(57)【要約】      （修正有）【課題】光起電力素子の出力電圧を交流に変換するマルチレベルインバータの制御手段を提供する。【解決手段】複数のＨ−ブリッジコンバータ１０１〜１０４をカスケード接続したＤＣ−ＡＣインバータ１００において、各々のＨ−ブリッジコンバータは、それぞれの光起電力素子と一体化され、光起電力素子から直流電圧を供給されるように配置されている。ＤＣ−ＡＣインバータは更に、マルチレベルの交流グリッド電圧ＶＡＣ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、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と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【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化ユニット（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。
【発明の詳細な説明】
【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を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。マルチレベルの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。
【発明の概要】
【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と一体化され、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化ユニット（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（ＰＶ  ｅｌｅｍｅｎｔ）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が電気的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パネルの監視が可能になる。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が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が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−電圧特性は非線形である。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）出力電力を送達するであろう。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：
【図１】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、
【図２】本発明の実施態様によるＤＣ−ＡＣインバータを示し、
【図３】本発明の別の実施態様によるＤＣ−ＡＣインバータを示し、
【図４】本発明の更に別の実施態様を示し、そして
【図５】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、各々が別個の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。
【表１】
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【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。
【図１】
2018029467.tif 000004
【図２】
2018029467.tif 000005
【図３】
2018029467.tif 000006
【図４】
2018029467.tif 000007
【図５】
2018029467.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月24日(2017.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【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化ユニット（１０５）とを含み、
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）と、
それぞれの前記Ｈ−ブリッジコンバータがその光起電力素子から接断された時に、残されている接続したＨ−ブリッジコンバータから容量式蓄電部（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）へ転送された電力から、それぞれの前記Ｈ−ブリッジコンバータへ望ましい出力電圧を生み出すように配置された前記容量式蓄電部と
を更に含むことを特徴とする前記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）が前記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２に記載のＤＣ−ＡＣインバータ（１００）。
【請求項５】
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１〜４の何れか１項に記載のＤＣ−ＡＣインバータ（１００）。
【請求項６】
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５に記載のＤＣ−ＡＣインバータ（１００）。
【請求項７】
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５に記載のＤＣ−ＡＣインバータ（１００）。
【請求項８】
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１〜７の何れか１項に記載のＤＣ−ＡＣインバータ。
【請求項９】
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）とを含み、
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）と、
それぞれの前記Ｈ−ブリッジコンバータがその光起電力素子から接断された時に、残されている接続したＨ−ブリッジコンバータから容量式蓄電部（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）へ転送された電力から、それぞれの前記Ｈ−ブリッジコンバータへ望ましい出力電圧を生み出すように配置された前記容量式蓄電部と
を更に含むことを特徴とする上記太陽光発電システム。
【外国語明細書】
2018029467000001.pdf