(57)【要約】【課題】  パワー発生アレイ（２００）におけるＤＣ・ＡＣ変換システム及び方法。【解決手段】  本システム及び方法は、複数のソーラーパネル（２０５）からなるグループに結合されている多数のインバータ（２２０）を包含している。グループ制御器（２５０）が、該インバータ（２２０）のインターリーブ型スイッチングのために該インバータ（２２０）の動作を調整する。該グループ制御器（２５０）は、ローカルエリアネットワーク（２４５）、ワイアレスネットワーク（６７０）、又はその両方を介して、通信を行って、付加的なソーラーパネル（２０５）と並列に結合されている複数のインバータ（２２０）からなる付加的な複数のグループ（６０２，６０４，６０６）での動作を調整する。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギ発生システムにおいて使用するエネルギ変換アレイにおいて、
複数個のインバータが直流エネルギを受け取り且つ交流エネルギを出力すべく適合されており、第１インバータの出力が第２インバータの出力とインターリーブされているシステム。
【請求項２】
請求項１において、該複数個のインバータは、太陽エネルギ発生システム、風エネルギ発生システム、地熱エネルギ発生システム、及び水を基礎としたエネルギ発生システムの内の少なくとも一つへ結合すべく適合されているアレイ。
【請求項３】
エネルギ発生システムに使用するエネルギ変換アレイにおいて、
複数個のインテリジェントインバータが直流エネルギを受け取り且つ交流エネルギを出力すべく適合されており、該複数個のインバータはパワー帯域最適化を実施する形態とされているアレイ。
【請求項４】
請求項３において、更に、複数個のエネルギ発生装置の各々の値を測定する形態とされている複数個のセンサーが設けられており、前記値は温度、出力電流、及び出力電圧の内の少なくとも一つに対応しているアレイ。
【請求項５】
請求項４において、更に、該複数個のインバータの内の幾つかにグループ制御器が結合されており、該グループ制御器は該複数個のインバータの内の少なくとも１個の動作を変化させるために該複数個のセンサーから受け取られる値を使用する形態とされているアレイ。
【請求項６】
請求項５において、該グループ制御器はデータを遠隔制御器へ送信する形態とされており且つ前記遠隔制御器から受け取られたコマンドに応答するアレイ。
【請求項７】
請求項３において、更に、グループ制御器が設けられており、該グループ制御器は、
該複数個のインバータのパワー出力を測定し、
該測定したパワーを最適パワー帯域の上側限界と該最適パワー帯域の下側限界の内の少なくとも一つと比較し、
該測定したパワーが該上側限界を超えていることの判別に応答して少なくとも１個の付加的なインバータをイネーブルさせ、
該測定したパワーが該下側限界よりも一層低いことの判別に応答して少なくとも１個のインバータをディスエーブルさせる、
形態とされているアレイ。
【請求項８】
エネルギ発生システムに使用するエネルギ変換アレイにおいて、
複数個のソーラーパワー発生装置、
各インバータが該複数個のソーラーパワー発生装置の内の一つから直流エネルギを受け取り且つ交流エネルギを出力すべく適合されている複数個のインバータ、
を有しており、第１インバータの出力が第２インバータの出力とインターリーブされているアレイ。
【請求項９】
請求項８において、該複数個のソーラーパワー発生装置の各々が、ソーラーパネル、複数のソーラーパネルからなるストリング、及び並列に結合されている複数のソーラーパネルからなる複数個のストリング、の内の一つを有しているアレイ。
【請求項１０】
ソーラーパワーシステムに使用するエネルギ変換アレイにおいて、
複数個のソーラーパワー発生装置、
該複数個のソーラーパワー発生装置へ結合されており、非規制直流エネルギを受け取り且つ交流エネルギの出力を調整する形態とされている複数個のインバータ、
を有しているアレイ。
【請求項１１】
請求項１０において、更に、該複数個のインバータに結合されている複数個の制御器を有しているアレイ。
【請求項１２】
請求項１１において、該複数個の制御器がローカルエリアネットワーク接続を介して通信する形態とされているアレイ。
【請求項１３】
請求項１１において、該複数個の制御器がデータを遠隔制御器へ送信する形態とされているアレイ。
【請求項１４】
請求項１０において、該複数個の制御器が、
該複数個のインバータのパワー出力を測定し、
該測定したパワーを最適パワー帯域の上側限界及び該最適パワー帯域の下側限界の内の少なくとも一つと比較し、
該測定したパワーが該上側限界を超えることの判別に応答して少なくとも１個の付加的なインバータをイネーブルし、
該測定したパワーが該下側限界より一層低いことの判別に応答して少なくとも１個のインバータをディスエーブルする、
形態とされているアレイ。
【請求項１５】
請求項１０において、該複数個のインバータが該交流エネルギのパワー最適化を実施する形態とされているアレイ。
【請求項１６】
請求項１０において、該複数個のインバータが該交流エネルギの出力をインターリーブさせる形態とされているアレイ。
【請求項１７】
請求項１０において、該ソーラーパワー発生装置が、ソーラーパネル、複数のソーラーパネルからなるストリング、並列に結合されている複数のソーラーパネルからなる複数個のストリング、の内の一つであるアレイ。
【請求項１８】
パワーアレイ用電流変換方法において、
複数個のエネルギ発生装置からの電気的エネルギを複数個のインバータによって受け取り、
該複数個のインバータによる直流エネルギの交流エネルギへの変換を実施するために該複数個のインバータのスイッチングを調整する、
ことを包含している方法。
【請求項１９】
請求項１８において、入力電流、入力電圧、出力電流、出力電圧、ソーラーパネル温度、及びソーラーアレイ温度の内の少なくとも一つに対応する値を測定する方法。
【請求項２０】
請求項１９において、調整する場合に、更に、該測定した値に基づいて該複数個のインバータの動作を変化させる方法。
【請求項２１】
請求項１８において、更に、パワー要求メーター及び異なる複数個のインバータの制御器の内の少なくとも一つからデータを受け取ることを包含しており、該データが少なくとも１個のソーラーパネルに対する電圧、電流、及び温度の内の少なくとも一つの測定値を包含している方法。
【請求項２２】
請求項２１において、調整する場合に、更に、該受け取ったデータに基づいて該複数個のインバータの動作を変化させる方法。
【請求項２３】
請求項１８において、更に、遠隔制御器及び異なる複数個のインバータの第２制御器の内の少なくとも一つへデータを送信することを包含しており、該データが少なくとも１個のソーラーパネルに対する電圧、電流、及び温度の内の少なくとも一つの測定値を包含している方法。
【請求項２４】
請求項１８において、調整する場合に、
該複数個のインバータの出力パワーを測定し、
該測定したパワーを最適パワー帯域の上側限界及び該最適パワー帯域の下側限界の内の少なくとも一つと比較し、
該測定したパワーが該上側限界を超えていることの判別に応答して少なくとも１個の付加的なインバータをイネーブルし、
該測定したパワーが該下側限界より一層低いことの判別に応答して少なくとも１個のインバータをディスエーブルする、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、大略、電気パワーシステムに関するものであって、更に詳細には、太陽電池パワーアレイからエネルギを変換するシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電セル（ＰＶ）パネル（以後、「ソーラーパネル（solar panel）」とも呼称する）は、電気エネルギを発生するために太陽からの放射光を使用する。ソーラーパネルは、太陽光を電気エネルギへ変換させるために多数のＰＶセルを包含している。大多数のソーラーパネルは、ウエハを基礎とした結晶性シリコンセルか又はカドミウム又はシリコンに基く薄膜セルを使用する。ＰＶセルにおいてウエハ形態で通常使用される結晶性シリコンは、一般的に使用される半導体であるシリコンから派生される。ＰＶセルは、光を直接的にエネルギへ変換させる半導体装置である。光がＰＶセルを照射すると、該セルにわたり電圧が発生し、且つ、負荷に接続された場合には、該セルを介して電流が流れる。その電圧及び電流は、セルの物理的寸法、セル上に照射される光量、セルの温度及び外部的ファクターを含む幾つかのファクターによって変化する。
【０００３】
ソーラーパネル（ＰＶモジュールとも呼称される）は、直列及び並列に配列された複数個のＰＶセルから構成されている。例えば、ＰＶセルは、最初に、１つのグループ内において直列に結合される。次いで、これらの多数のグループが並列に結合される。同様に、ＰＶアレイ（「ソーラーアレイ（solar array）」とも呼称される）は直列及び並列に配列された複数個のソーラーパネルから構成される。互いに物理的に近接して位置される２個又はそれ以上のＰＶアレイはＰＶアレイサイト（site）と呼称される。
【０００４】
各ソーラーパネルによって発生される電気的パワーはソーラーパネルの電圧及び電流によって決定される。ソーラーアレイにおいては、電気的接続部は、所望の出力ストリング（string）電圧を達成するために直列に形成され、及び／又は、所望の量のストリング電流源能力を与えるために並列に形成される。幾つかの場合において、各パネル電圧はＤＣ−ＤＣコンバータでブーストされるか又はバックされる。
【０００５】
ソーラーアレイは、電気的負荷、電気的グリッド又はこれに制限されるものではないがバッテリセル即ち電池などの電気的パワー格納装置へ接続される。ソーラーパネルは直流（ＤＣ）電気的パワーを送給する。電気的負荷、電気的グリッド又は電気的パワー格納装置が交流（ＡＣ）を使用して動作する場合には（例えば、毎秒６０サイクル、即ち６０ヘルツ（Ｈｚ））、ソーラーアレイはＤＣ−ＡＣ変換器を介して電気的負荷、電気的グリッド、又は電気的パワー格納装置へ接続される。
【０００６】
ソーラーパネルは、そのＩ−Ｖ曲線によって記述される電圧及び電流特性を示す。ソーラーセルが負荷へ接続されていない場合には、それの端子を横断しての電圧はその開回路電圧Ｖｏｃである。該端子が一緒に接続されて短絡回路を形成している場合には、短絡回路電流Ｉｓｃが発生される。両方の場合に、パワーは電圧に電流を乗算したもので与えられるので、パワーが発生されることはない。最大パワーポイント（ＭＰＰ）はソーラーパネルが最大パワーで動作するポイントを定義する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のソーラーアレイにおいては、ソーラーアレイにおける個々のソーラーパネルは該アレイが適切に動作するためには完全に太陽光を受光せねばならない。該アレイの一部に陰が付いている（「shaded」）か、又はその他の態様で欠陥的である場合には、全体的なアレイのパワー出力は、たとえこれらのセクションからのパワー出力が未だに太陽光に露呈されているものであっても、低下される。不可避的に、パネル間の効率を減少させる変動も多くのソーラーアレイ内に存在する。従って、これらの変動が検知されず且つ補正されないままの場合には、かなりの量のエネルギが実現されないままとなる。
【０００８】
単一のソーラーパネルによって発生されるＤＣパワーをＡＣパワーへ変換する「マイクロインバーター」を製造する試みが従来なされている。パネル当たり（モジュール当たりとも呼称される）の変換は、局所化された最大パワーポイントトラッキング（ＭＰＰＴ）及び時間の経過に従い古いソーラーパネルを新しいものと置換することの能力を包含する重要な利点を与える。古いソーラーパネルの置換は、ソーラーアレイ内の古いものである蓋然性の高い既存のソーラーパネルの電圧及び電流特性とマッチさせる必要性無しで実施することが可能である。
【０００９】
然しながら、この様な従来のシステムにおいては、既存のソーラーパネルは、例えば１２０Ｖ単相に対してほぼ２００Ｖ又は２０８Ｖ３相に対して３００Ｖである、AＣパワーグリッド上で見られるピーク電圧より下側の電圧において動作する。そのために、この様な従来のシステムはブーストステージを包含せねばならない。ブーストステージは一層複雑な回路を必要とし、それは高価なものである可能性があり且つ信頼性のないコンポーネントである可能性のある変圧器を包含している。
【００１０】
従来のインバーターデザインにはトレードオフが存在している。インバーターデザインにおけるトレードオフは、パルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチング周波数に関連している。一層高い周波数はグリッドトラッキングの正確度を増加させ、従って、高調波歪を減少させる。然しながら、一層高い周波数は一層多くのスイッチングとなる。スイッチングが増加するとスイッチング損失に起因して効率を減少させる。
【００１１】
更に、物理的寸法及び基板インダクタ上のインダクタンスに関連するトレードオフがインダクタデザインに存在している。大型で高いインダクタンスのインダクタは、高調波歪が最小である。然しながら、大型で高いインダクタンスのインダクタは、金銭的コスト及び物理的空間の両方において高価なものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ソーラーセルパワーシステムにおいて使用するソーラーパネルアレイが提供される。ソーラーパネルアレイは多数のソーラーパネルを包含している。ソーラーパネルアレイは、又、ソーラーパネルに並列に結合されている複数個のインバーターを包含している。少なくとも１個のグループ制御器が、該複数個のインバーターの動作がインターリーブ型スイッチングを実施すべく調整する形態とされている。
【００１３】
ソーラーセルパワーシステムにおいて使用するコンバーター即ち変換器が設けられる。該変換器は、該多数のソーラーパネルの正端子へ結合すべく適合されている第１入力端子を包含している。該変換器は、更に、第１入力端子へ結合されている第１高側スイッチと、第１入力端子へ結合されている第２高側スイッチと、第１高側スイッチ及び第１出力端子間に結合されている第１インダクタと、第２高側スイッチ及び第２出力端子間に結合されている第２インダクタと、第１出力へ結合されている第１プルダウンスイッチと、第２出力へ結合されている第２プルダウンスイッチと、制御器とを包含している。該制御器は、第１及び第２高側スイッチ及び第１及び第２プルダウンスイッチの動作を変化させる形態とされている。
【００１４】
光電アレイ用電流変換方法が提供される。該方法は、複数個のソーラーパネルから複数個のインバーターによって電気的エネルギを受け取ることを包含している。該インバーターのスイッチングは、該複数個のインバーターによって直流エネルギを交流エネルギへインターリーブ型変換を実施するために調整される。
【００１５】
以下の本発明の詳細な説明を行なう前に、この特許文書全体にわたり使用される或る単語及び語句の定義を説明することが有益的であると思われる。「パケット」という用語は、特定の通信信号に対して使用されるフォーマットにかかわらずに、任意の情報を担持する通信信号のことを意味している。「アプリケーション」、「プログラム」、「ルーチン」等の用語は、１個又はそれ以上のコンピュータプログラム、複数組の命令、手順、機能、オブジェクト、クラス、インスタンス、又は適宜のコンピュータ言語で実現するために適合された関連するデータのことを意味している。「結合」という用語及びその派生語は、互いに物理的に接触しているか否かにかかわらずに２個又はそれ以上の要素間における任意の直接的又は間接的な通信のことを意味している。「送信」、「受信」、及び「通信」等の用語及びそれらの派生語は、直接的及び間接的な両方の通信を包含している。「含む」及び「有する」等の用語及びそれらの派生語は、制限無しでの包含を意味している。「又は」という用語は、包含的なものであって、及び／又はを意味している。「と関連する」及び「それと関連する」という語句及びそれらの派生語句は、包含すること、その中に包含されること、それと相互接続すること、含有すること、その中に含有されること、それへ又はそれで接続すること、それへ又はそれと結合すること、それと通信可能であること、それと協働すること、インターリーブすること、並置すること、それに近接していること、それに対して又はそれで束縛されること、その特性を持つこと等を意味する場合がある。「制御器」という用語は、少なくとも１個の動作を制御する任意の装置、システム、又はその一部を意味している。制御器は、ハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア、又は少なくともこれらの内の２つの何らかの結合で実現することが可能である。任意の特定の制御器と関連する機能性は、局所的であるか又は遠隔的であるかにかかわらずに、集中型又は分散型とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本開示の実施例に基くソーラーアレイの概略図。
【図１Ｂ】本開示の実施例に基くソーラーパネルの概略図。
【図１Ｃ】本開示の実施例に基くネットワーク接続を介してデータを送信する例示的な温度データ出力ライン及び全天日射計データラインを示した概略図。
【図２】本開示の実施例に基くインテリジェントインバータを包含するソーラーアレイの概略図。
【図３】本開示の実施例に基くインテリジェントインバータスイッチング動作を示したフローチャート。
【図４】本開示の実施例に基いて２つの入力電圧で動作するＤＣ・ＡＣ変換器に対するパワー変換効率−百分率（％）定格出力パワーに対する例示的グラフ。
【図５】本開示の実施例に基く適応性パワー管理に対する例示的グラフ。
【図６】本開示の実施例に基いて中央制御器ファシリティに応答して単一のスイッチング手段を介して電気的パワーグリッドへ結合されているパワーインバーターの複数のグループを含むソーラーパネルを示した概略図。
【図７Ａ】本開示の実施例に基いて発生された電流リップルの波形の例示的なグラフ。
【図７Ｂ】本開示の実施例に基いて負荷へ電流を供給する３個の同期型インバータに対する電流の例示的なグラフ。
【図７Ｃ】本開示の実施例に基いて負荷へ電流を供給する３個の調整されたインターリーブ型インバータに対する電流の例示的なグラフ。
【図８】本開示の実施例に基いて出力正弦波の高調波歪に関する調整されていない場合と調整されている場合のインターリーブ型インバータの効果を示した例示的なグラフ。
【図９】本開示の実施例に基く変圧器の無い非ブーストＤＣ・ＡＣパワー変換器の概略図。
【図１０】本開示の実施例に基いて３相ＡＣパワー発生用の３相デルタ形態に結合されたインバータグループを具備するソーラーアレイの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に説明する図１Ａ乃至１０及び本特許文書における本開示の原理を説明するために使用する種々の実施例は単に例示的なものであり、本開示の範囲を何ら制限するような態様で解釈されるべきものではない。本開示の原理は任意の適宜に構成された光電アレイシステムにおいて実現することが可能であることは当業者が理解するものである。
【００１８】
本開示の範囲はＤＣエネルギをＡＣエネルギへ変換すべく適合された複数のパワーインバータからなるアレイに関するものである。ここで説明する実施例は、ソーラーアレイ内の１個又はそれ以上のソーラーパネル等のソーラーエネルギ発生装置に結合されているパワーインバータについて説明するが、パワーインバータは風力発電機又は風力発電機ファーム、地熱エネルギ発生装置、及び水（ハイドロ）又は波力発電装置、又は同様なパワー源等で、且つこれらに制限されるものではない、任意のＤＣエネルギ発生装置へ結合させることが可能であり、且つそれからＤＣエネルギを受け取ることが可能である。
【００１９】
図１Ａは本開示の実施例に基くソーラーアレイの概略図を例示している。図１Ａに示したソーラーアレイ１００の実施例は、単に例示的なものであるに過ぎない。ソーラーアレイのその他の実施例は本開示の範囲から逸脱すること無しに使用することが可能である。
【００２０】
ソーラーアレイ１００を形成するためにどのようにして複数のパネル１０５を一緒に接続するかの非制限的な例を図１Ａに示してある。ソーラーアレイ１００は６個のソーラーパネル１０５を包含している。理解されるように、６個のソーラーパネル１０５の例は例示的なものに過ぎず、ソーラーアレイは任意の数のソーラーパネル１０５を包含することが可能である。ソーラーパネル１０５は、例えば、上から下へ配列されて、各々が２個のパネルからなる３個の行に直列に結合されている。例えば、ソーラーアレイ１００は、単一列のストリングによって形成することが可能である。ソーラーパネル１０５は、第１ソーラーパネル１０５ａの負端子が第２ソーラーパネル１０５ｂの正端子へ結合され、第２ソーラーパネル１０５ｂの負端子が第３ソーラーパネル１０５ｃの正端子へ結合される、等々のように結合されている。更に、第１ソーラーパネル１０５ａの正端子はソーラーアレイ１００の正出力端子１１０へ結合されている。幾つかの実施例においては、第１ソーラーパネル１０５ａの正端子はソーラーアレイ１００の正出力端子１１０である。更に、最後のソーラーパネル１０５ｆの負端子はソーラーアレイ１００の負出力端子１１５へ結合されている。幾つかの実施例においては、最後のソーラーパネル１０５ｆの負端子はソーラーアレイ１００の負出力端子１１５である。
【００２１】
ソーラーアレイ１００は全天日射計（pyranometer）１２０又は太陽放射センサーを包含している。いくつかの実施例においては、全天日射計はソーラーアレイ１００に近接して独立的に装着されている。付加的な且つ代替的な実施例においては、全天日射計はソーラーアレイ１００上に装着されている。全天日射計１２０は、平坦な表面上の広帯域の太陽放射照度を測定するために使用される日射計の一つのタイプである。全天日射計１２０は、華氏１８０度（１８０°Ｆ）の視界から太陽放射束密度（ワット／平方メートル）を測定する形態とされているセンサーである。全天日射計１２０は、ソーラーアレイ１００における測定した広帯域の太陽放射照度に対応するデータを送信するために、データ線１２２へ結合されている。全天日射計１２０のデータ出力はソーラーアレイ１００上に入射する太陽光の量に比例する。
【００２２】
図１Ｂは本開示の実施例に基くソーラーパネル１０５の概略図を例示している。図１Ｂに示したソーラーパネル１０５の実施例は単に例示的なものに過ぎない。ソーラーパネル１０５のその他の実施例を本開示の範囲を逸脱すること無しに使用することが可能である。
【００２３】
幾つかの実施例においては、１個又はそれ以上のソーラーパネル１０５内の複数のＰＶセル１２５からなる複数のストリング（列）が並列に結合されている。例えば、ソーラーパネル１０５において、複数のＰＶセル１２５からなる第１ストリング１３０が、複数のＰＶセル１２５からなる第２ストリング１４０と並列に結合されている、等々である。理解されるように、２つのストリング１３０，１３５の例は単に例示的なものに過ぎず、ソーラーパネル１０５は任意の数のストリングを包含することが可能である。
【００２４】
各ストリング１３０，１３５は、第１ＰＶセル１２５の負端子が第２ＰＶセル１２５の正端子へ結合される、等々のように直列に結合されている多数のＰＶセル１２５を包含している。更に、各ストリング１２０，１３５は、バイパスダイオード１４０を包含している。各ストリング１３０，１３５において、バイパスダイオード１４０は、第１ＰＶセル１２５の正端子とソーラーパネル１０５の正端子１４５との間に結合されている。各ストリング１３０，１３５において、ソーラーパネル１０５の負端子１５０は最後のＰＶセル１２５の負端子へ結合されている。
【００２５】
バイパスダイオード１４０は、ソーラーパネル１０５に対して短絡回路保護を与える。光電セル１２５は、特別に構成されたＰＮ接合であり且つ高い電流の流れの下で高外気温において動作している場合にショートする場合がある。ストリング１３０，１３５内の１個のＰＶセル１２５がショートする場合には、ショートしたＰＶセル１２５を有するストリング１３０，１３５の電圧は他のストリング１３０，１３５の電圧より下側に降下することとなる。例えば、第１ストリング１３０内のＰＶセル１２５がショートすると、第１ストリング１３０の電圧は第２ストリング１３５の電圧より１個のダイオード電圧降下を超えて降下することとなる。従って、バイパスダイオード１４０は逆バイアスされ且つ導通状態を停止し、ショートしたＰＶセル１２５を有するストリング１３５は全ソーラーパネル１０５に対して短絡回路となることはない。
【００２６】
ソーラーパネル１０５は温度センサー１５５を包含している。幾つかの実施例においては、温度センサー１５５はソーラーパネル１０５上に装着されている。温度センサー１５５は、ソーラーパネル１０５における又はその上の温度をモニターする形態とされている。温度センサー１５５はデータ出力線１６０へ結合されている。各ソーラーパネル１０５は対応する温度データ出力線１６０を包含している。例えば、図１Ａに例示した如く、ソーラーパネル１０５ａは温度データ出力線１６０ａを包含しており、ソーラーパネル１０５ｂは温度データ出力線１６０ｂを包含しており、ソーラーパネル１５０ｃは温度データ出力線１６０ｃを包含しており、ソーラーパネル１０５ｄは温度データ出力線１６０ｄを包含しており、ソーラーパネル１０５ｅは温度データ出力線１６０ｅを包含しており、ソーラーパネル１０５ｆは温度データ出力線１６０ｆを包含している。
【００２７】
図１Ｃは、本開示の実施例に基く、ネットワーク接続を介してデータを送信する例示的な温度データ出力線及び全天日射計データ線を例示している。図１Ｃに示したネットワーク接続を介してデータを送信するこの実施例の温度センサー及び全天日射計は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００２８】
温度出力データ線１６０ａ−１６０ｆ、例えば、ソーラーアレイ１００に対する温度出力データ線１６０、はネットワーク接続１６５を介してソーラーサイトマネージャへ結合されている。更に、全天日射計１２０からのデータ線１２２もネットワーク接続１６５を介して該サイトマネージャへ結合されている。該ネットワーク接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）接続、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）接続、ワイアライン接続、ワイアレス接続、又はこれらの組み合わせとすることが可能である。
【００２９】
図２は、本開示の実施例に基くインテリジェントインバータを包含しているソーラーアレイの概略図を例示している。図２に示したソーラーアレイ２００の実施例は例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００３０】
該ソーラーサイトは多数のソーラーパネル２０５を包含している。ソーラーパネル２０５は、上述したソーラーパネル１０５と同じ構成及び形態のものとすることが可能である。これらのソーラーパネル２０５は直列に結合されており、即ち第１ソーラーパネル２０５ａの負端子は第２ソーラーパネル２０５ｂの正端子へ結合されており、第２ソーラーパネル２０５ｂの負端子は第３ソーラーパネル２０５ｃの正端子へ結合されており、且つ第３ソーラーパネル２０５ｃの負端子は第４ソーラーパネル２０５ｄの正端子へ結合されている。理解されるように、４個のソーラーパネル２０５の例示は単に例としてのものに過ぎず、ソーラーアレイ２００は任意の数のソーラーパネル２０５を包含することが可能なものである。
【００３１】
最後のソーラーパネル２０５ｄの負端子は負（−）ＤＣパワーライン２１０へ結合されている。第１ソーラーパネル２０５ａの正端子は正（＋）ＤＣパワーライン２１５へ結合されている。
【００３２】
多数のパワーインバータ２２０がＤＣパワーライン２１０，２１５へ結合されている。例えば、各パワーインバータ２２０はその負ＤＣパワー入力（−）２２２を負ＤＣパワーライン２１０へ結合しており、且つその正ＤＣパワー入力（＋）２２４を正ＤＣパワーライン２１５へ結合している。
【００３３】
個々のパワーインバータ２２０の各々は、夫々のＡＣ正弦波に対応する複数個の出力線Ａ，Ｂ，Ｃを包含している。ＡＣ電気系は３相の正弦波で動作する。正弦波電圧は接地に関して測定され、従って、正のピークと負のピークとを有している。３つの相は、夫々、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」として示してある。各相は１２０度（１２０°）だけ次の相から離隔されている。従って、各相Ａ，Ｂ，Ｃに対する正及び負のピークは、他の相のＡＣ電圧に対して異なる位相を有している。パワーインバータ２２０は、各相が対応する相に接続されるように（例えば、同一のピーク電圧タイミング又は同一のフェージング即ち整相を有している）出力線Ａ，Ｂ，Ｃを介して互いに結合されている。例えば、第１インバータ２２０ａの出力線Ａは第２及び第３インバータ２２０ｂ及び２２０ｃの各々の出力線Ａへ結合されており、第１インバータ２２０ａの出力線Ｂは第２及び第３インバータ２２０ｂ及び２２０ｃの各々の出力線Ｂへ結合されており、且つ第１インバータ２２０ａの出力線Ｃは第２及び第３インバータ２２０ｂ及び２２０ｃの各々の出力線Ｃへ結合されている。各同一の位相とされたインバータ２２０出力線は多数のＡＣ出力線２３０，２３２，２３４の一つへ結合されている。例えば、インバータ２２０の各々からの出力線ＡはＡＣ出力線２３０へ結合されており、インバータ２２０の各々からの出力線ＢはＡＣ出力線２３２へ結合されており、且つインバータ２２０の各々からの出力線ＣはＡＣ出力線２３４へ結合されている。
【００３４】
パワーインバータ２２０は内部ＡＣスイッチング装置２４０を包含している。スイッチング装置２４０はインバータ２２０によって内部的に発生される制御信号に応答する。スイッチング装置２４０は、ソーラーアレイ２００の出力パワーが或る（例えば、特定された）スレッシュホールドの上側にあり且つ安定している場合に、個々のパワーインバータ出力Ａ，Ｂ，Ｃを出力線２３０，２３２，２３４へ結合させる。スイッチング装置２４０は、切断イベントに応答して出力線２３０，２３２，２３４からインバータ２２０を切断させる（例えば、結合を切る）形態とされている。切断イベントは、これらに制限されるべきものではないが、インバータ２２０の過熱、インバータ２２０の故障、グループ制御器２５０からネットワーク２４５を介してインバータ２２０へ送信される切断コマンド、を包含することが可能である。ネットワーク２４５は、ワイアライン又はワイアレス通信媒体を介して確立されるＬＡＮ接続又はＷＡＮ接続とすることが可能である。
【００３５】
各インバータ２２０はデータ接続２５５を介してネットワーク２４５へ結合されている。幾つかの実施例においては、データ接続２５５はマルチワイヤデジタルデータ線接続である。ネットワーク２４５は、パワーインバータ２２０内及びグループ制御器２５０内の内部ラインドライバ（特に例示していない）と共に、ＲＳ−４８５等の当該技術において周知のプロトコルを使用してデジタルデータの双方向（例えば、２方向）の流れを可能とする。
【００３６】
グループ制御器２５０は、１個又はそれ以上のプロセッサと、各インバータ２２０からの出力電圧データ及び電流データを受け取り且つ格納する形態とされているメモリ装置と、を包含している。グループ制御器２５０は、ネットワーク２４５によりインバータグループ内の複数のインバータ２２０からの出力電圧データ及び電流データを受け取る。グループ制御器２５０は、該インバータグループ内のインバータ２２０の出力パワーを該出力パワーの最適パワー帯域又は最小変換損失範囲内に維持するために、受け取った出力電圧データ及び電流データを使用すべく適合されている。
【００３７】
各ソーラーパネル２０５内に包含されている１個又はそれ以上の温度及び／又は電圧センサー２７０及び１個又はそれ以上の輻射計（例えば、特に例示していない全天日射計）がネットワーク２４５を介してデータをグループ制御器２５０へ送信する。グループ制御器２５０は、太陽エネルギの電気的パワーへの変換をＭＰＰに維持するために出力電流を変化させるために、ネットワーク２４５を介して、パワーインバータ２２０へコマンドを送信する。付加的に且つ代替的に、グループ制御器２５０は、ソーラーパネル２０５及びパワーインバータ２２０から回収したデータをワイアレスデータネットワークを介してワイアレスデータ送信機／受信機２６０及びアンテナ２６５を使用して中央ファシリティ（不図示）へ送ることが可能である。幾つかの実施例においては、グループ制御器２５０は、これに制限されるべきものではないが、通信ポート又はモデム等のワイアラインインターフェース（不図示）を使用してワイアラインデータネットワークを介して該中央ファシリティへデータを送る。グループ制御器２５０は、アンテナ２６５及び送信機／受信機２６０を介して中央ファシリティから受けとったコマンドに応答する。受け取ったコマンドは、これに制限されるものではないが、ソーラーアレイ２００における１個又はそれ以上の要素の検査及び維持のために必要とされるようなインバータグループシャットダウンコマンドを包含することが可能である。
【００３８】
図３は本開示の実施例に基づくインテリジェントインバータスイッチング動作を例示している。図３に示した動作３００の実施例は例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００３９】
該インバータの内の１個又はそれ以上はステップ３０５においてイネーブル、即ち動作可能状態とされる。従って、イネーブルされたインバータは、これに制限されるものではないが、電気分配グリッド等のＡＣ電気的負荷へパワーを出力する。
【００４０】
ステップ３１０において、インバータの出力パワーは該インバータに対する最適パワー帯域の上側パワー限界に対して測定される。該パワーは、該インバータによって個別的に測定することが可能であり、該インバータから受け取ったデータを使用してグループ制御器によって測定することが可能であり、又はこれらの両方によって測定することが可能である。出力パワーが該インバータに対する最適パワー帯域の上側限界を超えるものではない場合には、本処理はステップ３１０において繰り返し、その場合に、出力パワーは断続的に又は特定した間隔で測定される。
【００４１】
動作中のインバータの出力パワーが１個のインバータに対する最適パワー帯域の上側パワー限界の上側に移行する場合には、該グループ内の２番目の（例えば、別の）インバータがステップ３１５においてイネーブルされる。付加的なインバータ（例えば、以前に１個のインバータがイネーブルされている場合には２番目のインバータであり、以前に２個のインバータがイネーブルされている場合には３番目のインバータである、等々）は、全出力パワーがそれらのインバータ間で分担されるようにイネーブルされる。例えば、２番目のインバータがイネーブルされる場合には、これらの２個の動作中のインバータは、以前は１個のインバータに対する最適パワー帯域の上側パワー限界であった全出力パワーの５０％を分担することとなる。従って、これらの２個の動作中のインバータは最適なパワー帯域内において動作するが、該最適パワー帯域の下側パワー限界近くである。
【００４２】
付加的な例において、該グループ内の２個のインバータが以前にイネーブルされており且つこれらの２個の動作中のインバータの出力パワーがステップ３１０において２個のインバータに対する最適パワー帯域の上側パワー限界の上側へ移行する場合には、該グループ内の３番目のインバータがイネーブルされ、その結果これら３個の動作中のインバータは２個のインバータに対する最適パワー帯域の上側パワー限界であったパワーの三分の一（例えば、３３．３％）を分担する。従って、これら３個の動作中のインバータは最適パワー帯域内において動作する。
【００４３】
１個を超えるパワーインバータがイネーブルされる場合には、グループ制御器は該インバータの出力パワーを測定し且つその測定値をステップ３２０において最適パワー帯域の下側パワー限界に対して比較する。パワーは各インバータによって個別的に測定することが可能であり、それらのインバータから受け取ったデータを使用してグループ制御器によって測定することが可能であり、又は両方によって測定することが可能である。出力パワーが最低パワー帯域の下側限界を超える場合には、本処理はステップ３１０へ復帰し、そこで、出力パワーは断続的に、又は特定した間隔で測定される。
【００４４】
グループの出力パワーが最適パワー帯域の下側パワー限界の下側へ移行する場合には、それらのインバータの内の一つがステップ３２５においてディスエーブルされて動作状態に維持される各インバータの出力パワーを最適パワー帯域内とさせる。その後に、本処理はステップ３１０へ復帰し、そこで、出力パワーは断続的に又は特定した間隔で測定される。
【００４５】
図４は本開示の実施例に基づいて２個の入力電圧で動作しているＤＣ・ＡＣインバータに対するパワー変換効率−百分率（％）定格出力パワーの例示的グラフを示している。図４に示したグラフ４００の実施例は例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００４６】
３５０ボルトＤＣ（３５０ＶＤＣ）及び５９７ボルトＤＣ（５９７ＶＤＣ）入力を具備する図３において参照されているインバータに対する最適パワー帯域の１例を図４に示してある。ピークパワー変換効率は、入力電圧にかかわらずに定格最大出力パワーの５５％である。従って、５０％乃至８５％定格最大出力パワーの最適パワー帯域がインバータ定格及び実際の出力パワーのみによって決定される。
【００４７】
図５は、本開示の実施例に基づく適応性パワー管理に対する例示的グラフを示している。図５に示したグラフ５００の実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００４８】
グラフ５００は、図２の例の代表を示しており、その場合に、１個の２４００ワット（２４００Ｗ）定格インバータが３個の１０００ワット（１０００Ｗ）定格インバータと比較されている。パワー出力が両方のインバータ形態に対して２４００Ｗへ増加すると、単一のインバータは１０００Ｗにおいてその最適パワー帯域内に移行し且つ１８００Ｗにおいてその最適パワー帯域から外に移行する。３個の１０００Ｗインバータの場合には、１番目のインバータが５００Ｗにおいてその最適パワー帯域内に移行し且つ更なるインバータがイネーブルされる場合にその最適パワー帯域内に留まる。それらの付加的なインバータは該出力に対してエキストラなパワーを付加し且つ同時に全てのインバータ出力は該最適パワー帯域内に維持される。
【００４９】
図６は、本開示の実施例に基づいて、中央制御器ファシリティ（施設）に応答して単一のＡＣスイッチング手段を介して電気的パワーグリッドへ結合される複数のパワーインバータからなる複数のグループを包含しているソーラーアレイを示した概略図である。図６に示したソーラーアレイ６００の実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００５０】
ソーラーアレイ６００は複数のパワーインバータからなる３個のグループ６０２，６０４，６０６を包含している。これら３個のグループ６０２，６０４，６０６は並列に結合されている。従って、各グループ６０２，６０４，６０６からの出力パワーは互いに付加され且つＡＣパワー要求メーター６１０を介して電気的パワーグリッド（又は、ＡＣ電気的負荷）へ転送される。
【００５１】
各グループ６０２，６０４，６０６は３個のパワーインバータを包含している。これらのパワーインバータは、図２を参照して上に説明したパワーインバータ２２０と同じ構造及び形態のものとすることが可能である。理解されるように、各々が３個のパワーインバータを包含している複数のパワーインバータからなる３個のグループの例示は単に例示的なものに過ぎず、且つ本開示の範囲を逸脱すること無しに異なる数のグループ及びグループ当り異なる数のインバータを具備する実施例を使用することも可能である。
【００５２】
複数のパワーインバータからなる１番目のグループ６０２は、パワーインバータ６１１，６１２，６１３及びグループ制御器６２２を包含している。複数のパワーインバータからなる２番目のグループ６０４は、パワーインバータ６１４，６１５，６１６及びグループ制御器６２４を包含している。複数のパワーインバータからなる３番目のグループ６０６は、パワーインバータ６１７，６１８，６１９及びグループ制御器６２６を包含している。付加的に、各グループ制御器６２２，６２４，６２６は、データトランシーバ（例えば、幾つかの実施例においては送信機及び受信機）を包含している。例えば、グループ制御器６２２は、アンテナ６３０へ結合されているデータトランシーバ６２８を包含しており、グループ制御器６２４はアンテナ６３４へ結合されているデータトランシーバ６３２を包含しており、且つグループ制御器６２６はアンテナ６３８へ結合されているデータトランシーバ６３６を包含している。
【００５３】
複数のインバータからなるグループ６０２，６０４，６０６は３相スイッチ６４０へ位相により結合されている。複数のインバータからなるグループ６０２，６０４，６０６は各インバータ６１１−６１９からの出力Ａ，Ｂ，Ｃを３相スイッチ６４０内の対応するスイッチングコンポーネントへ結合させる。例えば、インバータ６１１−６１９からの１番目の出力は１番目の入力線６４２を介して３相スイッチ６４０内の１番目のスイッチング要素へ結合されており、インバータ６１１−６１９からの２番目の出力は２番目の入力線６４４を介して３相スイッチ６４０内の２番目のスイッチング要素へ結合されており、且つインバータ６１１−６１９からの３番目の出力は３番目の入力線６４６を介して３相スイッチ６４０内の３番目のスイッチング要素へ結合されている。幾つかの実施例においては、３相スイッチ６４０は３個の別々のスイッチであり、その場合に、各別個のスイッチはグループ６０２，６０４，６０６の各々から対応する位相Ａ，Ｂ，Ｃに結合されている。該３相スイッチはアンテナ６５０へ結合されているトランシーバ６４８を包含している。３相スイッチ６４０は、入力線６４２，６４４，６４６をＡＣパワー要求メーター６１０の夫々の位相入力６５２，６５４，６５６へ結合させる（例えば、接続及び切断）べく動作可能である。例えば、３相スイッチ６４０は、１番目の入力線６４２を位相入力６５２へ結合させ、２番目の入力線６４４を位相入力６５４へ結合させ、且つ３番目の入力線６４４を位相入力６５４へ結合させる形態とされている。
【００５４】
ＡＣパワー要求メーター６１０は、これに制限されるものではないが、電気的パワー分配グリッド等の電気的負荷へ結合されている出力リードを包含している。ＡＣパワー要求メーター６１０は、出力リードを横断してのライン対ライン電圧を測定し、それは該電気的パワーグリッドのＡＣ電圧である。付加的な且つ代替的な実施例においては、ＡＣパワー要求メーター６１０は、該出力リードにおけるライン対接地電圧を測定する。ＡＣパワー要求メーター６１０は、ＡＣパワー要求メーター６１０の位相入力６５２，６５４，６５６を介してＡＣ電流を送っている複数のインバータからなる３個のグループ６０２，６０４，６０６によって発生される全ライン電流を測定する。幾つかの実施例においては、ＡＣパワー要求メーター６１０は測定した電圧及び出力ＡＣライン電流をトランシーバ６５８及びアンテナ６６０を介してワイアレスデータネットワーク６７０へ送信する。
【００５５】
ワイアレスデータネットワーク６７０は、ワイアレスルータ６７４へ結合されているアンテナ６７２を包含している。ワイアレスデータネットワーク６７０は遠隔制御器６７６と通信する。幾つかの実施例においては、遠隔制御器６７６は、インターネット又はその他のワイアライン通信６７８を介してワイアレスルータ６７４を介してワイアレスデータネットワーク６７０へ結合されている。幾つかの実施例においては、ワイアレスルータ６７４又はアンテナ６７２、又は両方は、遠隔制御器６７６内に包含されている。
【００５６】
遠隔制御器６７６は、トランシーバ６７４及びアンテナ６７２を介してデータを受け取る。該データはグループ制御器６２２，６２４，６２６から受け取られる。例えば、グループ制御器６２２はデータをトランシーバ６２８及びアンテナ６２２を介して遠隔制御器６７６へ送信し、該遠隔制御器６７６は該データをアンテナ６７２及びワイアレスルータ６７４を介して受け取る。
【００５７】
遠隔制御器６７６は、又、ワイアレスルータ６７４及びアンテナ６７２を介してコマンドを送信する。該コマンドはグループ制御器６２２，６２４，６２６によって受け取られる。例えば、遠隔制御器６７６はデータをトランシーバ６７４及びアンテナ６７２を介してグループ制御器６２２へ送信し、該グループ制御器６２２は該データをアンテナ６３０及びトランシーバ６２８を介して受信する。付加的に、遠隔制御器は３相スイッチ６４０へコマンドを送信することが可能である。例えば、３相スイッチ６４０はアンテナ６５０及びトランシーバ６４８を介して遠隔制御器６７６からコマンドを受け取る。幾つかの実施例においては、遠隔制御器６７６はコマンドをＡＣパワー要求メーター６１０へ送信することが可能であり、それは該コマンドをアンテナ６６０及びトランシーバ６５８を介して受け取る。
【００５８】
図７Ａは本開示の実施例に基づいて発生される電流リップルの波形の例示的グラフを示している。図７Ａに示したグラフの実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００５９】
全てのグループ制御器６２２，６２４，６２６及び遠隔制御器６７６の間のワイアレスネットワーキングがソーラーアレイ６００内の全てのパワーインバータ６１１−６１９に対するターンオン時間の調整を改善する。パワーインバータ６１１−６１９内の１個のパワースイッチがターンオンすると、出力電流は直線的勾配で増加することを開始する。パワーインバータ６１１−６１９内の１個のパワースイッチがターンオフすると、出力電流は直線的勾配で減少することを開始する。このスイッチングはＡＣ正弦波に対して鋸歯状波成分７０５を形成する。鋸歯状波７０５はインバータパワースイッチ周波数に等しい基本周波数と該基本周波数の多数の高調波周波数とを持っている。基本及び高調波周波数がＡＣ正弦波に付加されると、ＡＣ出力における高調波歪みが発生する。３個のパワーインバータが並列に接続されており且つそれらのパワースイッチターンオン時間及びターンオフ時間が同期されている場合には、鋸歯状波成分の振幅は３倍となり且つ高調波歪みは３倍悪化する。
【００６０】
図７Ｂは本開示の実施例に基づいて負荷に対して電流を供給する３個の同期されたインバータの電流リップルの例示的グラフを示している。図７Ｂに示したグラフの実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００６１】
１例においては、３個のパワーインバータが並列に接続されており、且つそれらのパワースイッチターンオン時間は１サイクル時間、即ちインバータスイッチング周波数の１周期、内において等しく離隔されている。任意の与えられた時間において、出力電流を増加させているか又は減少させているかのいずれかである２個のインバータが存在しており、一方３番目のインバータは該出力電流に対して反対のことを行っている。このことは、任意の時間において、出力電流におけるリップルは一つのインバータに対するのと同じ割合で上昇又は下降しているが、それが単一のインバータに対して行う時間の三分の一に対して上昇又は下降することを意味している。その結果は、鋸歯状波７１０形態のリップル電流であり、それはインバータスイッチング周波数の３倍であるが、単一のインバータに対するリップル電流７０５の振幅の三分の一である。該リップル電流の基本周波数の高調波の振幅も、それらが単一のインバータに対するものの三分の一である。
【００６２】
図７Ｃは、本開示の実施例に基づいて負荷へ電流を供給する３個の調整されたインターリーブ型インバータに対する電流の例示的グラフを示している。図７Ｃに示したグラフの実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００６３】
幾つかの実施例において、該インバータは位相毎にインターリーブされている。この様な実施例においては、１個のインバータが２番目のインバータの前にターンオンされる。更に、該２番目のインバータの後の或る時間において３番目のインバータがターンオンされる。各インバータがターンオンされる間の間隔は、スイッチオン及びオフされるインバータの数に基づくものとすることが可能である。例えば、該間隔は負の２０度（−２０°）と正の２０度（＋２０°）との間の位相シフトとすることが可能である。調整済みインターリービングは、ＡＣパワーグリッドへ送られるＡＣ出力における高調波を減少させるために、最大パワーポイント計算同期と関連して動作する。調整済みインターリービングは、図７Ｂにおける鋸歯状波７１０形態によって例示される建設的干渉ではなく各インバータから周波数の破壊的干渉を与える。従って、インターリーブされたインバータにより形成される鋸歯状波７１５形態は、図７Ｂに例示した同期型インバータのものよりも著しく一層小さなものであり、且つ、幾つかの実施例においては、図７Ａに例示した単一インバータの鋸歯状リップル電流７０５よりも一層小さいものである。
【００６４】
図８は本開示の実施例に基づいて出力正弦波の高調波歪みに関する非調整型と調整型のインターリーブ型インバータの効果を示した例示的グラフを示している。図８に示したグラフの実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００６５】
図８に示したグラフ表示は、ＡＣ正弦波の高調波成分に関する非調整型インバータと調整型インターリーブ型インバータの効果を比較している。上のグラフは２個及び３個の配列結合した非調整型インバータに対する出力電流の半分の正弦波を示している。上のグラフは、１個のインバータから並列の２個のインバータへそして並列の３個のインバータへ移行する場合に、正弦波に付加される鋸歯状電流リップルの振幅が漸次的に一層大きくなることを示している。
【００６６】
下のグラフは、２個及び３個の並列結合した調整型インターリーブ型インバータに対する出力電流の半分の正弦波を示している。理解されるように、２個及び３個の並列結合した調整型インターリーブ型インバータの例示は単に例示的なものに過ぎず、本開示の範囲を逸脱すること無しに３個を超えるインバータを使用することが可能である。調整型インターリーブ型インバータの場合には、正弦波に付加される鋸歯状電流リップルの振幅は、１個のインバータから並列の２個のインバータへそして並列の３個のインバータへ移行する場合に、周波数において漸次的に一層高いものとなり且つ振幅において一層小さなものとなる。
【００６７】
調整型インターリービングは、並列の４個又はそれ以上のインバータへ拡張させることが可能である。調整型インターリービングの場合、Ｎ個の並列接続したインバータの内の１個における単に１個のインバータパワースイッチが、いずれかの時刻において、オフ状態からオン状態へ遷移するか、又はオン状態からオフ状態へ遷移する。連続的なパワースイッチ活性化（ターンオン）のオフ状態からオン状態への遷移はインバータスイッチング周波数をＮで割り算した期間である。
【００６８】
図９は本開示の実施例に基づく変圧器無しブースト無しＤＣ・ＡＣパワーインバータに対する概略図を例示している。図９に示したインバータの実施例は単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００６９】
幾つかの実施例においては、インバータ９００はＤＣ電圧ブースト無しでＤＣ入力からＡＣ出力を発生することが可能である。従って、インバータ９００は、従来のＤＣ・ＡＣパワー変換器と比較して効率の点において有益性を提供している。何故ならば、インバータ９００は１個のスイッチング変換ステージを包含しているに過ぎないからである。
【００７０】
幾つかのこの様な実施例において、パワースイッチ及び電流制限用インダクタがインバータ２２０内において一緒に接続されている。ソーラーアレイは多数のソーラーパネル９０５を包含している。ソーラーパネル９０５は、図１を参照して上に説明したソーラーパネル１０５と同じ構造及び形態のものとすることが可能である。
【００７１】
インバータ９００は、正（＋）のＤＣパワー入力線９１０と負（−）のＤＣパワー入力線９１２とを包含している。入力電流検知抵抗９１４が負ＤＣパワー入力線９１２と接地９１６との間に結合されている。ノイズフィルタコンデンサ９１８が正ＤＣパワー入力線９１０と負ＤＣパワー入力線９１２との間に結合されている。正ＤＣパワー入力線９１０は、更に、コンデンサ９１８の正リードが高側パワースイッチ９２０，９２２のドレインノードへ結合されるように、高側パワースイッチ９２０及び高側パワースイッチ９２２のドレインノードへ結合されている。パワースイッチ９２０のソースは第１フリーホイールダイオード９２４のカソード及び第１電流制限用インダクタ９２６の第１リードへ結合されている。第１フリーホイールダイオード９２４のアノードは接地９１６へ結合されている。第１電流制限用インダクタ９２６の第２リードは、第１プルダウンスイッチ９２８のドレイン、出力ノイズフィルタコンデンサ９３０の第１リード、ＡＣ出力「Ｌ」線９３２へ結合されている。パワースイッチ９２２のソースは、第２フリーホイールダイオード９２２のカソード及び第２電流制限用インダクタ９３６の第１リードへ結合されている。第２フリーホイールダイオード９３４のアノードは接地９１６へ結合されている。第２電流制限用インダクタ９３６の第２リードは、第２プルダウンスイッチ９３８のドレイン、出力ノイズフィルタコンデンサ９３０の第２リード、及びＡＣ出力「Ｎ」線９４０へ結合されている。プルダウンスイッチ９２８，９３８のソースノードは互いに結合されており且つ出力電流検知抵抗９４２を介して孤立したパワー接地へ結合されている。インバータ９００はインバータ制御器９４４を包含しており、該インバータ制御器９４４は、制御線９４５及び９４６上を第１制御信号をスイッチ９２０へ通信し、制御線９４８及び９５０上を第２制御信号をスイッチ９２８へ通信し、制御線９５２及び９５４上を第３制御信号をスイッチ９３８へ通信し、且つ制御線９５６及び９５８上を第４制御信号をスイッチ９２２へ通信する。
【００７２】
インバータ９００は制御器９４４によって出力されるＡＣ正弦波の正の半サイクル期間中に動作し、最初に、ライン（線）９５４と相対的にライン９５２上に正電圧を印加してスイッチ９３８をターンオンさせ、次いで、ライン９４６と相対的にライン９４５上にゼロボルトと正電圧との間で変化するパルス幅変調した方形波を印加させて絶えず変化するオン時間及び絶えず変化するオフ時間でパワースイッチ９２０を交互にターンオン及びターンオフさせる。
【００７３】
パワースイッチ９２０の絶えず変化するオン時間及びオフ時間は、平均出力電流が時間にわたり正の半分の正弦波の形状に追従するようにパワースイッチ９２０の一つのオン・オフサイクルにわたる量を変化させることにより、インダクタ９２６，９３６における出力電流をビルドアップさせるか又は減衰させる。プルダウンスイッチ９３８は正の半分の正弦波の全時間に対してオンのままであり且つプルダウンスイッチ９２８のターンオンと同時的にターンオフされる。ＡＣ正弦波の負の半分部分は正の半分部分と全く同じ態様で発生されるが、ライン９５０と相対的にライン９４８へ印加される正電圧によって負の半分の正弦波の全時間に対してスイッチ９２８がターンオンされる点が異なる。パワースイッチ９２２は、次いで、制御線９５８及び９５６上のパルス幅変調された方形波電圧によって交互にターンオン及びターンオフされて、出力電流を負の半分の正弦波の形状に追従させる（出力電流方向は逆にされる）。
【００７４】
第１クランプダイオード９６０のアノードはスイッチ９２８のドレインへ結合されている。第１クランプダイオード９６０のカソードは正のＤＣパワー入力線９１０へ結合されている。第２クランプダイオード９６２のアノードはスイッチ９３８のドレインへ結合されており、且つ第２クランプダイオード９６２のカソードは正のＤＣパワー入力線９１０へ結合されている。
【００７５】
入力検知抵抗９１４を横断しての電圧は入力電流を表しており且つライン（線）９６４によって制御器９４４へ結合されている。出力検知抵抗９４２を横断しての電圧は出力電流を表しており且つライン９６６によって制御器９４４へ結合されている。
【００７６】
図１０は、本開示の実施例に基いて、３相ＡＣパワー発生のために３相デルタ形態で結合されている複数のインバータグループを具備しているソーラーアレイの概略図を例示している。図１０に示したソーラーアレイの実施例は、単に例示的なものに過ぎない。本開示の範囲を逸脱すること無しにその他の実施例を使用することが可能である。
【００７７】
幾つかの実施例において、付加的な調整処理が、複数のインバータからなる複数のグループ１００２，１００４，１００６が３相デルタ形態に結合されている場合にワイアレスデータネットワークによって実施される。該ワイアレスデータネットワークは遠隔制御器（図６を参照して上に詳細に説明した）を包含しており、グループ制御器１０２２，１０２４，１０２６は適応的パワーファクタ及び位相平衡化を実施する。
【００７８】
適応的パワーファクタ及び位相平衡化は以下の如くに動作する。全インストレーション（例えば、ソーラーサイト）に対するＡＣ出力メーター１０１０が、他の位相の正弦波に対して一つの位相の過剰な電圧正弦波タイミングシフトを検知するか、又は一つの位相に関して電圧と電流との間の過剰な正弦波タイミングシフトを検知する場合には、ＡＣ出力メーター１０１０はこの問題に関する情報をワイアレストランシーバ１０３２及びアンテナ１０３４を介してワイアレスネットワーク上を全てのグループ制御器１０２２，１０２４，１０２６へ送信する。グループ制御器は情報を受信し且つ送信するためにトランシーバ及びアンテナを包含している。例えば、グループ制御器１０２２は、トランシーバ及びアンテナ１０２３を包含しており、グループ制御器１０２４はトランシーバ及びアンテナ１０２５を包含しており、且つグループ制御器１２７。グループ制御器１０２２，１０２４，１０２６は、夫々、ＬＡＮ接続１０４０，１０４２，１０４４を介してそれらの夫々のインバータ１０１１−１０１９に信号を送って全ての位相の正弦波タイミングを正常な３相タイミングに合致させる。
【００７９】
最後に、インバータグループ１００２，１００４，１００６のＬＡＮ接続１０４０，１０４２，１０４４、ワイアレスデータネットワーク、及びインターネット（又はその他のデータワイアライン）接続を具備するワイアレスルータが、ソーラーパネルセンサー、パワーインバータ１０１１−１０１９及びＡＣメーター１０１０によって回収されたデータを、ソーラーアレイインストレーションの機能を解析し且つ該インストレーションにおける問題及び障害に関してシステムオペレータに対して警告を与えるために、遠隔制御器へ転送させることを可能とさせる。インバータグループ１００２，１００４，１００６内のいずれかのインバータ１０１１−１０１９に障害が発生すると、グループ制御器１０２２，１０２４，１０２６が、他のものに影響を与えること無しに、そのインバータをシャットダウンさせる。その後に、残りのインバータが負荷を担うこととなる。次いで、グループ制御器１０２２，１０２４，１０２６は、ワイアレスデータネットワーク、ワイアレスルータ、及びインターネットを介してアラート即ち警告を遠隔制御器へ送ってその障害に関してシステムオペレータに報告する。
【００８０】
付加的に且つ代替的に、インバータグループ１００２，１００４，１００６内のいずれかのインバータ１０１１−１０１９がスレッシュホールド値を超える内部温度を有している場合には、そのインバータは出力パワー制限モードに移行し、且つそのグループ内の他のインバータは失われたパワーを補うためにより多くのパワーを発生する。グループ制御器１０２２，１０２４，１０２６は、又、この条件に対しても遠隔制御器に対してアラートを送る。
【００８１】
付加的な且つ代替的な実施例において、ＤＣ・ＡＣインバータは、インバータパワースイッチの可変周波数スイッチングとして知られている内部効率最適化方法を実施する形態とされている制御器を包含している。該制御器は、インバータ動作を調整するためにインバータ間にデータリンクを必要とする前述した最適化方法とは独立した可変周波数スイッチングを実施することが可能である。スイッチング周波数としても知られているインバータパワースイッチ周波数は、典型的に、約２０ｋＨｚに設定される。スイッチング周波数が２０ｋＨｚよりも一層高くなると、一層小型のコンポーネントを使用することが可能である。何故ならば、各ＰＷＭサイクルにおいて転送されるパワーは一層小さいからである。一層小さなコンポーネントは一層低い製品コストとなる。然しながら、スイッチング周波数が上昇するに従い、スイッチング損失も増加し且つパワー変換効率は低下する。代替的に、スイッチング周波数が低下すると、スイッチング損失は低下し且つパワー変換効率は上昇する。
【００８２】
更に付加的な且つ代替的な実施例において、インバータは連続導通モード（ＣＣＭ）に動作を維持するための形態とされている。インバータは２つの動作モードで動作し、即ち、ＣＣＭと非連続導通モード（ＤＣＭ）である。ＣＣＭにおいては、インダクタ電流は決して０に到達することはない。ＤＣＭにおいては、インダクタ電流は０に到達する。効率的な動作のためには、インバータはＣＣＭモードにおいてのみ動作する形態とされる。ＣＣＭモードにおける動作を維持しながら、正弦波のピーク出力パワー間隔期間中のスイッチング損失を減少させるためのインバータにおける主要な制御は、変化する電圧及び電流に応答してのスイッチング周波数の調節である。従って、出力電圧及びパワーが正弦波信号における最大に近づくに従い、スイッチング周波数を下方向へ調節して最大パワー転送期間中におけるスイッチング損失を最小化させる。次いで、正弦波出力が低出力電圧及びパワーに近づくに従い、該インダクタを介しての電流がゼロへ減少しないようにスイッチング周波数を一層高い周波数へ増加させることが可能である。
【００８３】
本開示を例示的実施例について説明したが、種々の変更及び修正が当業者に対して示唆されている場合がある。本開示はこの様な変更及び修正も特許請求の範囲内に入るものであることが意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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