤＣコンバータの変換効率を８０〜９０％にしたとしても、太陽電池から供給される全電力を変換する構成を採用しているため、全電力のうち１０〜２０％の損失は必然的に生じてしまうという問題も起きる。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、小型かつ低コストの低出力型ＤＣ−ＤＣコンバータを使用でき、太陽電圧の出力を効率よく利用でき、さらにシステムの動作効率を高めることができる太陽電池を備えた電源システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る太陽電池を備えた電源システムは、上記目的を達成するために、次の通り構成される。
【００１１】
第１の本発明に係る電源システム（請求項１に対応）は、入力側に太陽電池を備えると共に、可変抵抗部（可変抵抗要素Ｒ）と可変電源部（図３で仮想的に示された可変電源要素ＶＳ）を有しかつ太陽電池の発電電力を負荷供給電力に変換する変換部と、可変抵抗部の抵抗値を、太陽電池の発電特性と負荷の特性とに応じて、可変電源部側から負荷に供給される電力が太陽電池の供給可能最大電力に近づくように制御する制御部（コントローラ１５）とから構成されている。
【００１２】
上記の電源システムによれば、太陽電池の発電出力が温度および日射量などの自然環境に応じて変動性を有するものであることから、太陽電池の発電電力を最も効率よく取り出せる変換部を設けるようにしている。この変換部では、太陽電池の発電電力である電力を、最大供給電力に近い負荷電力を供給できるように、仮想的な可変抵抗部と仮想的な可変電源部を設ける回路構成を採用した。電力は直流電流と電流電圧の積で算出できることから、変換部の出力側において直流電流と直流電圧の積の値が、太陽電池による供給可能な最大電力値に最も近づくように制御が行われる。この電力変換のための制御は、制御部が諸特性に係るデータを取り込みながら可変抵抗部の抵抗値を下げる等の抵抗値調整を行うことによって行われる。
【００１３】
第２の本発明に係る電源システム（請求項２に対応）は、入力側に太陽電池を備えると共に、可変抵抗部と可変電源部を有しかつ可変抵抗部の抵抗値を変化させる（好ましくは抵抗値を下げる）ことで太陽電池の発電電力の一部を電力変換して可変電源部を介して負荷に電力を供給する変換部と、負荷に供給される電力が最大になるように可変抵抗部の抵抗値を制御する制御部と、を備えるように構成される。この構成によって、基本的に第１の発明と同様に、制御部によって、変換部の出力側において直流電流と直流電圧の積の値が、太陽電池による供給可能な最大電力値に最も近づくように変換部の制御が行われる。
【００１４】
第３の本発明に係る電源システム（請求項３に対応）は、上記の第１および第２の構成において、好ましくは、さらに、太陽電池と負荷の各々の電気的特性に関する関係図（マップ）等の関係情報を記憶するメモリと、太陽電池の温度を検出する温度センサと、太陽電池に照射される日射量を検出する日射量センサとを備える。上記制御部は、所定時間ごとに温度センサおよび日射量センサから温度および日射量の検出値を入力し、これらの検出値を上記関係情報に適用してその時点での太陽電池と負荷の電気的特性を特定し、この電気的特性に基づいて負荷に供給される電力が最大になるように可変抵抗部の抵抗値を制御する。
【００１５】
第４の本発明に係る電源システム（請求項４に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、さらに、負荷に供給される電流を検出する電流センサと、負荷に供給される電圧を検出する電圧センサを備えることもできる。この構成で、上記制御部は、所定時間ごとに電流センサおよび電圧センサから電流および電圧の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて負荷に供給される電力が最大になるように抵抗値を制御する。
【００１６】
第５の本発明に係る電源システム（請求項５に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、さらに、太陽電池の直後に電流センサと電圧センサを備えることもできる。この構成で、制御部は、所定時間ごとに電流センサおよび電圧センサから電流および電圧の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて負荷に供給される電力が最大になるように抵抗値を制御する。
【００１７】
第６の本発明に係る電源システム（請求項６に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、変換部が、太陽電池の発電電流の一部を変換して、前記太陽電池の出力電圧値に加算するＤＣ／ＤＣコンバータであることで特徴づけられる。この構成によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽電池の発電電流の全部を電力変換する必要がなく、その一部のみについて電力変換を行えばよいので、小型かつ低出力型のものを用いることができ、コストがかからない。
【００１８】
第７の本発明に係る電源システム（請求項７に対応）は、上記の各構成において、好ましくは、可変抵抗部はスイッチング回路であり、制御部はスイッチング回路に含まれるスイッチ要素を可変パルス幅のパルス信号でオン・オフ（ＯＮ・ＯＦＦ）させるように構成される。この構成によれば、制御用パルス信号のパルス幅を変えてスイッチング回路のスイッチ要素のＯＮ時間を調整することにより、抵抗値を変えることを可能にしている。
【００１９】
第８の本発明に係る電源システム（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは、スイッチング回路は４つのスイッチ要素で構成されるブリッジ回路であることで特徴づけられる。この構成によれば、高圧タイプの太陽電池の電力変換に適している。
【００２０】
第９の本発明に係る電源システム（請求項９に対応）は、上記の構成において、好ましくは、スイッチング回路は２つのスイッチ要素で構成されるプッシュプル型回路であることで特徴づけられる。この構成によれば、低圧タイプの太陽電池の電力変換に適している。またブッシュブル型回路は、ブリッジ型回路よりも電力変換損失が少ないメリットがある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成要素の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００２３】
図１は本発明に係る電源システムを概念的に示した電気回路図である。この電源システム１０は、太陽電池１１を備えて成り、当該太陽電池１１で出力される発電電力を効率よく負荷１２に供給するための電力供給システムである。
【００２４】
負荷１２としては、この実施形態では水電解装置であるとする。水電解装置は、水の電気分解現象を利用して水素等を発生させる装置である。水電解装置は、陽極と陰極の２つの電極を有し、当該２つの電極の間に電圧が印加され電力が供給されるように構成されている。なお負荷１２は水電解装置には限定されず、太陽電池１１が出力する電力の供給を受けて仕事を行う装置であれば、任意の装置を接続することができる。
【００２５】
電源システム１０において太陽電池１１と負荷１２の間には、図示された結線構造によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３が接続される。太陽電池１１は、太陽光線（日射）１４が生じた時、出力電圧Ｖ１、出力電流Ｉ１で発電作用を行うものとする。Ｖ１は直流電圧であり、Ｉ１は直流電流である。太陽電池１１の出力電圧Ｖ１と出力電流Ｉ１は日射の強さや太陽電池の温度等に応じて変動する。本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、太陽電池１１が出力した直流電圧Ｖ１を直流電圧Ｖｏに変換し、太陽電池１１が出力した直流電流Ｉ１を直流電流Ｉｏに変換する。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は、入力側では２つの入力端子ａ，ｂを有し、出力側では１つの出力端子ｃを有し、かつ接地端子ｄを有している。２つの入力端子ａ，ｂのそれぞれには、上記の出力電流Ｉ１のうち、分岐点Ａで分流された直流電流Ｉ２と直流電流（Ｉ１−Ｉ２）が供給される。出力端子ｃには変換された直流電流Ｉｏが出力され、かつ上記の電圧Ｖｏが出力される。接地端子ｄは接地されている。
【００２７】
電源システム１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１３による変換動作は、ＣＰＵを含んで構成されるコントローラ１５によって制御される。コントローラ１５は、温度センサ１６ａおよび日射量センサ１６ｂから与えられる周囲環境の温度や日射量の情報に係る信号、およびメモリ１７に格納される各種の特性マップ（電気的特性を表す関係図）のデータを用いて制御信号ｓ１を出力し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の変換特性を変化させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３によって太陽電池１１の生成電力を負荷１２に供給する時、その供給効率が最大になるように制御する。
【００２８】
なお図１では、太陽電池１１を用いた電源システム１０だけを示しているが、太陽電池１１が負荷１２に電力を供給できるのは日射１４が生じている時だけであり、日射１４が生じていない時には電源システム１０からは負荷１２に電力を供給できないので、併設された他の発電装置（図示せず）を用いて負荷１２に直流電力を供給するようにしている。なお、負荷１２の電流−電圧特性はその構造だけでなく、温度等の他の要素によっても変化する。従って、本発明では負荷１２の温度を測定するため、図示しない温度センサも設けられている。
【００２９】
本実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ１３では、実質的に、分流されて入力される直流電流Ｉ２に対してのみＤＣ／ＤＣ変換を行うように構成される。具体的な回路および変換作用は後述される。従ってＤＣ／ＤＣコンバータ１３は直流電流Ｉ２のみを変換対象とすればよく、すなわち、太陽電池１１から出力されるすべての電力を変換するのではなく、その一部の電力について変換すればよいので、低出力型の装置で構成することができる。
【００３０】
図２に、本発明に係る電源システムの具体的回路の例を示す。図１で説明した要素と同一の要素には同一の符合を付している。この回路図では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の内部構造が明らかにされている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３における入力端子ａ，ｂと出力端子ｃと接地端子ｄ、および分岐点Ａは図１で説明したそれぞれと同じである。
【００３１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３では、４つのスイッチ素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄをブリッジ回路構造で接続して成るスイッチング回路２１と、変圧器２２と、整流回路２３によって構成される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１３はフルブリッジ型である。
【００３２】
スイッチング回路２１の４つのスイッチ素子２１ａ〜２１ｄのそれぞれのＯＮ・ＯＦＦの動作はコントローラ１５から与えられる制御信号ｓ１によって制御される。制御信号ｓ１は、４つのスイッチ素子２１ａ〜２１ｄのそれぞれにゲート信号を与える４種類の信号（パルス信号）から構成されている。制御信号ｓ１によれば、スイッチング回路２１のブリッジにおける対角位置にある２つのスイッチ素子（２１ａ，２１ｃ），（２１ｂ，２１ｄ）の組合せで同時にＯＮ・ＯＦＦさせることができる。さらにスイッチ素子２１ａ〜２１ｄのＯＮ時間（パルス幅）を変化させることによりスイッチング回路２１による通電量（直流電流Ｉ２）を変化させることができる。スイッチング回路２１によって、供給される直流電流はパルス状の交流電流に変換される。スイッチング回路２１から出力された交流電流（交流電圧）の実効電流値は、スイッチング回路２１のスイッチ素子に供給されるパルス信号のパルス幅を変えることにより、変えることができる。
【００３３】
スイッチング回路２１の入力端（上端）は上記の入力端子ａに接続され、スイッチング回路２１に分岐点Ａで分流された直流電流Ｉ２が供給されるようになっている。直流電流Ｉ２の電流値は、スイッチング回路２１をＯＮ・ＯＦＦさせるパルス信号（制御信号ｓ１）のパルス幅で調整される。従ってスイッチング回路２１は、そのＯＮ・ＯＦＦ動作状態に基づき、電気回路的には、直流電流Ｉ２の電流値を変化させる可変抵抗要素（後述する「Ｒ」）として機能する。
【００３４】
変圧器２２の一次側コイルにはスイッチング回路２１から出力された交流電流（交流電圧）が供給される。変圧器２２の二次側コイルの中点は入力端子ｂに接続されており、この二次側コイルに分岐点Ａで分流された直流電流（Ｉ１−Ｉ２）が供給されている。変圧器２２では、一次側コイルに供給された交流電圧が変圧され、二次側コイルに変圧された電圧（図３で示すｄＶ）が発生する。なお変圧器２２の一次側コイルに供給される交流電圧は、前述のごとく、スイッチング回路２１によって変化させられる。これによって、変圧器２２の二次側コイルに発生させる電圧を調整することができる。
【００３５】
整流回路２３は、変圧器２２の二次側コイルの両端子にはそれぞれダイオード２４が順方向に接続され、下流側の共通端子にチョークコイル２５を接続し、チョークコイル２５の下流側端子と接地端子ｄとの間に整流機能を有した蓄電用コンデンサ２６を接続している。コンデンサ２６の両端子が出力端になり、上端子が上記出力端子ｃに接続されている。
【００３６】
図２に示した電源システム１０の電気回路では、太陽電池１１から出力された直流電流Ｉ１を、直流電流Ｉ２と直流電流（Ｉ１−Ｉ２）に分流する。直流電流Ｉ２は、スイッチング回路２１で交流電流（交流電圧）に変換され、変圧器２２で変圧される。直流電流（Ｉ１−Ｉ２）は変圧器２２の二次側コイルに給電される。変圧器２２の二次側コイルを流れる電流については、整流回路２３によって直流電流（Ｉ１−Ｉ２）はそのまま出力側に流れ、コンデンサ２６に蓄電・平滑されながら出力端子ｃへ出力される。従って上記Ｉｏは（Ｉ１−Ｉ２）である。
【００３７】
また変圧器２２の二次コイル側の電圧については、出力端子ｃで見ると、太陽電池１１から出力された直流電圧Ｖ１と、変圧器２２の変圧作用に基づき生成されかつ整流された直流電圧（ｄＶ）が加算されることになる。従って上記Ｖｏは（Ｖ１＋ｄＶ）である。
【００３８】
上記のようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力端では、直流電流（Ｉ１−Ｉ２）はほぼそのままの状態で出力端子ｃに生じ、直流電圧は（Ｖ１＋ｄＶ）の形式で生じる。
【００３９】
次に、図２で示した本実施形態に係る電源システム１０の電力変換回路としての回路特性を図３を参照して説明する。
【００４０】
図３は、図２で示した電源システム１０を、太陽電池１１の発電電力からＤＣ／ＤＣコンバータ１３による出力電力への変換という観点で解説するための説明用回路図である。図１および図２で説明した要素には同一の符合を付している。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３では、前述した通りスイッチング回路２１は、直流電流Ｉ２の値を変化させることができるので、その機能的面から可変抵抗要素Ｒとして等価的に表現でき、変圧器２２と整流回路２３から成るその他の部分は後述する理由に基づき可変電源要素ＶＳとして等価的に表現することができる。図３において太陽電池１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、負荷１２、分岐点Ａ、入力端子ａ，ｂ、出力端子ｃが示される。
【００４１】
図３ではさらに、太陽電池１１の出力端子ｆでは直流電流Ｉ１、直流電圧Ｖ１が出力要素として示されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の可変抵抗要素Ｒ（コントローラ１５で制御されるスイッチング回路２１）は直流電流Ｉ２の電流値を変化させる。図３で、可変抵抗要素Ｒから可変電源要素ＶＳに向う矢印３１は、可変抵抗要素Ｒすなわちスイッチング回路２１から出力される交流電圧を変圧器２２が変圧する作用に基づいて、可変電源要素ＶＳでの直流電圧Ｖ１に加えられる直流電圧ｄＶを生成するという関係を作用イメージ的に表現したものである。スイッチング回路２１を動作させる制御信号（パルス信号）ｓ１のパルス幅を変えることにより、実質的に可変抵抗要素Ｒの抵抗値を変え、直流電圧ｄＶを変えることが可能である。上記の可変電源要素ＶＳによれば、太陽電池１１から与えられるその出力電圧Ｖ１に可変直流電圧ｄＶを加えるという構成に基づいて、仮想的に可変電源要素としての構成が実現されている。可変電源要素ＶＳが出力する直流電圧（Ｖ１＋ｄＶ）は前述の電圧Ｖｏに相当している。以上によって、可変電源要素ＶＳでは、出力される要素として、直流電流（Ｉ１−Ｉ２）と直流電圧（Ｖ１＋ｄＶ）が示される。
【００４２】
上記の図３の回路説明で明らかなように、本実施形態に係る太陽電池を備えた電源システム１０に従えば、負荷１２の側からＤＣ／ＤＣコンバータ１３を介して太陽電池１１を見れば、太陽電池１１から出力されるＩ１，Ｖ１は（Ｉ１−Ｉ２），（Ｖ１＋ｄＶ）に変換して出力されることになる。換言すれば、太陽電池１１を備えかつ上記回路構成および回路特性を有するＤＣ／ＤＣコンバータ１３を備える電源システム１０によれば、可変抵抗要素Ｒの抵抗値（実質的にはスイッチング回路２１を駆動する制御信号１のパルス幅）を適宜に調整することにより、太陽電池１１から出力される電力（Ｉ１×Ｖ１）から最大限の電力（（Ｉ１−Ｉ２）×（Ｖ１＋ｄＶ））を取り出すことが可能となる。可変電源要素ＶＳの出力は、可変抵抗要素Ｒの抵抗値に基づいて自動的に決まるようになっている。
【００４３】
次に、上記電源システム１０において、可変抵抗要素Ｒの抵抗値の調整し、太陽電池１１の出力電力から最大限の電力を取り出すための制御について説明する。太陽電池１１の出力電力は温度条件や日射量に応じて変動するので、可能な限り大きい電力が負荷に供給され続けるように、可変抵抗要素Ｒの抵抗値は調整され続けられる。
【００４４】
電源システム１０での電力変換制御の内容は、図４のフローチャートに示される。この電力変換制御では、負荷１２のＩＶ特性（電流・電圧特性）と、太陽電池１１のＩＶ特性（前述したＩ１とＶ１の関係特性）および電圧・電力特性の情報とが必要となる。
【００４５】
図５に上記の各特性の一例を示す。図５において横軸は電圧を示し、左縦軸は電流を示し、右縦軸は太陽電池１１の電力を示している。さらに図５で、曲線Ｌ１は太陽電池１１が温度２８℃、日射量１０４０Ｗ／ｍ２であるときのＩＶ特性（Ｉ１とＶ１の関係特性）を示し、曲線Ｌ２は同条件での太陽電池１１の電圧・電力特性を示し、線Ｌ３は負荷（水電解装置）１２のＩＶ特性を示す。曲線Ｌ１，Ｌ２の関係から明らかなように、太陽電池１１は最適動作点Ｐ１においてその出力が最大出力となる。最適動作点Ｐ１で最大出力電圧（Ｖｐｍａｘ：電圧値１６．１Ｖ）と最大電流（Ｉｐｍａｘ：電流値９４．１Ａ）が規定される。曲線Ｌ２の頂点が最大出力Ｅｐｍａｘ（１５１５Ｗ）となっておリ、最適動作点Ｐ１に対応している。以上の各特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に係る情報は、温度条件や日射量等に応じた特性マップデータとして前述のメモリ１７に記憶され、用意されている。
【００４６】
なお上記において、最適動作点Ｐ１では、図５に示されるごとく、太陽電池１１から出力される直流電流Ｉ１はＩｐｍａｘとなっており、直流電圧Ｖ１はＶｐｍａｘとなっている。
【００４７】
ここで図５を参照して数値的な面で電圧・電流の議論を行う。特性曲線Ｌ１を有する太陽電池１１と特性線Ｌ３を有する負荷１２を仮に直列的に接続して電力を供給したと仮定する。この場合には、曲線Ｌ１と線Ｌ３の交点Ｐ２で動作点が決まる。動作点Ｐ２での電圧値（１７．６Ｖ）と電流値（８０．６Ａ）によって負荷である水電解装置１２は水電解処理を行うことになる。この場合、太陽電池１１の出力のうち、１７．６（Ｖ）×８０．６（Ａ）＝１４１９Ｗが負荷１２で利用されることになる。しかし、特性曲線Ｌ２において最大電力Ｅｐｍａｘは１５１５Ｗを発電できる能力を有しているので、９６Ｗ（＝１５１５Ｗ−１４１９Ｗ）分が電力損失になっている。
【００４８】
上記に対して、図４のフローチャートを参照して、電源システム１０での電力変換制御方法を説明する。
【００４９】
電源システム１０は、図４に示す処理を行うことで可能な限り、その時点での太陽電池１１の最大出力Ｅｐｍａｘに近い電力が負荷１２に供給されるようにする。
【００５０】
実際の状況では、太陽電池１１のＩＶ特性は、セルの特性や数、複数のセルの接続方法、温度条件や日射量等に応じて決まり、負荷１２のＩＶ特性は装置の構造や温度などに応じて決まっている。
【００５１】
図４に示したフローチャートでの制御はコントローラ１５内のＣＰＵによって実行される。メモリ１７には、特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に係る情報等が必要に応じてかつ温度条件や日射量等に応じた特性マップデータとして前述のメモリ１７に記憶されている。コントローラ１５は、温度センサ１６ａや日射量センサ１６ｂ等の温度情報等を取り込んで特性マップデータから太陽電池１１のＩＶ特性線と電圧・電力特性線を特定し、最大動作点等を特定する。ここでは、セルの数や接続方法等の設定によって、図５に示したように交点Ｐ２が最大動作点Ｐ１によりも高電圧側になるように電源システム１０が設計されている場合について説明する。なお、メモリ１７には特性マップデータの代わりに、近似計算式を記憶して、各センサから取得される情報に応じて太陽電池１１のＩＶ特性線や電圧・電流特性線等を特定するように構成してもよい。
【００５２】
最初のステップＳ１０１では、可変抵抗要素Ｒの抵抗値について初期値にセットする。この初期値ではＩ２＝０の条件が満たされる。可変抵抗要素Ｒの抵抗値が初期値に設定されると、これによって、図５に示された点Ｐ２にて、負荷１２に電力が供給される状態に一瞬にして自動的に設定される。次のステップＳ１０２では、負荷への供給電力Ｗｔが計算が行われ、その値が算出される。この供給電力Ｗｔの計算では、メモリ１７に格納されているマップデータが利用される。この電源システム１０では、前述した通り、システム設計上、交点Ｐ２が最大動作点Ｐ１によりも高電圧側になるように設定されている。
【００５３】
上記において、太陽電池１１の最適動作点Ｐ１が特定されるとＩｐｍａｘ（９４．１Ａ）とＶｐｍａｘ（１６．１Ｖ）とが決まリ、Ｅｐｍａｘが１５１５Ｗと計算できる。さらに交点Ｐ２が特定されると、その電流値（８０．６Ａ）と電圧値（１７．６Ｖ）が決まり、現状で負荷１２に供給される電力が１４１９Ｗであることが算出される。
【００５４】
次に、交点Ｐ２は最大動作点Ｐ１よりも高電圧側にあるので、その後のステップで、水分解装置である負荷１２の特性線Ｌ３上の動作点で負荷供給電力値がＥｐｍａｘに最大限近づくように、電力変換制御が行われる。すなわち、次のステップＳ１０３では、前述の可変抵抗要素Ｒの抵抗値が読み込まれ、その抵抗値を下げるという処理が行われる。
【００５５】
ここで、上記の「可変抵抗要素Ｒの抵抗値」とは、実質的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３において分流される直流電流Ｉ２の電流値を決めるスイッチング回路２１のＯＮ・ＯＦＦ動作を制御する制御信号（パルス信号）のパルス幅に係る値という意味である。
【００５６】
可変抵抗要素Ｒの抵抗値は、前述した通り、電気回路上において、その値が小さいときには分流電流Ｉ２が大きくなり、その値が大きいときには分流電流Ｉ２が小さくなるという特性を作る。
【００５７】
交点Ｐ２は最大動作点Ｐ１よりも高電圧側にあるので、可変抵抗要素Ｒの抵抗値を下げる（ステップＳ１０３）。これによって分流電流Ｉ２が大きくなる。さらに、前述したごとく、図３に示した可変抵抗要素Ｒによる変換特性３１（変圧器２２の変換作用）に基づいて、作用的に分流電流Ｉ２の電流値に対応する上記の直流電圧ｄＶが生成される。
【００５８】
次のステップＳ１０４では負荷１２に供給される電力Ｗｔ＋１の計算が再び行われる。すなわち負荷１２に供給される今回の電力値Ｗｔ＋１が、Ｗｔ＋１＝（Ｉｐｍａｘ−Ｉ２）×（Ｖｐｍａｘ＋ｄＶ）の式に基づいて計算される。実際には、メモリ１７に記憶されたマップデータを利用して電力値が算出される。
【００５９】
次の判断ステップＳ１０５では、今回の処理ルーチンで算出された供給電力電力Ｗｔ＋１と、ステップＳ１０２で算出された供給電力値Ｗｔとの大小関係が比較され、Ｗｔ＋１がＷｔよりも大きいか否かが判定される。判断ステップＳ１０５でＹＥＳであるときには、変換制御処理において今回の抵抗値がそのまま継続して使用されると共にｔがインクリメントされ、再び上記のステップＳ１０３〜Ｓ１０５が繰り返される。判断ステップＳ１０５でＮＯであるときには負荷１２に供給できる最大電力が得られたとして上記の処理ルーチンで計算された可変抵抗要素Ｒの抵抗値すなわち供給電力値がＷｔであるときの抵抗値を採用する決定を行う（ステップＳ１０６）。その後のＤＣ／ＤＣコンバータ１３での変換制御処理では、決定された新しい可変抵抗要素Ｒの抵抗値が維持・使用される。
【００６０】
その後においては判断ステップＳ１０７で所定時間が経過したか否かが判定され、このステップでＹＥＳであるときにはステップＳ１０１に戻り、ＮＯであるときにはステップＳ１０６に戻る。ステップＳ１０１に戻ったときには、前述の処理Ｓ１０１〜Ｓ１０５が繰り返される。ステップＳ１０６に戻った時には決定された抵抗値の維持・使用が継続される。なお外部から停止指令Ｓ１０８が強制的に与えられたときには、図４に示された処理ルーチンは終了する。なお、ステップＳ１０７で「ＹＥＳ」と判断された場合、ステップＳ１０１に戻るのではなく、Ｉ２を正の所定値になるように可変抵抗要素Ｒの抵抗値をセットしたり、Ｉ２が所定値だけ下がるように可変抵抗要素Ｒの抵抗値をセットして、再びステップＳ１０２以降の処理を進めるようにしてもよい。
【００６１】
上記のステップＳ１０３〜Ｓ１０５で実行される処理の内容を図５で見てみると、最適動作点Ｐ１に対応するＩｐｍａｘに対して分流電流Ｉ２を適宜に大きくし、かつ前述の変換作用に基づきＶｐｍａｘに対してｄＶを発生させることにより、負荷（水電解装置）１２のＩＶ特性線Ｌ３の上で動作点をＰ２からＰ３へ移すように制御が行われることを意味する。動作点Ｐ３では、電流値は８４．９Ａ、電圧値は１７．７Ｖとなり、その結果、負荷供給電力は１５０３Ｗになる。すなわち、動作点がＰ２である場合の１４１９Ｗに比較して負荷供給電力を８４Ｗ分高めることができる。これは、太陽電池１１のＥｐｍａｘ＝１５１５Ｗをより効率良く負荷１２に与えることができることを意味する。
【００６２】
上記のごとく、太陽電池１１を備えかつＤＣ／ＤＣコンバータ１３を備える電源システム１０によれば、可変抵抗要素Ｒの抵抗値を負荷供給電力値が最大になるように適宜に調整することにより、太陽電池１１から出力される電力（Ｉｐｍａｘ×Ｖｐｍａｘ）から最大限の電力（（Ｉｐｍａｘ−Ｉ２）×（Ｖｐｍａｘ＋ｄＶ））を取り出すことができる。
【００６３】
なお上記の実施形態の説明では、メモリ１７において予め用意された特性マップのデータを利用して負荷供給電力を算出するようにしたが、当該マップを持たず、負荷１２の直前の電流値および電圧値を測定し、その測定結果に基づいて図４に示した処理の内容をコントローラ１５が実行するように構成することもできる。なおこの場合には、負荷１２へ流れる電流の値を検出する電流センサ、および負荷１２に印加される電圧の値を検出する電圧センサが設けられる。電流センサおよび電圧センサで検出された信号は、コントローラ１５に入力されるようになっている。また電流センサおよび電圧センサを用いて、太陽電池１１直後の電流・電圧値を検出し、上記と同様の処理をするように構成してもよい。
【００６４】
次に、図５に示した場合について上記の電源システム１０におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電力供給効率と具体的数値例について説明する。太陽電池１１の出力要素Ｉｐｍａｘ，Ｖｐｍａｘで決まる電力Ｅｐｍａｘに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力要素（Ｉｐｍａｘ−Ｉ２），（Ｖｐｍａｘ＋ｄＶ）により決まる電力Ｅｏ（＝（Ｉｐｍａｘ−Ｉ２）×（Ｖｐｍａｘ＋ｄＶ））ので電力供給効率αを定義する。Ｅｏ＝α・Ｅｐｍａｘの関係が成立する。図５で示された具体的な数値は、αが９９％（１５０３Ｗ／１５１５Ｗ＝９９）の場合の例である。
【００６５】
太陽電池１１の最大動作点Ｐ１ではＩｐｍａｘ＝９４．１Ａ、Ｖｐｍａｘ＝１６．１Ｖである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の変換動作に基づく電力変換を行う時、可変抵抗要素Ｒに流れる分流電流Ｉ２は９．２Ａである。この結果、負荷１２に供給される電流値は８４．９Ａになる。この時、可変抵抗要素Ｒの作用に基づくＤＣ／ＤＣコンバータ１３による電力変換によって、０．９９×（９４．１×１６．１）／８４．９＝１７．７Ｖの電圧が負荷１２に印加される。水電解装置である負荷１２に供給される電力は１５０３Ｗである。
【００６６】
なお、上記の電力供給効率αはＤＣ−ＤＣコンバータ１３の回路構成、太陽電池１１の特性等に応じて決定される。
【００６７】
上記の電力変換処理の説明では、図５に示したように交点Ｐ２が最大動作点Ｐ１によりも高電圧側にある場合を前提としたが、本発明はこれに限定されない。交点Ｐ２が最大動作点Ｐ１によりも低電圧側にある電源システムを使用する場合であっても、負荷１２の特性線Ｌ３上の動作点で負荷供給電力値がＥｐｍａｘに最大限近づくように、同様な電力交換制御が行われる。この場合にも、可変抵抗要素Ｒの抵抗値を変化させ、負荷供給電力を計算し、電力計算値の大小関係を判断して、抵抗値を決定するように制御が行われる。
【００６８】
図６は、交点Ｐ２が最大動作点Ｐ１によりも低電圧側にある場合の図５に対応する図である。図６において、図５で説明した要素と同一の要素には同一の符合を付し、その説明を省略する。図６においても、Ｉｐｍａｘに対する分流電流Ｉ２を決め、Ｖｐｍａｘに対するｄＶを決めることにより、動作点をＰ２からＰ３に移行させ、最大限の負荷供給電力を負荷１２に与えることができる。この場合には、分流電流Ｉ２はＩｐｍａｘに加算され、電圧ｄＶはＶｐｍａｘから減算されるように制御が行われる。従って図３に示した回路は図７のごとく構成されることになる。
【００６９】
図８に、本発明に係る電源システムの具体的回路の他の例を示す。図２で説明した要素と同一の要素には同一の符合を付している。この回路図では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の内部構造が明らかにされている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３における入力端子ａ，ｂと出力端子ｃと接地端子ｄ、および分岐点Ａは図１および図２で説明したそれぞれと同じである。
【００７０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３では、２つのスイッチ素子４１ａ，４１ｂを接続して成るスイッチング回路４１と、変圧器４２と、コンデンサ４３と、整流回路２３によって構成される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１３はプッシュプル型であり、図２に比して低圧タイプのコンバータである。スイッチング回路４１は、スイッチ素子が２つしかなく、耐圧が低いため、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ１３は低圧タイプの太陽電池１１に向いている。変圧器４２は、一次側コイルの中点に分流電流Ｉ２が流れ込み、一次側コイルの両端子がそれぞれ上記のスイッチ素子４１ａ，４１ｂを介して接地端子ｄに接続されている。また一次側コイルの中点は、他方、コンデンサ４３を介して接地端子ｄに接続されている。変圧器４２では、二次側コイルと同様に一次側コイルもｐ−ｐ（ｐｕｓｈ ｐｕｌｌ）化され、電力損失を抑制している。スイッチング回路４１の２つのスイッチ素子４１ａ，４１ｂの各ゲートにはコントローラ１５から制御信号（パルス信号）ｓ１が供給される。その他の構成は、図２で説明した構成と同じであるので、説明を省略する。
【００７１】
スイッチング回路４１の２つのスイッチ素子４１，４１ｂのそれぞれのＯＮ・ＯＦＦの動作はコントローラ１５から与えられる制御信号ｓ１によって制御される。制御信号ｓ１は、２つのスイッチ素子４１ａ，４１ｂのそれぞれにゲート信号を与える２種類の信号（パルス信号）で構成されている。制御信号ｓ１によれば、２つのスイッチ素子４１ａ，４１ｂを交互にＯＮ・ＯＦＦさせることができる。さらにスイッチ素子４１ａ，４１ｂのＯＮ時間（パルス幅）を変化させることによりスイッチング回路４１による通電量（直流電流Ｉ２）を変化させることができる。スイッチング回路４１によって、供給される直流電流はパルス状の交流電流に変換される。スイッチング回路４１から出力された交流電流（交流電圧）の実効電流値は、スイッチング回路４１のスイッチ素子に供給されるパルス信号のパルス幅を変えることにより、変えることができる。
【００７２】
図８に示した電源システム１０のＤＣ／ＤＣコンバータ１３でもスイッチング回路４１は前述の可変抵抗要素Ｒに対応しており、この実施形態の電源システム１０は、図１で説明した回路構成、および図３で説明した回路構成と同等な回路と考えることができる。従って、この電源システム１０によっても、図４および図５等を参照して先に説明した電力変換機能に基づき、低電圧タイプの太陽電池１１から効率よく電力を取り出すことができる。以上説明してきたように、本発明によれば、太陽電池１１の出力の全部ではなく一部のみを電力変換するので、従来と同等の変換効率のＤＣ−ＤＣコンバータを使用した場合であっても、トータルの電力損失量を低減させることができ、またＤＣ−ＤＣコンバータ１３自体を小型／低出力型にすることができる。この結果、電源システム全体のコスト低減と高効率の電力供給が両立する。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００７４】
請求項１〜５に係る本発明によれば、変換部の可変抵抗部の抵抗値を、太陽電池の発電特性と負荷の特性とに応じて、可変電源部から出力される電力が太陽電池の供給可能最大電力に近づくように制御したため、小型かつ低コストの低出力型ＤＣ−ＤＣコンバータを使用でき、太陽電圧の出力を効率よく利用でき、さらにシステムの動作効率を高めることができる。
【００７５】
請求項６に係る本発明によれば、変換部として太陽電池の発電電流の一部を変換して太陽電池の出力電圧値に加算するＤＣ／ＤＣコンバータを用いたため、ＤＣ／ＤＣコンバータは、太陽電池の発電電流の一部のみに関連して電力変換を行えばよく、小型かつ低出力型のものを用いることができ、低コストでシステムを構成することができる。また、全体として電力供給効率の良い電源システムを提供することができる。
【００７６】
請求項７に係る本発明によれば、可変抵抗部にスイッチング回路を用いたため、制御用パルス信号のパルス幅を変えることにより、スイッチング回路のスイッチ要素のＯＮ時間を調整し、抵抗値を変えることができる。
【００７７】
請求項８に係る本発明によれば、ブリッジ型スイッチング回路を用いたため、高圧タイプの太陽電池の電力変換を行うことができる。
【００７８】
請求項９に係る本発明によれば、２つのスイッチ要素で構成されるプッシュプル型スイッチング回路を用いたため、低圧タイプの太陽電池の電力変換に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池を備えた電源システムの基本的概念を示す電気回路図である。
【図２】本発明に係る太陽電池を備えた電源システムの第１の実施形態を示す電気回路図である。
【図３】本発明に係る電源システムを電力変換の観点で解説するための変換イメージを示した電気回路図である。
【図４】第１の実施形態におけるコントローラによる可変抵抗要素の制御内容を説明するフローチャートである。
【図５】太陽電池の発電特性および負荷のＩＶ特性の第１の例を示すグラフである。
【図６】太陽電池の発電特性および負荷のＩＶ特性の第２の例を示すグラフである。
【図７】図６で示した第２の例に対応する図３と同様な電気回路図である。
【図８】本発明に係る太陽電池を備えた電源システムの第２の実施形態を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１０ 電源システム
１１ 太陽電池
１２ 負荷
１３ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 太陽光線
２１，４１ スイッチング回路
２２，４２ 変圧器
２３ 整流回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply system including a solar cell, and more particularly to a power supply system including a solar cell and efficiently supplying power output from the solar cell to a load.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a power supply system including a solar cell has been developed. The power supply system receives solar radiation during the day, causes the solar cell to generate power, and supplies the generated power to the load. When the load is, for example, a water electrolysis device, water electrolysis is performed, and hydrogen and the like are generated. The power supply system for supplying power to the water electrolysis device is known as a power supply system for a hydrogen station.
[0003]
In the current-voltage characteristics of the solar cell provided in the power supply system, there is an optimum operating point in the sense that the maximum power can be supplied to the load. If the operating voltage and operating current at the optimum operating point in the solar cell can be matched with the load current / voltage characteristics, the power supply system can be operated efficiently.
[0004]
However, the optimal operating point of a solar cell has the characteristic that it fluctuates depending on the temperature of the solar cell itself, the amount of solar radiation, etc. In practice, the optimal operating point of the solar cell and the current / voltage characteristics of the load must be kept consistent. It is difficult. Therefore, simply connecting the solar cell and the load in series cannot always operate the power supply system with high efficiency.
[0005]
Therefore, in the above-described power supply system including a solar cell, a configuration in which a circuit unit for performing power conversion processing is added to the solar cell is known (for example, Patent Document 1). In this Patent Document 1, as shown in FIG. 1, a DC-DC converter is provided between a solar cell and a water electrolysis device. The DC-DC converter includes a main circuit and a control circuit. The control circuit performs control such that the value of the current supplied from the main circuit to the water electrolysis device is changed stepwise based on the signal relating to the storage battery voltage and the signal relating to the current supplied to the water electrolysis device. . That is, the power conversion device disclosed in Patent Literature 1 uses a DC-DC converter to switch the output current stepwise according to the output of the solar voltage, thereby increasing system efficiency and reducing the capacity of the storage voltage. I am planning.
[0006]
In addition, as a power supply system including a solar cell, there is also a water electrolysis system disclosed in Patent Document 2. In this system, a technique has been proposed in which the power supplied to the water electrolysis device as a load is increased to improve the system efficiency.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-7-233493
[Patent Document 2]
JP-A-2002-88493
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration of the system disclosed in Patent Document 1, the DC-DC converter is connected in series between the solar cell and the water electrolysis device. A high-output type device must be used for the converter, which causes a problem of large size and high cost. Further, even if the conversion efficiency of the DC-DC converter is set to 80% to 90%, a loss of 10% to 20% of the total power is inevitable due to the configuration in which the entire power supplied from the solar cell is converted. There is also a problem that this will occur.
[0009]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solar cell that can use a small-sized and low-cost low-output DC-DC converter, can efficiently use the output of solar voltage, and can further increase the operation efficiency of the system. Power supply system provided with the same.
[0010]
Means and action for solving the problem
A power supply system including a solar cell according to the present invention is configured as follows to achieve the above object.
[0011]
The power supply system according to the first aspect of the present invention (corresponding to claim 1) includes a solar cell on an input side, and includes a variable resistance unit (variable resistance element R) and a variable power supply unit (shown virtually in FIG. 3). A conversion unit having a variable power supply element VS) and converting the power generated by the solar cell into load supply power; and changing the resistance value of the variable resistance unit according to the power generation characteristics of the solar cell and the load characteristics. And a control unit (controller 15) that controls the power supplied from the side to the load to approach the maximum suppliable power of the solar cell.
[0012]
According to the above power supply system, since the power generation output of the solar cell has variability in accordance with the natural environment such as the temperature and the amount of solar radiation, it is preferable to provide the conversion unit that can extract the power generated by the solar cell most efficiently. I have to. This conversion unit employs a circuit configuration including a virtual variable resistance unit and a virtual variable power supply unit so that the power that is the power generated by the solar cell can be supplied to a load power close to the maximum supply power. Since the power can be calculated by the product of the DC current and the current voltage, control is performed on the output side of the conversion unit so that the value of the product of the DC current and the DC voltage becomes closest to the maximum power value that can be supplied by the solar cell. The control for the power conversion is performed by the control unit performing a resistance value adjustment such as reducing the resistance value of the variable resistance unit while taking in data relating to various characteristics.
[0013]
A power supply system according to a second aspect of the present invention (corresponding to claim 2) includes a solar cell on the input side, has a variable resistance section and a variable power supply section, and changes the resistance value of the variable resistance section (preferably). (A lowering of the resistance value) to convert part of the power generated by the solar cell into power and supply the power to the load via the variable power supply unit, and a variable resistor to maximize the power supplied to the load And a control unit that controls the resistance value of the unit. With this configuration, similarly to the first aspect of the invention, the control unit controls the product of the DC current and the DC voltage on the output side of the conversion unit to be closest to the maximum power value that can be supplied by the solar cell. The control of the conversion unit is performed.
[0014]
In the power supply system according to the third aspect of the present invention (corresponding to claim 3), in the above-described first and second configurations, preferably, a relationship diagram (map) relating to electrical characteristics of each of a solar cell and a load is further provided. And the like, a temperature sensor for detecting the temperature of the solar cell, and a solar radiation sensor for detecting the amount of solar radiation applied to the solar cell. The control unit inputs the detected values of the temperature and the amount of solar radiation from the temperature sensor and the amount of solar radiation every predetermined time, and applies these detected values to the above-mentioned relation information to electrically connect the solar cell and the load at that time. The characteristic is specified, and the resistance value of the variable resistance section is controlled based on the electric characteristic so that the electric power supplied to the load is maximized.
[0015]
In the power supply system according to the fourth aspect of the present invention (corresponding to claim 4), in each of the above-described configurations, preferably, the power supply system further includes a current sensor for detecting a current supplied to the load, and a voltage sensor for detecting a voltage supplied to the load. A voltage sensor may be provided. With this configuration, the control unit inputs the detected values of the current and the voltage from the current sensor and the voltage sensor at predetermined time intervals, and sets the resistance value so that the power supplied to the load is maximized based on the detected values. Control.
[0016]
The power supply system according to the fifth aspect of the present invention (corresponding to claim 5) may preferably further include a current sensor and a voltage sensor immediately after the solar cell in each of the above configurations. With this configuration, the control unit inputs the detected values of the current and the voltage from the current sensor and the voltage sensor at predetermined time intervals, and sets the resistance value based on these detected values so that the power supplied to the load becomes maximum. Control.
[0017]
In the power supply system according to the sixth aspect of the present invention (corresponding to claim 6), in each of the above-described configurations, preferably, the conversion unit converts a part of the power generation current of the solar cell and outputs the output voltage of the solar cell. It is characterized by being a DC / DC converter that adds to the value. According to this configuration, the DC / DC converter does not need to convert the entire power generated by the solar cell into power, and only needs to perform power conversion on a part of the power. And cost less.
[0018]
In a power supply system according to a seventh aspect of the present invention (corresponding to claim 7), in each of the above configurations, preferably, the variable resistance section is a switching circuit, and the control section sets a switch element included in the switching circuit to a variable pulse width. It is configured to be turned on / off (ON / OFF) by the pulse signal. According to this configuration, the resistance value can be changed by changing the pulse width of the control pulse signal and adjusting the ON time of the switch element of the switching circuit.
[0019]
The power supply system according to an eighth aspect of the present invention (corresponding to claim 8) is characterized in that in the above configuration, preferably, the switching circuit is a bridge circuit composed of four switch elements. This configuration is suitable for power conversion of a high-voltage solar cell.
[0020]
The power supply system according to the ninth aspect of the present invention (corresponding to claim 9) is characterized in that, in the above-described configuration, preferably, the switching circuit is a push-pull circuit composed of two switch elements. This configuration is suitable for power conversion of a low-voltage solar cell. In addition, the bush bull type circuit has an advantage that the power conversion loss is smaller than that of the bridge type circuit.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0022]
The configurations, shapes, sizes, and arrangements described in the embodiments are only schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the components are illustrated as examples. It's just Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea described in the claims.
[0023]
FIG. 1 is an electric circuit diagram conceptually showing a power supply system according to the present invention. The power supply system 10 is a power supply system that includes a solar cell 11 and efficiently supplies generated power output from the solar cell 11 to a load 12.
[0024]
In this embodiment, the load 12 is a water electrolysis device. A water electrolysis device is a device that generates hydrogen and the like by utilizing the electrolysis phenomenon of water. The water electrolysis apparatus has two electrodes, an anode and a cathode, and is configured such that a voltage is applied between the two electrodes and power is supplied. Note that the load 12 is not limited to a water electrolysis device, and any device can be connected as long as it is a device that performs work by receiving supply of power output from the solar cell 11.
[0025]
In the power supply system 10, a DC / DC converter 13 is connected between the solar cell 11 and the load 12 by the illustrated connection structure. The solar cell 11 has an output voltage V when a solar ray (solar radiation) 14 is generated. 1 , Output current I 1 To generate power. V 1 Is a DC voltage and I 1 Is a direct current. Output voltage V of solar cell 11 1 And output current I 1 Fluctuates according to the intensity of solar radiation, the temperature of the solar cell, and the like. The DC / DC converter 13 according to the present embodiment includes a DC voltage V output from the solar cell 11. 1 Is converted to a DC voltage Vo, and the DC current I output from the solar cell 11 is 1 Is converted to a direct current Io.
[0026]
The DC / DC converter 13 has two input terminals a and b on the input side, has one output terminal c on the output side, and has a ground terminal d. The output current I is applied to each of the two input terminals a and b. 1 Of the DC current I divided at the branch point A 2 And DC current (I 1 −I 2 ) Is supplied. The converted DC current Io is output to the output terminal c, and the voltage Vo is output. The ground terminal d is grounded.
[0027]
The conversion operation of the DC / DC converter 13 of the power supply system 10 is controlled by a controller 15 including a CPU. The controller 15 is a signal relating to information on the temperature of the surrounding environment and the amount of solar radiation given from the temperature sensor 16a and the solar radiation sensor 16b, and data of various characteristic maps (relational diagrams showing electrical characteristics) stored in the memory 17. Is used to output the control signal s1 to change the conversion characteristics of the DC / DC converter 13 so that when the power generated by the solar cell 11 is supplied to the load 12 by the DC / DC converter 13, the supply efficiency is maximized. To control.
[0028]
Although FIG. 1 shows only the power supply system 10 using the solar cell 11, the solar cell 11 can supply power to the load 12 only when the solar radiation 14 is generated, and the solar radiation 14 is generated. When no power is supplied, the power supply system 10 cannot supply electric power to the load 12, and therefore, direct current power is supplied to the load 12 by using another power generation device (not shown) attached to the power supply system. Note that the current-voltage characteristics of the load 12 change not only with its structure but also with other factors such as temperature. Therefore, in the present invention, a temperature sensor (not shown) is also provided to measure the temperature of the load 12.
[0029]
In the DC / DC converter 13 according to the present embodiment, the shunted DC current I 2 Is configured to perform DC / DC conversion only on. The specific circuit and conversion operation will be described later. Therefore, the DC / DC converter 13 outputs the DC current I 2 Only the conversion target needs to be converted, that is, not all the power output from the solar cell 11 is converted, but only a part of the power needs to be converted. it can.
[0030]
FIG. 2 shows an example of a specific circuit of the power supply system according to the present invention. The same elements as those described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this circuit diagram, the internal structure of the DC / DC converter 13 is clarified. The input terminals a and b, the output terminal c, the ground terminal d, and the branch point A in the DC / DC converter 13 are the same as those described with reference to FIG.
[0031]
The DC / DC converter 13 includes a switching circuit 21 formed by connecting four switch elements 21a, 21b, 21c, and 21d in a bridge circuit structure, a transformer 22, and a rectifier circuit 23. This DC / DC converter 13 is a full bridge type.
[0032]
The ON / OFF operation of each of the four switch elements 21a to 21d of the switching circuit 21 is controlled by a control signal s1 provided from the controller 15. The control signal s1 is composed of four types of signals (pulse signals) for giving a gate signal to each of the four switch elements 21a to 21d. According to the control signal s1, the combination of the two switch elements (21a, 21c) and (21b, 21d) at diagonal positions in the bridge of the switching circuit 21 can be simultaneously turned ON / OFF. Further, by changing the ON time (pulse width) of the switch elements 21a to 21d, the amount of current supplied by the switching circuit 21 (the DC current I 2 ) Can be varied. The switching circuit 21 converts the supplied DC current into a pulsed AC current. The effective current value of the AC current (AC voltage) output from the switching circuit 21 can be changed by changing the pulse width of the pulse signal supplied to the switching element of the switching circuit 21.
[0033]
The input terminal (upper end) of the switching circuit 21 is connected to the input terminal a, and the DC current I shunted to the switching circuit 21 at the branch point A. 2 Is supplied. DC current I 2 Is adjusted by the pulse width of the pulse signal (control signal s1) for turning ON / OFF the switching circuit 21. Therefore, based on the ON / OFF operation state of the switching circuit 21, the switching circuit 21 has a direct current I 2 Function as a variable resistance element (“R” to be described later) that changes the current value of.
[0034]
The alternating current (alternating voltage) output from the switching circuit 21 is supplied to the primary coil of the transformer 22. The middle point of the secondary coil of the transformer 22 is connected to the input terminal b, and the DC current (I 1 −I 2 ) Is supplied. In the transformer 22, the AC voltage supplied to the primary coil is transformed, and a transformed voltage (dV shown in FIG. 3) is generated in the secondary coil. The AC voltage supplied to the primary coil of the transformer 22 is changed by the switching circuit 21 as described above. Thereby, the voltage generated in the secondary coil of the transformer 22 can be adjusted.
[0035]
The rectifier circuit 23 includes a diode 24 connected to both terminals of a secondary coil of the transformer 22 in the forward direction, a choke coil 25 connected to a downstream common terminal, and a downstream terminal of the choke coil 25 grounded. A storage capacitor 26 having a rectifying function is connected between the storage capacitor 26 and the terminal d. Both terminals of the capacitor 26 are output terminals, and the upper terminal is connected to the output terminal c.
[0036]
In the electric circuit of the power supply system 10 shown in FIG. 1 With the DC current I 2 And DC current (I 1 −I 2 ). DC current I 2 Is converted into an AC current (AC voltage) by the switching circuit 21 and is transformed by the transformer 22. DC current (I 1 −I 2 ) Is supplied to the secondary coil of the transformer 22. The current flowing through the secondary coil of the transformer 22 is controlled by the rectifier circuit 23 to a DC current (I 1 −I 2 ) Directly flows to the output side, and is output to the output terminal c while being stored and smoothed in the capacitor 26. Therefore, Io is (I 1 −I 2 ).
[0037]
Regarding the voltage on the secondary coil side of the transformer 22, when viewed at the output terminal c, the DC voltage V 1 And the rectified DC voltage (dV) generated and rectified based on the transforming action of the transformer 22 is added. Therefore, the above Vo is (V 1 + DV).
[0038]
As described above, at the output end of the DC / DC converter 13, the DC current (I 1 −I 2 ) Occurs at the output terminal c almost as it is, and the DC voltage is (V 1 + DV).
[0039]
Next, circuit characteristics as a power conversion circuit of the power supply system 10 according to the present embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
[0040]
FIG. 3 is an explanatory circuit diagram for explaining the power supply system 10 shown in FIG. 2 from the viewpoint of converting the power generated by the solar cell 11 to the output power by the DC / DC converter 13. 1 and 2 have the same reference numerals. In the DC / DC converter 13, as described above, the switching circuit 21 outputs the DC current I 2 Can be equivalently expressed as a variable resistance element R in terms of its function, and the other part including the transformer 22 and the rectifier circuit 23 is equivalent as a variable power supply element VS for the reason described later. Can be expressed in a typical way. FIG. 3 shows a solar cell 11, a DC / DC converter 13, a load 12, a branch point A, input terminals a and b, and an output terminal c.
[0041]
In FIG. 3, the DC current I at the output terminal f of the solar cell 11 is further increased. 1 , DC voltage V 1 Are shown as output elements. The variable resistance element R (the switching circuit 21 controlled by the controller 15) of the DC / DC converter 13 2 Is changed. In FIG. 3, an arrow 31 from the variable resistance element R to the variable power supply element VS indicates the variable power supply element VS based on the operation of the variable resistance element R, that is, the AC voltage output from the switching circuit 21 by the transformer 22. DC voltage V 1 Is a function image representing a relationship of generating a DC voltage dV applied to the DC voltage. By changing the pulse width of the control signal (pulse signal) s1 for operating the switching circuit 21, it is possible to substantially change the resistance value of the variable resistance element R and change the DC voltage dV. According to the above variable power supply element VS, the output voltage V applied from the solar cell 11 1 , A configuration as a virtually variable power supply element is realized. DC voltage (V) output from the variable power supply element VS 1 + DV) corresponds to the aforementioned voltage Vo. As described above, in the variable power supply element VS, the direct current (I 1 −I 2 ) And DC voltage (V 1 + DV) is shown.
[0042]
As is clear from the circuit description of FIG. 3 described above, according to the power supply system 10 including the solar cell according to the present embodiment, when the solar cell 11 is viewed from the load 12 side via the DC / DC converter 13, I output from solar cell 11 1 , V 1 Is (I 1 −I 2 ), (V 1 + DV) and output. In other words, according to the power supply system 10 including the solar cell 11 and the DC / DC converter 13 having the above circuit configuration and circuit characteristics, the resistance value of the variable resistance element R (substantially drives the switching circuit 21) By appropriately adjusting the pulse width of the control signal 1, the power (I) output from the solar cell 11 is adjusted. 1 × V 1 ) To the maximum power ((I 1 −I 2 ) × (V 1 + DV)). The output of the variable power supply element VS is automatically determined based on the resistance value of the variable resistance element R.
[0043]
Next, control for adjusting the resistance value of the variable resistance element R and extracting maximum power from the output power of the solar cell 11 in the power supply system 10 will be described. Since the output power of the solar cell 11 fluctuates according to the temperature condition and the amount of solar radiation, the resistance value of the variable resistance element R is continuously adjusted so that the largest possible power is continuously supplied to the load.
[0044]
The contents of the power conversion control in the power supply system 10 are shown in the flowchart of FIG. In this power conversion control, the IV characteristics (current / voltage characteristics) of the load 12 and the IV characteristics ( 1 And V 1 ) And information on voltage / power characteristics.
[0045]
FIG. 5 shows an example of each of the above characteristics. In FIG. 5, the horizontal axis indicates voltage, the left vertical axis indicates current, and the right vertical axis indicates power of the solar cell 11. Further, in FIG. 5, a curve L1 indicates that the solar cell 11 has a temperature of 28 ° C. and a solar radiation of 1040 W / m. 2 IV characteristic (I 1 And V 1 , A curve L2 indicates the voltage / power characteristics of the solar cell 11 under the same conditions, and a line L3 indicates the IV characteristics of the load (water electrolysis device) 12. As is clear from the relationship between the curves L1 and L2, the output of the solar cell 11 becomes the maximum output at the optimum operating point P1. At the optimum operating point P1, the maximum output voltage (V pmax : Voltage value 16.1 V) and maximum current (I pmax : A current value of 94.1 A) is specified. The peak of the curve L2 is the maximum output E pmax (1515W), which corresponds to the optimum operating point P1. The information on the characteristic lines L1, L2, and L3 described above is stored and prepared in the memory 17 as characteristic map data according to the temperature condition, the amount of solar radiation, and the like.
[0046]
In the above description, at the optimal operating point P1, as shown in FIG. 1 Is I pmax And the DC voltage V 1 Is V pmax It has become.
[0047]
Here, the voltage and current will be discussed numerically with reference to FIG. It is assumed that the solar cell 11 having the characteristic curve L1 and the load 12 having the characteristic line L3 are connected in series to supply power. In this case, the operating point is determined by the intersection P2 of the curve L1 and the line L3. Based on the voltage value (17.6 V) and the current value (80.6 A) at the operating point P2, the water electrolysis device 12 as a load performs water electrolysis. In this case, of the output of the solar cell 11, 17.6 (V) × 80.6 (A) = 1419 W is used by the load 12. However, in the characteristic curve L2, the maximum power E pmax Has the ability to generate 1515W, so that 96W (= 1515W-1419W) is the power loss.
[0048]
The power conversion control method in the power supply system 10 will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0049]
The power supply system 10 performs the processing shown in FIG. 4 to obtain the maximum output E of the solar cell 11 at that time as much as possible. pmax Is supplied to the load 12.
[0050]
In an actual situation, the IV characteristics of the solar cell 11 are determined according to the characteristics and number of cells, the connection method of a plurality of cells, temperature conditions, the amount of solar radiation, and the like. The IV characteristics of the load 12 depend on the structure and temperature of the device. It is decided according to.
[0051]
The control in the flowchart shown in FIG. 4 is executed by the CPU in the controller 15. In the memory 17, information on the characteristic lines L1, L2, L3 and the like are stored as necessary as characteristic map data according to the temperature condition, the amount of solar radiation, and the like. The controller 15 captures temperature information and the like from the temperature sensor 16a and the solar radiation sensor 16b, specifies the IV characteristic line and the voltage / power characteristic line of the solar cell 11 from the characteristic map data, and specifies the maximum operating point and the like. Here, a case will be described in which the power supply system 10 is designed such that the intersection P2 is on the higher voltage side than the maximum operating point P1, as shown in FIG. 5, by setting the number of cells, the connection method, and the like. Note that an approximate calculation formula is stored in the memory 17 instead of the characteristic map data, and the IV characteristic line, the voltage / current characteristic line, and the like of the solar cell 11 are specified according to the information obtained from each sensor. You may comprise.
[0052]
In the first step S101, the resistance value of the variable resistance element R is set to an initial value. In this initial value, I 2 = 0 is satisfied. When the resistance value of the variable resistance element R is set to the initial value, the point P shown in FIG. 2 Is automatically set instantaneously in a state where power is supplied to the load 12. In the next step S102, the power supply W to the load t Is calculated, and its value is calculated. This supply power W t In the calculation of, the map data stored in the memory 17 is used. In the power supply system 10, as described above, the intersection P2 is set on the higher voltage side than the maximum operating point P1 due to system design.
[0053]
In the above, when the optimum operating point P1 of the solar cell 11 is specified, I pmax (94.1A) and V pmax (16.1V) is decided, E pmax Can be calculated to be 1515W. Further, when the intersection P2 is specified, the current value (80.6A) and the voltage value (17.6V) are determined, and it is calculated that the current power supplied to the load 12 is 1419W.
[0054]
Next, since the intersection P2 is on the higher voltage side than the maximum operating point P1, in a subsequent step, the load supply power value is E at the operating point on the characteristic line L3 of the load 12, which is the water splitting device. pmax Power conversion control is performed so as to approach the maximum. That is, in the next step S103, a process of reading the resistance value of the above-described variable resistance element R and lowering the resistance value is performed.
[0055]
Here, the “resistance value of the variable resistance element R” substantially means the DC current I shunted in the DC / DC converter 13. 2 Means a value related to the pulse width of a control signal (pulse signal) for controlling the ON / OFF operation of the switching circuit 21 that determines the current value of the current.
[0056]
As described above, when the resistance value of the variable resistance element R is small on the electric circuit, the shunt current I 2 Is large, and when the value is large, the shunt current I 2 The characteristic that becomes small is made.
[0057]
Since the intersection P2 is on the higher voltage side than the maximum operating point P1, the resistance value of the variable resistance element R is reduced (Step S103). As a result, the shunt current I 2 Becomes larger. Further, as described above, based on the conversion characteristic 31 (the conversion operation of the transformer 22) by the variable resistance element R shown in FIG. 2 The above DC voltage dV corresponding to the current value is generated.
[0058]
In the next step S104, the power W supplied to the load 12 t + 1 Is calculated again. That is, the current power value W supplied to the load 12 t + 1 But W t + 1 = (I pmax −I 2 ) × (V pmax + DV). Actually, the power value is calculated using the map data stored in the memory 17.
[0059]
In the next determination step S105, the supply power W calculated in the current processing routine t + 1 And the supply power value W calculated in step S102 t And the magnitude relationship between t + 1 Is W t It is determined whether it is greater than or equal to. If the determination in step S105 is YES, the current resistance value is used as it is in the conversion control process, t is incremented, and steps S103 to S105 are repeated again. If the determination in step S105 is NO, it is determined that the maximum power that can be supplied to the load 12 has been obtained, and the resistance value of the variable resistance element R calculated in the above processing routine, that is, the supplied power value is W t It is determined to adopt the resistance value when (step S106). In the subsequent conversion control processing in the DC / DC converter 13, the determined new resistance value of the variable resistance element R is maintained and used.
[0060]
Thereafter, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed in a determination step S107. If YES in this step, the process returns to step S101. If NO, the process returns to step S106. When returning to step S101, the above-described processes S101 to S105 are repeated. When the process returns to step S106, maintenance and use of the determined resistance value are continued. When the stop command S108 is forcibly given from the outside, the processing routine shown in FIG. 4 ends. If “YES” is determined in the step S107, the process returns to the step S101 instead of returning to the step S101. 2 Is set to a positive predetermined value, the resistance value of the variable resistance element R is set, 2 May be set so as to decrease by a predetermined value, and the processing after step S102 may be performed again.
[0061]
Looking at the contents of the processing executed in steps S103 to S105 in FIG. 5, FIG. pmax Shunt current I 2 Is appropriately increased, and V pmax By generating dV, it means that control is performed to shift the operating point from P2 to P3 on the IV characteristic line L3 of the load (water electrolysis device) 12. At the operating point P3, the current value is 84.9 A, the voltage value is 17.7 V, and as a result, the load supply power is 1503 W. That is, the load supply power can be increased by 84 W as compared with 1419 W when the operating point is P2. This is the E of the solar cell 11 pmax = 1515 W can be more efficiently applied to the load 12.
[0062]
As described above, according to the power supply system 10 including the solar cell 11 and the DC / DC converter 13, the power supply system 10 appropriately adjusts the resistance value of the variable resistance element R so that the load supply power value is maximized. The power (I) output from the battery 11 pmax × V pmax ) To the maximum power ((I pmax −I 2 ) × (V pmax + DV)).
[0063]
In the description of the above embodiment, the load supply power is calculated using the data of the characteristic map prepared in advance in the memory 17, but the current value and the voltage immediately before the load 12 are not provided without the map. The value may be measured, and the controller 15 may execute the processing shown in FIG. 4 based on the measurement result. In this case, a current sensor for detecting a value of a current flowing to the load 12 and a voltage sensor for detecting a value of a voltage applied to the load 12 are provided. Signals detected by the current sensor and the voltage sensor are input to the controller 15. Further, a configuration may be employed in which a current / voltage value immediately after the solar cell 11 is detected using a current sensor and a voltage sensor, and the same processing as described above is performed.
[0064]
Next, the power supply efficiency of the DC / DC converter 13 in the power supply system 10 and specific numerical examples for the case shown in FIG. 5 will be described. Output element I of solar cell 11 pmax , V pmax Power E determined by pmax , The output element of the DC / DC converter 13 (I pmax −I 2 ), (V pmax + DV) determined by the power Eo (= (I pmax −I 2 ) × (V pmax + DV)), so that the power supply efficiency α is defined. Eo = α · E pmax Is established. The specific numerical value shown in FIG. 5 is an example when α is 99% (1503W / 1515W = 99).
[0065]
At the maximum operating point P1 of the solar cell 11, I pmax = 94.1A, V pmax = 16.1V. When performing power conversion based on the conversion operation of the DC / DC converter 13, the shunt current I flowing through the variable resistance element R 2 Is 9.2A. As a result, the value of the current supplied to the load 12 becomes 84.9A. At this time, a voltage of 0.99 × (94.1 × 16.1) /84.9=17.7 V is applied to the load 12 by the power conversion by the DC / DC converter 13 based on the action of the variable resistance element R. You. The power supplied to the load 12, which is a water electrolysis device, is 1503W.
[0066]
The power supply efficiency α is determined according to the circuit configuration of the DC-DC converter 13, the characteristics of the solar cell 11, and the like.
[0067]
In the above description of the power conversion processing, it is assumed that the intersection P2 is on the higher voltage side than the maximum operating point P1 as shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this. Even when using the power supply system in which the intersection P2 is on the lower voltage side than the maximum operating point P1, the load supply power value is E at the operating point on the characteristic line L3 of the load 12. pmax The same power exchange control is performed so as to approach the maximum. Also in this case, control is performed so that the resistance value of the variable resistance element R is changed, the load supply power is calculated, the magnitude relationship between the calculated power values is determined, and the resistance value is determined.
[0068]
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 5 in a case where the intersection P2 is on the lower voltage side than the maximum operating point P1. 6, the same elements as those described in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. pmax Shunt current I 2 And V pmax Is determined, the operating point is shifted from P2 to P3, and the maximum load supply power can be given to the load 12. In this case, the shunt current I2 is I pmax And the voltage dV becomes V pmax Is controlled to be subtracted from. Therefore, the circuit shown in FIG. 3 is configured as shown in FIG.
[0069]
FIG. 8 shows another example of a specific circuit of the power supply system according to the present invention. The same elements as those described in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. In this circuit diagram, the internal structure of the DC / DC converter 13 is clarified. The input terminals a and b, the output terminal c, the ground terminal d, and the branch point A in the DC / DC converter 13 are the same as those described with reference to FIGS.
[0070]
The DC / DC converter 13 includes a switching circuit 41 formed by connecting two switch elements 41a and 41b, a transformer 42, a capacitor 43, and a rectifier circuit 23. The DC / DC converter 13 is a push-pull type, and is a low-voltage type converter as compared with FIG. Since the switching circuit 41 has only two switching elements and has a low withstand voltage, the DC / DC converter 13 is suitable for the low-voltage type solar cell 11. The transformer 42 has a shunt current I at the midpoint of the primary coil. 2 Flows, and both terminals of the primary coil are connected to the ground terminal d via the switch elements 41a and 41b, respectively. The middle point of the primary side coil is connected to the ground terminal d via the other side of the capacitor 43. In the transformer 42, the primary side coil is also made into a pp (push pull) like the secondary side coil, and the power loss is suppressed. A control signal (pulse signal) s1 is supplied from the controller 15 to each gate of the two switch elements 41a and 41b of the switching circuit 41. Other configurations are the same as those described with reference to FIG.
[0071]
The ON / OFF operation of each of the two switch elements 41 and 41b of the switching circuit 41 is controlled by a control signal s1 provided from the controller 15. The control signal s1 is composed of two types of signals (pulse signals) that provide a gate signal to each of the two switch elements 41a and 41b. According to the control signal s1, the two switch elements 41a and 41b can be turned ON / OFF alternately. Further, by changing the ON time (pulse width) of the switch elements 41a and 41b, the amount of current supplied by the switching circuit 41 (the DC current I 2 ) Can be varied. The switching circuit 41 converts the supplied DC current into a pulsed AC current. The effective current value of the AC current (AC voltage) output from the switching circuit 41 can be changed by changing the pulse width of the pulse signal supplied to the switching element of the switching circuit 41.
[0072]
In the DC / DC converter 13 of the power supply system 10 shown in FIG. 8, the switching circuit 41 also corresponds to the above-described variable resistance element R. The power supply system 10 of this embodiment has the circuit configuration described in FIG. It can be considered as a circuit equivalent to the circuit configuration described in 3. Therefore, the power supply system 10 can also efficiently extract power from the low-voltage solar cell 11 based on the power conversion function described above with reference to FIGS. As described above, according to the present invention, only part, not all, of the output of the solar cell 11 is power-converted. Therefore, even when a DC-DC converter having a conversion efficiency equivalent to that of the related art is used. Thus, the total amount of power loss can be reduced, and the DC-DC converter 13 itself can be reduced in size and output. As a result, cost reduction of the entire power supply system and high-efficiency power supply are compatible.
[0073]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the present invention has the following effects.
[0074]
According to the first to fifth aspects of the present invention, the power output from the variable power supply unit changes the resistance value of the variable resistance unit of the conversion unit according to the power generation characteristics and the load characteristics of the solar cell. Since the power is controlled so as to approach the maximum suppliable power, a small-sized and low-cost low-output DC-DC converter can be used, the output of the solar voltage can be used efficiently, and the operation efficiency of the system can be improved.
[0075]
According to the sixth aspect of the present invention, since the DC / DC converter that converts a part of the generated current of the solar cell and adds it to the output voltage value of the solar cell is used as the conversion unit, the DC / DC converter is a solar cell. It is sufficient to perform power conversion only in relation to a part of the generated current of the battery, and a small-sized and low-output type can be used, and a system can be configured at low cost. Further, a power supply system with high power supply efficiency can be provided as a whole.
[0076]
According to the seventh aspect of the present invention, since the switching circuit is used for the variable resistance section, the ON time of the switch element of the switching circuit is adjusted by changing the pulse width of the control pulse signal, and the resistance value is changed. Can be.
[0077]
According to the present invention, since a bridge-type switching circuit is used, power conversion of a high-voltage solar cell can be performed.
[0078]
According to the ninth aspect of the present invention, since the push-pull type switching circuit composed of two switch elements is used, it is suitable for power conversion of a low voltage type solar cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a basic concept of a power supply system including a solar cell according to the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a first embodiment of a power supply system including a solar cell according to the present invention.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a conversion image for explaining the power supply system according to the present invention from the viewpoint of power conversion.
FIG. 4 is a flowchart illustrating control of a variable resistance element by a controller according to the first embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a first example of a power generation characteristic and a load IV characteristic of a solar cell.
FIG. 6 is a graph showing a second example of a power generation characteristic and a load IV characteristic of a solar cell.
FIG. 7 is an electric circuit diagram similar to FIG. 3 corresponding to the second example shown in FIG. 6;
FIG. 8 is an electric circuit diagram showing a second embodiment of a power supply system including a solar cell according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10. Power supply system
11 Solar cells
12 Load
13 DC / DC Converter
14 Sun rays
21,41 switching circuit
22,42 transformer
23 Rectifier circuit

Claims (9)

太陽電池と、
可変抵抗部と可変電源部を有し、前記太陽電池の発電電力を負荷供給電力に変換する変換部と、
前記可変抵抗部の抵抗値を、前記太陽電池の発電特性と負荷の特性とに応じて、前記可変電源部側から前記負荷に供給される電力が前記太陽電池の供給可能最大電力に近づくように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする太陽電池を備えた電源システム。Solar cells,
A conversion unit that has a variable resistance unit and a variable power supply unit, and converts generated power of the solar cell into load supply power;
The resistance value of the variable resistor unit, according to the power generation characteristics of the solar cell and the characteristics of the load, so that the power supplied from the variable power supply unit to the load approaches the maximum power that can be supplied to the solar cell. Control means for controlling;
A power supply system including a solar cell, comprising: 太陽電池と、
可変抵抗部と可変電源部を有し、前記可変抵抗部の抵抗値を変化させることで前記太陽電池の発電電力の一部を電力変換して前記可変電源部を介して負荷に電力を供給する変換部と、
前記負荷に供給される電力が最大になるように前記可変抵抗部の抵抗値を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする太陽電池を備えた電源システム。Solar cells,
A variable resistance section and a variable power supply section, and by changing a resistance value of the variable resistance section, converts a part of the generated power of the solar cell into power and supplies power to a load via the variable power supply section A conversion unit;
Control means for controlling the resistance value of the variable resistance section so that the power supplied to the load is maximized,
A power supply system including a solar cell, comprising: さらに、前記太陽電池と前記負荷の各々の電気的特性に関する関係情報を記憶するメモリと、前記太陽電池の温度を検出する温度センサと、前記太陽電池に照射される日射量を検出する日射量センサとを備え、
前記制御手段は、所定時間ごとに前記温度センサおよび前記日射量センサから前記温度および前記日射量の検出値を入力し、これらの検出値を前記関係情報に適用してその時点での前記太陽電池と前記負荷の電気的特性を特定し、この電気的特性に基づいて前記負荷に供給される電力が最大になるように前記可変抵抗部の抵抗値を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池を備えた電源システム。A memory for storing relationship information relating to electrical characteristics of the solar cell and the load; a temperature sensor for detecting a temperature of the solar cell; and a solar radiation sensor for detecting an amount of solar radiation applied to the solar cell. With
The control means inputs the detected values of the temperature and the amount of insolation from the temperature sensor and the amount of insolation from the temperature sensor and the amount of insolation every predetermined time, and applies these detected values to the relational information to obtain the solar cell at that time. And specifying the electrical characteristics of the load, and controlling the resistance value of the variable resistor unit such that the power supplied to the load is maximized based on the electrical characteristics.
A power supply system comprising the solar cell according to claim 1. さらに、前記負荷に供給される電流を検出する電流センサと、前記負荷に供給される電圧を検出する電圧センサを備え、
前記制御手段は、所定時間ごとに前記電流センサおよび電圧センサから前記電流および前記電圧の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて前記負荷に供給される電力が最大になるように前記抵抗値を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池を備えた電源システム。Further, a current sensor for detecting a current supplied to the load, and a voltage sensor for detecting a voltage supplied to the load,
The control means inputs detection values of the current and the voltage from the current sensor and the voltage sensor at predetermined time intervals, and controls the resistance so that the power supplied to the load is maximized based on the detection values. A power supply system provided with the solar cell according to claim 1, wherein the power supply system controls a value. 前記太陽電池の直後に電流センサと電圧センサを備え、
前記制御手段は、所定時間ごとに前記電流センサおよび電圧センサから前記電流および前記電圧の検出値を入力し、これらの検出値に基づいて前記負荷に供給される電力が最大になるように前記抵抗値を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池を備えた電源システム。A current sensor and a voltage sensor are provided immediately after the solar cell,
The control means inputs detection values of the current and the voltage from the current sensor and the voltage sensor at predetermined time intervals, and controls the resistance so that the power supplied to the load is maximized based on the detection values. A power supply system provided with the solar cell according to claim 1, wherein the power supply system controls a value. 前記変換部は、前記太陽電池の発電電流の一部を変換して、前記太陽電池の出力電圧値に加算するＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池を備えた電源システム。The said conversion part is a DC / DC converter which converts a part of electric power generation current of the said solar cell, and adds to the output voltage value of the said solar cell, The Claims any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. A power supply system comprising the solar cell according to 1. 前記可変抵抗部はスイッチング回路であり、前記制御手段は前記スイッチング回路に含まれるスイッチ要素を可変パルス幅のパルス信号でオン・オフさせることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池を備えた電源システム。The variable resistance section is a switching circuit, and the control means turns on and off a switch element included in the switching circuit by a pulse signal having a variable pulse width. A power supply system comprising the solar cell as described. 前記スイッチング回路は４つのスイッチ要素で構成されるブリッジ回路であることを特徴とする請求項７記載の太陽電池を備えた電源システム。The power supply system according to claim 7, wherein the switching circuit is a bridge circuit including four switch elements. 前記スイッチング回路は２つのスイッチ要素で構成されるプッシュプル型回路であることを特徴とする請求項７記載の太陽電池を備えた電源システム。The power supply system according to claim 7, wherein the switching circuit is a push-pull circuit including two switch elements.
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