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技術 太陽光発電システム用DC−ACインバータ

出願人 アーベーベー・シュヴァイツ・アクチエンゲゼルシャフト
発明者 モデール、トマス
出願日 2012年8月29日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2014-527646
公開日 2014年9月29日 (7年1ヶ月経過) 公開番号 2014-525730
状態 特許登録済
技術分野 インバータ装置
主要キーワード 正弦パルス 安全規定 束導体 切り替えデバイス 切り替えエレメント 保守点検者 直流定格 ハーベスティング
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重要な関連分野

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図面 (6)

課題・解決手段

本発明は、複数のH−ブリッジコンバータ(101、102、...)を含むDC−ACインバータ(200)に関し、各々はそれぞれの光起電力素子(108,109、...)と一体化され、光起電力素子から直流電圧(VDC1、VDC2、VDC3、VDC4)を供給されるように配置され、更にH−ブリッジコンバータはマルチレベル電圧出力(Vout)を生み出すためにカスケード接続されている。DC−ACインバータは更に、マルチレベルの電圧出力を生み出すために、その切り替えを制御するための複数のH−ブリッジコンバータの各々の一つに接続されるスイッチ制御回路と、及び交流グリッド電圧がDC−ACインバータから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるためにカスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応ユニットとを含む。

概要

背景

当技術分野において、多くの異なるDC−ACコンバータタイプが、ソーラーパネルのような光電池PVエレメントを既存の電力系統に接続するために使用されてきた。ソーラーパネルによって生み出される直流電圧交流電圧に変換するための従来技術のコンバータタイプの例は、例えば、ストリングコンバータ、電力オプティマイザ、及びマイクロインバータである。コンバータのそれぞれのタイプは或る利点及び欠点を伴う。例えば、ストリングコンバータは高い変換効率を有するが、それが部分的な遮光ハーベスティング(shading harvesting)に出会うときそれが悪くなり、一方、電力オプティマイザは部分的遮光ハーベスティングで良好に働くが、ストリングコンバータよりも変換効率がより低くそしてより高価である。最後に、マイクロインバータは一般的に良好に働き、そして多目的に使用できるが、やはりストリングコンバータ及び電力オプティマイザの両者よりももっと高価である。

ソーラーパネル用途において有用であると証明されてきた更なるDC−ACコンバータは、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータ又はチェーンリンクコンバータとも称される、カスケード接続されたフルブリッジコンバータである。カスケード接続されたH−ブリッジコンバータは、カスケードに、つまり、直列に接続される多くのフルブリッジコンバータから成る。直流電圧VDCが供されるコンバータは、電圧レベル+VDC、ゼロ及び−VDCから成る三つのレベルの出力を生み出すことが可能である。マルチレベル波形が形成されように、各コンバータの出力が付加される。Nカスケード接続されたH−ブリッジコンバータから成る回路は、2N+1電圧レベルを備えた電圧波形を生み出すことができ、それを用いて正弦波の良好な近似を達成することが可能である。この特別なトポロジーにおいて、コンバータの直流供給は互いから隔離される。

「応用パワーエレクトロニクス会議及び展示」(APEC)、2010年、25回、年次IEEE、開催期間:2010年2月21〜25日でのFilhoらによる「11−レベルのカスケード接続されたH−ブリッジグリッド−ソーラーパネルと接続されたインバータインターフェース」("11 -level Cascaded H-bridge Grid-tied Inverter Interface with Solar Panels", by Filho et al, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2010 Twenty-Fifth Annual IEEE, Issue Date: 21-25 Feb. 2010)は、ソーラーパネルに接続しているカスケード接続されたH−ブリッジコンバータの使用を開示している。開示された本システムでの問題は、ソーラーパネルエネルギを各ソーラーパネルから対応するH−ブリッジコンバータに移すときに生じる電力損失である。

概要

本発明は、複数のH−ブリッジコンバータ(101、102、...)を含むDC−ACインバータ(200)に関し、各々はそれぞれの光起電力素子(108,109、...)と一体化され、光起電力素子から直流電圧(VDC1、VDC2、VDC3、VDC4)を供給されるように配置され、更にH−ブリッジコンバータはマルチレベルの電圧出力(Vout)を生み出すためにカスケード接続されている。DC−ACインバータは更に、マルチレベルの電圧出力を生み出すために、その切り替えを制御するための複数のH−ブリッジコンバータの各々の一つに接続されるスイッチ制御回路と、及び交流グリッド電圧がDC−ACインバータから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるためにカスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応ユニットとを含む。

目的

本発明の目的は、当業技術におけるこれらの問題を解決し又は少なくとも軽減することである

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

DC−ACインバータ(100)であって:複数のH−ブリッジコンバータ(101、102、103、104)であって、各々はそれぞれの光起電力素子一体化され、光起電力素子から直流電圧(VDC1、VDC2、VDC3、VDC4)を供給されるように配置され、更にH−ブリッジコンバータは、マルチレベル電圧出力(Vout)を生み出すためにカスケード接続されている前記複数のH−ブリッジコンバータと、前記マルチレベルの電圧出力を生み出すために、その切り替えを制御するための複数のH−ブリッジコンバータの各々の一つに接続されるスイッチ制御回路(107)と、交流グリッド電圧(VAC)が前記DC−ACインバータから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるために前記カスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応ユニット(105)とを含む前記DC−ACインバータ。

請求項2

請求項1に記載のDC−ACインバータ(100)であって、各H−ブリッジコンバータ(101、102、103、104)が、それを介して制御信号が前記中央ユニットから転送される通信チャンネル、及び、それを介して前記カスケード接続されたH−ブリッジコンバータの前記マルチレベルの電圧出力(Vout)が中央ユニットに転送される電力移動経路、を介して前記中央適応化ユニット(105)に接続される、上記DC−ACインバータ。

請求項3

請求項1又は2に記載のDC−ACインバータ(100)であって、各H−ブリッジコンバータ(101、102、103、104)が、それを介して制御信号が中央ユニットから転送される通信チャンネル、及び、それを介して前記カスケード接続されたH−ブリッジコンバータの前記マルチレベルの前記電圧出力(Vout)が中央ユニットに転送される電力移動経路、を含む二本束導体ケーブルを介して前記中央適応化ユニット(105)に接続される、上記DC−ACインバータ。

請求項4

前記通信チャンネルが無線である、請求項1又は2に記載のDC−ACインバータ(100)。

請求項5

請求項1〜4の何れか1項に記載のDC−ACインバータ(100)であって、前記H−ブリッジコンバータ(101、102、103、104)の各一つが、前記H−ブリッジコンバータを前記光起電力素子から接続、及び接断するように選択的に作動できる、その入力部に配置されたスイッチ(S1、S2、S3、S4)を更に含む、上記DC−ACインバータ。

請求項6

スイッチ制御回路がマイクロコントローラ(107)であり、各H−ブリッジコンバータ(101)に、その切り替えを制御するため個別のマイクロコントローラが配置される、請求項1〜5の何れか1項に記載のDC−ACインバータ(100)。

請求項7

前記複数のH−ブリッジコンバータ(101)の各一つ及びそれぞれの個別の前記マイクロコントローラ(107)が、対応する前記光起電力素子と一体化されるように配置されるプリント回路基板(106)上に取り付けられ、前記中央適応化ユニット(105)が前記プリント回路基板から遠くに離れて配置される、請求項6に記載のDC−ACインバータ(100)。

請求項8

各プリント回路基板(106)が対応する前記光起電力素子の接続箱中に配置される、請求項6に記載のDC−ACインバータ(100)。

請求項9

前記中央適応化ユニット(105)が、交流グリッド電圧(VAC)が前記DC−ACインバータから出力されるように前記マルチレベルの電圧出力を適合させるために、前記カスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続されるインダクタ(LI)を含む、請求項1〜8の何れか1項に記載のDC−ACインバータ。

請求項10

太陽光発電システム(200)であって、複数の光起電力素子(108、109、110、111)と、DC−ACインバータとを含み、該DC−ACインバータは、複数のH−ブリッジコンバータ(101、102、103、104)であって、各々が前記複数の光起電力素子の各一つと一体化され、前記それぞれの光起電力素子から直流電圧(VDC1、VDC2、VDC3、VDC4)を供されるように配置され、前記H−ブリッジコンバータは更にマルチレベルの電圧出力(Vout)を生み出すためにカスケード接続された前記複数のH−ブリッジコンバータと、前記マルチレベルの電圧出力を生み出すために、その切り替えを制御するために前記複数のH−ブリッジコンバータの各々の一つに接続されたスイッチ制御回路(107)と、交流グリッド電圧(VAC)が前記DC−ACインバータから出力されるように前記マルチレベルの電圧出力を適合させるために、前記カスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応化ユニット(105)とを含む、上記太陽光発電システム。

技術分野

0001

本発明は、DC−ACインバータ及び太陽光発電システムに関する。

背景技術

0002

当技術分野において、多くの異なるDC−ACコンバータタイプが、ソーラーパネルのような光電池PVエレメントを既存の電力系統に接続するために使用されてきた。ソーラーパネルによって生み出される直流電圧交流電圧に変換するための従来技術のコンバータタイプの例は、例えば、ストリングコンバータ、電力オプティマイザ、及びマイクロインバータである。コンバータのそれぞれのタイプは或る利点及び欠点を伴う。例えば、ストリングコンバータは高い変換効率を有するが、それが部分的な遮光ハーベスティング(shading harvesting)に出会うときそれが悪くなり、一方、電力オプティマイザは部分的遮光ハーベスティングで良好に働くが、ストリングコンバータよりも変換効率がより低くそしてより高価である。最後に、マイクロインバータは一般的に良好に働き、そして多目的に使用できるが、やはりストリングコンバータ及び電力オプティマイザの両者よりももっと高価である。

0003

ソーラーパネル用途において有用であると証明されてきた更なるDC−ACコンバータは、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータ又はチェーンリンクコンバータとも称される、カスケード接続されたフルブリッジコンバータである。カスケード接続されたH−ブリッジコンバータは、カスケードに、つまり、直列に接続される多くのフルブリッジコンバータから成る。直流電圧VDCが供されるコンバータは、電圧レベル+VDC、ゼロ及び−VDCから成る三つのレベルの出力を生み出すことが可能である。マルチレベル波形が形成されように、各コンバータの出力が付加される。Nカスケード接続されたH−ブリッジコンバータから成る回路は、2N+1電圧レベルを備えた電圧波形を生み出すことができ、それを用いて正弦波の良好な近似を達成することが可能である。この特別なトポロジーにおいて、コンバータの直流供給は互いから隔離される。

0004

「応用パワーエレクトロニクス会議及び展示」(APEC)、2010年、25回、年次IEEE、開催期間:2010年2月21〜25日でのFilhoらによる「11−レベルのカスケード接続されたH−ブリッジグリッド−ソーラーパネルと接続されたインバータインターフェース」("11 -level Cascaded H-bridge Grid-tied Inverter Interface with Solar Panels", by Filho et al, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2010 Twenty-Fifth Annual IEEE, Issue Date: 21-25 Feb. 2010)は、ソーラーパネルに接続しているカスケード接続されたH−ブリッジコンバータの使用を開示している。開示された本システムでの問題は、ソーラーパネルエネルギを各ソーラーパネルから対応するH−ブリッジコンバータに移すときに生じる電力損失である。

0005

本発明の目的は、当業技術におけるこれらの問題を解決し又は少なくとも軽減することである。

0006

この目的は、本発明の第一の態様において、複数のH−ブリッジコンバータを含むDC−ACインバータによって達成され、ここで、各々はそれぞれの光起電力素子一体化され、そして光起電力素子から直流電圧を供されるように配置され、ここで、H−ブリッジコンバータは更にマルチレベルの電圧出力を生み出すためにカスケード接続されている。DC−ACインバータは更に、マルチレベルの電圧出力を生み出すべく、その切り替えを制御するために複数のH−ブリッジコンバータの各々一つに接続されるスイッチ制御回路;及び交流グリッド電圧がDC−ACインバータから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるために、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応ユニット(central adaptation unit);を含む。

0007

目的は、本発明の第二の態様において、複数の光起電力素子及びDC−ACインバータを含む太陽光発電システムによって達成される。DC−ACインバータは、複数のH−ブリッジコンバータを含み、各々は複数の光起電力素子のそれぞれ一つと一体化され、そして該各光起電力素子から直流電圧を供されるように配置され、ここで、H−ブリッジコンバータは更に、マルチレベルの電圧出力を生み出すためにカスケード接続されている。DC−ACインバータは更に、該マルチレベルの電圧出力を生み出すべく、その切り替えを制御するために複数のH−ブリッジコンバータの各々一つに接続されるスイッチ制御回路、及び交流グリッド電圧がDC−ACインバータから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるために、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応化ユニット、を含む。

0008

H−ブリッジコンバータを光起電力素子と一体化することによって、製造及び接地に関する多くの利点が達成される。更に、例えばソーラーパネルである、PVエレメント(PVelement)とそのH−ブリッジコンバータの間の直流ケーブル配線の必要性が排除される。直流ケーブル配線の排除に伴う主たる利点は、PVエレメントとH−ブリッジコンバータの間に電力損失が全く起こらない故の、増加する効率である。第二の主たる利点は、コスト面である;直流ケーブル配線(cabling)及びコネクタ(特に、直流定格ケーブル及びコネクタ)は高価であり、そしてPVエレメントと一体化されたDC−ACインバータは総コストにおける実質的な低下をもたらすであろう。第三の利点は安全面である。DC−ACインバータがPVエレメントと一体化され、そしてそのため、もはや長い直流ケーブルによって全く接続されない故に、例えば保守点検者又は消防士電気ショック又は他の電気的危険に曝されるリスクが相当に減じられる。更に、当技術分野において、それぞれのH−ブリッジコンバータに置かれてきた機能は、中央適応化ユニット、例えば、種々の制御機能及びグリッドコンプライアンス回路において実行されることができる。更に、本発明によって個々のPVパネル監視が可能になる。各パネルのエネルギ生産の監視によって、例えば、パネルクリーニング及び保守点検に対する必要性に関する初期表示オペレータに供されるであろうし、その結果、より良い利用がもたらされる。典型的には、中央適応化ユニットは、DC−ACインバータとグリッドの間の避けられない電圧不一致を吸収するためのインダクタを含む。

0009

ストリングコンバータ、電力オプティマイザ、及びマイクロインバータなどの前述のコンバータタイプは、一般的に95〜98パーセントの効率を有し、然るに、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータを利用する本発明は約99パーセントの効率を有する。従って、有利なことに、非常に低い電力散逸のために高価なヒートシンクを回避することができる。

0010

本発明の実施態様において、各H−ブリッジコンバータは、それを介して制御信号転送される通信チャンネルと、それを介して各々のH−ブリッジコンバータの出力が中央適応化ユニットに伝送される電力移動経路とを含む二本束導体ケーブルを介して、中央適応化ユニットに接続され、ここで、該中央適応化ユニットは、直流グリッド電圧がDC−ACインバータから出力されるように、マルチレベル電圧出力を適合させるように配置される。

0011

本発明の代替実施態様において、それを介して各々のH−ブリッジコンバータ及び中央適応化ユニットが接続される通信チャンネルは無線である。

0012

本発明の更なる実施態様において、H−ブリッジコンバータの各々一つは更に、H−ブリッジコンバータの光起電力素子への接続と接断を選択的に操作できる、その入力部のスイッチを含む。

0013

カスケード接続されたH−ブリッジコンバータにおいて、各H−ブリッジの出力の合計は、最終的に生み出されるグリッド交流電圧の必要な大きさよりも大きくなければならない。PVパネルと共に使用されるカスケード接続されたH−ブリッジコンバータの場合、パネルによって生み出される総直流電圧は、効率を低下させる遮光された(shadowed)及び機能不全のパネルを説明する(account for)ために、必要な交流電圧の大きさよりも著しくより高くなければならない。更に、この過剰な大きさの(over dimensioned)直流電圧能力によって供される余剰分は、多過ぎる遮光された及び機能不全のパネルの場合、やはり不十分であり得る。遮光は、典型的には、木、建物又は煙突などの物体によって引き起こされ、そして、住宅領域におけるPVパネル設置に対しては特に普通である。尚、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータの出力電圧は、カスケードチェーン中の個々のH−ブリッジの各出力電圧レベルによって規定される。その結果、もし、一つのPVパネルが遮光され、それに対応する一体化されたDC−ACインバータが小さい−又は最悪の場合ゼロの−電圧しか生み出さないならば、遮光されたPVパネルがDC−ACインバータ出力電圧に(あるとしても)小さな寄与しかしないので、全体のカスケード接続されたH−ブリッジコンバータの出力電圧は影響を受けるであろう。それは非常に望ましくなく、そしてそれは最終的に、充分な交流グリッド電圧が供されることができない状態になる可能性がある。

0014

この特別な実施態様において、H−ブリッジにおける容量式蓄電部、つまり、キャパシタは、PVパネルが接続を断たれるとしても、望ましい出力電圧を生み出すことに能動的でありえる。これは有利にも、非常に小さいコスト増でPVプラントの余剰分及び耐故障性を増させる。即ち、各々のH−ブリッジに対して更なるスイッチ(例えば、MOSFET)しか必要としない。遮光の場合、望ましい電圧レベルが複数のカスケード接続されたH−ブリッジによって到達されるように、電力は、残りの機能しているパネル及びH−ブリッジから、接続を断たれたH−ブリッジの容量式蓄電部に転送されなければならない。

0015

更なる実施態様において、各々のH−ブリッジには、H−ブリッジの切り替えを制御するため、個別のマイクロコントローラが配置される。更に、複数のH−ブリッジコンバータの各々一つ、及びそれぞれの個別のマイクロコントローラは、対応する光起電力素子と一体化されるように配置されるプリント回路基板(PCB)上に取り付けられ、そして中央適応化ユニットはプリント回路基板から遠くに離して配置される。このプリント回路基板は、以下においてサブモジュールと称される。これはDC−ACインバータのPVパネルとの一体化を非常に助けるであろう。マイクロコントローラは各々のサブモジュールに大きな知能(intelligence)を加える。

0016

各々のサブモジュールは典型的に、その上に4つのMOSFET(接続を断つスイッチが利用される場合は5つ)、1つ又はそれ以上のキャパシタ及びマイクロコントローラが取り付けられるPCBから成る。場合により、通信回路がPCB上に提供され得る。低い電力散逸のために、サブモジュールは、気密性で、耐候性の、射出成形されたプラスチックハウジング中に取り付けることができる。

0017

本発明の更に別の実施態様において、各々のプリント回路基板(つまり、各々のサブモジュール)は、対応する光起電力素子の接続箱中に配置される。サブモジュールをPVパネルの接続箱内に一体化することによって、一体化されていないDC−ACインバータを使用するPV設置において見られる直流ケーブル配線を避けることができる。直流ケーブル及びコネクタの省略は、ケーブル及びコネクタが高価であり、そしてまた特別な設置及び安全規定、例えば、火災の場合にそれぞれのPVパネルを隔離するために設置される直流定格回路ブレーカなどを前提としているので、著しく有利である。更に、PVパネル接続箱中のサブモジュールを一体化することによって、追加のコストをかけずに安全な接続を断つ機能が達成できる。ケーブル配線欠陥はサブモジュールによって個別に感知でき、そしてパネル電圧をケーブル配線から即座に接断することができる。これによって、一体化されていないDC−ACインバータを使用するPV設置よりも、設置が本質的により安全になる。更に、それぞれのPVパネルの多くの特徴、例えば、一般的パネル性能、環境発電(energy harvest)パラメータパネル温度などが容易にそして率直に測定できる。また、接続箱中のサブモジュールを一体化することによって、製造及び設置の総コストが下がる。

0018

本発明の更なる実施態様において、モジュールレベル最大電力点追従(MPPT)が供される。PVパネルの電流−電圧特性非線形である。この曲線に沿って、PVパネルの最大出力電力を、或る電流及び或る電圧レベルに対して見出すことができる。このように、パネルは、H−ブリッジキャパシタにかかる電圧が或るレベルにあるとき、最大(又は少なくとも最大に近い)出力電力送達するであろう。PVパネルからの電流は連続的にキャパシタを充電するであろうし、一方、H−ブリッジ出力ターミナルを通して流れる電流は、H−ブリッジの切り替えエレメントの状態に依存して、キャパシタを充電又は放電することができる。正電圧がH−ブリッジによって挿入されるとき、H−ブリッジ出力ターミナルを通して流れる正電流は、キャパシタを充電するであろうし、一方、負電流はそれを放電するであろう。負電圧が挿入されるとき、その逆が成り立つ。グリッド交流電流と同期して、ゼロでない電圧がカスケード内にどの間隔で挿入されるかを選択することによって、例えば、正弦パルス幅変調によって、キャパシタ電圧を出力電力の観点から最適に制御できる。

0019

本発明の更なる特徴、及び利点は、添付請求項及び以下の記述を調べるとき、明らかになるであろう。当業者は、以下において述べられるもの以外の実施態様を生み出すために、本発明の異なる機能が組み合されることができると理解する。記述全体を通して、PVエレメント、PVパネル、ソーラーパネルは、同じタイプの光起電力素子を表わすために互換的に使用される。

図面の簡単な説明

0020

ここで、添付図面を参照して本発明が例として述べられる。そこでは:
本発明の実施態様において使用されるH−ブリッジコンバータを示し、
本発明の実施態様によるDC−ACインバータを示し、
本発明の別の実施態様によるDC−ACインバータを示し、
本発明の更に別の実施態様を示し、そして
本発明の更なる態様による完全な太陽光発電システムを示す。

0021

(詳細な説明)
ここで、添付図面を参照して本発明が以下により完全に述べられ、ここで、本発明の或る実施態様が示される。しかしながら、この発明は多くの異なる形態で具体化され得て、そして本明細書において明らかにされる実施態様に制約されると理解されるべきではない。むしろ、これらの実施態様は、この開示が徹底的で完全であるように、そして本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として供される。

0022

図1は、本発明の実施態様において使用されるであろうH−ブリッジコンバータを示す。典型的に、H−ブリッジコンバータ10の切り替えエレメントは4つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)Q1、Q2、Q3及びQ4の形態において具体化されるが、如何なる他の適切な切り替えエレメントも使用できる。カスケード接続されたH−ブリッジコンバータは、各々が別個直流リンクキャパシタCを備えた、カスケードに接続される多くのフル−ブリッジコンバータ10から成る。直流電圧VDCが供されるコンバータは、電圧レベル+VDC、ゼロ及び−VDCから成る三つのレベルの出力を生み出すことができる。本発明において、直流電圧はPVパネルによって供給される。マルチレベルの出力Voutが形成されように、各々のコンバータの出力が加えられる。N個のカスケード接続されたH−ブリッジコンバータから成る回路は、2N+1電圧レベルを備えた電圧波形を生み出すことができる。この特別なトポロジーはマルチレベルの電圧出力を生み出すために使用される四つの異なる状態を有する。

0023

MOSFETは、それぞれのMOSFETのゲート上に制御電圧をかけることによって制御される。それぞれのゲートに制御電圧をかけるスイッチ制御回路は、本発明の実施態様において、マイクロコントローラの形態において実行される。マイクロコントローラはH−ブリッジコンバータと一緒にプリント回路基板上に取り付けられ、そしてそれぞれのPVパネルの接続箱中に一体化される。

0024

図2は、本発明の実施態様によるDC−ACインバータを示す。DC−ACインバータ100は、複数のH−ブリッジコンバータ101、102、103、104を含み、ここで、各々はそれぞれの光起電力素子と一体化され、そして光起電力素子から直流電圧VDC1、VDC2、VDC3、VDC4を供されるように配置され、ここで、H−ブリッジコンバータは更に、マルチレベルの電圧出力Voutを生み出すためにカスケード接続されている。カスケード接続されるH−ブリッジコンバータの数は、使用されるPVエレメントの数に依存する。例として、4段階のH−ブリッジコンバータは、9−レベルの電圧出力を生み出すことが可能である。更に、DC−ACインバータは、マルチレベルの電圧出力を生み出すその切り替えを制御するために、複数のH−ブリッジコンバータの各々一つに接続されるスチッチ制御回路図2には示されていない)を含む。更に、DC−ACインバータは、交流グリッド電圧VACがDC−ACインバータから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるために、カスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応化ユニット105を含む。その最も単純な形態において、中央適応化ユニットは、DC−ACインバータとグリッドの間の避けられない電圧不一致を吸収するためのインダクタLIを用いて実現される。中央適応化ユニットは典型的には、PVパネルから遠く離れて、例えば、中央監督キャパシティ部(a central supervision capacity)に置かれる。

0025

図3は、本発明の別の実施態様によるDC−ACインバータを示す。図2において示される実施態様に加えて、スイッチS1、S2、S3、S4が、それぞれのH−ブリッジコンバータ101、102、103、104の入力部に配置される。スイッチは、H−ブリッジコンバータをPVパネルに接続および接断するように、選択的に作動できる。スイッチは典型的には、H−ブリッジコンバータと一緒にプリント回路基板上に取り付けられるマイクロコントローラによって作動され、そしてそれはMOSFETの切り替えも制御する。更に、スイッチS1、S2、S3、S4は、MOSFET又は如何なる他の適する切り替えデバイスの形態においても具体化され得る。それぞれのH−ブリッジコンバータ101、102、103、104のキャパシタC1、C2、C3、C4は、PVパネルが接断されるとしても、つまり、接断されるH−ブリッジへの電圧入力がゼロであっても、望ましい出力電圧を生み出すことに能動的であってよい。前に論じられた通り、遮光されたPVパネルを接断する必要性が生じ得て、その場合、電力は、望ましい電圧レベルVout(及び引き続くVAC)が複数のカスケード接続されたH−ブリッジによって達成されるように、残存して機能しているパネル及びH−ブリッジから接断されたH−ブリッジのキャパシタに移されなければならない。例えば、スイッチS2が開き、そしてその結果、H−ブリッジ102がそのPVパネルから接断されると仮定して、H−ブリッジ102は、H−ブリッジ101、103、104へのカスケード接続を介して他のPVパネルから十分な電力を依然として供給されることができる。

0026

図4を参照すれば、本発明の更に別の実施態様において、MOSFETQ1、Q2、Q3、Q4及びキャパシタC1を含む各々のH−ブリッジ101は、スイッチS1並びに、MOSFET及びスイッチS1を作動するマイクロコントローラ107と共にPCB106上に取り付けられる。プリント回路基板は、直流配線及びケーブルが省略できるように、その対応するパネルと一体化される。実施態様において、PCBはPVパネルの接続箱中に一体化される。本発明のカスケード接続されたH−ブリッジコンバータを生み出すために、H−ブリッジを搭載した複数のPCBがカスケードに接続される。

0027

図5は、本発明の更なる態様を示し、ここで完全な太陽光発電システムが供される。太陽光発電システム200は、複数のPVパネル108、109、110、111を含む。各々のPVパネルを用いて、それぞれのH−ブリッジコンバータ101、102、103、104は、好ましくはそれぞれのパネルの接続箱中に一体化される。各々のH−ブリッジコンバータは、PVパネルから直流電圧VDC1、VDC2、VDC3、VDC4を供給される。H−ブリッジコンバータは更に、マルチレベルの電圧出力Voutを生み出すためにカスケード接続される。更に、DC−ACインバータは、(典型的には、マルチレベルの電圧出力を生み出すために、その切り替えを制御するために、前述の通りのマイクロコントローラの形態で具体化される)スイッチ制御回路を含む。更に、PVシステム200は、交流グリッド電圧VACがシステムから出力されるように、マルチレベルの電圧出力を適合させるためのカスケード接続されたH−ブリッジコンバータに接続される中央適応化ユニット105を含む。その最も単純な形態において、中央適応化ユニットは、システムとグリッドの間の避けられない電圧不一致を吸収するためのインダクタLIを用いて実現される。中央適応化ユニットは典型的には、PVパネルから遠く離れて、例えば、中央監督キャパシティ部に置かれる。PVシステムは、遮光の場合、H−ブリッジの接続をそのPVパネルから断つための、これまで論じられた通りのスイッチを含んでもよい。

0028

尚、本発明の実施態様においてこれまで論じられた通り、中央適応化ユニット105はインダクタンスよりももっと知性を含み得る。例えば、中央ユニットは、有線又は無線の通信チャンネルの何れかを介して、それぞれのPCBと通信するためのマイクロコントローラを含んでもよい。それは、更に又はあるいは(一つ又は複数の)地絡ブレーカ及び反単独運転(anti−islanding)回路のような他の安全部材を含み得る。更に、中央適応化ユニットは、システム診断を実行するための電流及び電圧の測定回路を含んでもよい。

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