(57)【要約】  本発明は、−  システム中間出力ＳＩＯと、−  中央制御装置ＣＣと、−  少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎであって、それぞれが、１つまたは複数の太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎの出力に接続する電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎ、−  制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ、および−  電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎを備えるＤＣ／ＤＣコンバータとを備える発電システムＰＧＳに関し、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの前記電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎが、前記システム中間出力ＩＳＯで、蓄積されたシステム出力電圧を確立するために直列に、または蓄積されたシステム出力電流を確立するために並列に、またはその組合せで結合され、前記中央制御装置ＣＣが、前記制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を選択的に設定できるように構成される。本発明はさらに、それぞれが少なくとも１つの太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎに接続されており、その電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎがシステム中間出力ＳＩＯで、それぞれ蓄積されたシステム出力電圧または蓄積されたシステム出力電力を供給するように直列または並列に結合されている複数のＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎを備える発電システムＰＧＳを操作する方法であって、中央制御装置ＣＣが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を選択的に設定することを特徴とする方法に関する。
2012504803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  システム中間出力（ＳＩＯ）と、
−  中央制御装置（ＣＣ）と、
−  少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）であって、それぞれが
−  １つまたは複数の太陽電池（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎ）の出力に接続する電力入力（ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎ）、
−  制御入力（ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ）、および
−  電力出力（ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎ）を備えるＤＣ／ＤＣコンバータと
を備える発電システム（ＰＧＳ）であって、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）の前記電力出力（ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎ）が、前記システム中間出力（ＩＳＯ）で、蓄積されたシステム出力電圧を確立するために直列に、または蓄積されたシステム出力電流を確立するために並列に、またはその組合せで結合され、
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記制御入力（ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ）を介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）のうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を選択的に設定できるように構成される、発電システム（ＰＧＳ）。
【請求項２】
前記出力状態が、少なくとも
−  電力を寄与する状態、および
−  電力を寄与しない状態のリストから選択される、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記出力状態が
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、および
−  所定の出力電圧および所定の出力電流を求める状態のうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される、請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記制御入力（ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ）を介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）のうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの局所最大電力点追従アルゴリズムを選択的に制御できるように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記システム中間出力（ＳＩＯ）の少なくとも１つの特性を決定するように構成された少なくとも１つの測定モジュール（ＭＭ）を備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記少なくとも１つの測定モジュール（ＭＭ）から前記少なくとも１つの特性のうちの１つまたは複数を受け取るように構成される、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記システム中間出力（ＳＩＯ）に結合されており、システム出力（ＳＯ）を提供するシステムＤＣ／ＤＣコンバータ（ＳＤＤ）を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項８】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記システムＤＣ／ＤＣコンバータ（ＳＤＤ）の入力状態を選択的に設定できるように構成される、請求項７に記載の発電システム。
【請求項９】
前記入力状態が、
−  所定の入力電力を求める状態、
−  所定の入力電流を求める状態、
−  所定の入力電圧を求める状態、
−  所定の入力電圧および所定の入力電流を求める状態のうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される、請求項８に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記システムＤＣ／ＤＣコンバータ（ＳＤＤ）のシステム出力状態を選択的に設定できるように構成され、前記システム出力状態が、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、
−  所定の出力パルス周波数を求める状態、および
−  所定の出力パルス負荷サイクルを求める状態、
またはその組合せのうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１１】
前記システム出力（ＳＯ）に結合されており、システムＡＣ出力（ＳＡＯ）を提供するインバータ（ＤＡ）を備える、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１２】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記インバータ（ＤＡ）のインバータ出力状態を選択的に設定できるように構成され、前記インバータ出力状態が、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、
−  所定の出力周波数を求める状態、および
−  所定の出力位相を求める状態
またはその組合せのうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される、請求項１１に記載の発電システム。
【請求項１３】
前記所定の出力電力、電流、電圧、周波数および／または位相が可変である、請求項１２に記載の発電システム。
【請求項１４】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）がそれぞれ、前記制御入力（ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ）を介して制御されるように構成されたコンバータ制御装置（Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ）を備える、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１５】
前記コンバータ制御装置（Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ）が、対応する前記電力入力（ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎ）から電力供給される、請求項１４に記載の発電システム。
【請求項１６】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記制御入力（ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ）を介して前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）の各ＤＣ／ＤＣのコンバータについて最大電力点追従アルゴリズムを順番に実施するためのプロセッサを備える、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１７】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）の各ＤＣ／ＤＣのコンバータについて最大電力点追従アルゴリズムを順番に実施し、所定の間隔で最大電力点追従アルゴリズムを繰返し実施することを備える、請求項１６に記載の発電システム。
【請求項１８】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）の各ＤＣ／ＤＣのコンバータの前記コンバータ制御装置（Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ）が、局所最大電力点追従アルゴリズムを実施するためのプロセッサを備える、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項１９】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）のそれぞれがデータ出力（ＤＯ１、ＤＯ２、ＤＯｎ）を備える、請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項２０】
前記データ出力（ＤＯ１、Ｄ０２、ＤＯｎ）が、前記制御入力（ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ）によって、入出力装置を形成するように構成される、請求項１９に記載の発電システム。
【請求項２１】
前記中央制御装置ＣＣが、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）の各ＤＣ／ＤＣコンバータの前記電力入力（ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎ）値および／または電力出力（ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎ）値に関する情報を前記データ出力（ＤＯ１、Ｄ０２、ＤＯｎ）を介して受け取るように構成される、請求項１９または２０に記載の発電システム。
【請求項２２】
前記中央制御装置ＣＣが、前記インバータ（ＤＡ）から情報を受け取るように構成される、請求項１１乃至２１のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項２３】
外部受信側に情報を送信し、かつ／または外部発信元から制御データを受信するためのデータ・インターフェース（ＤＩ）を備える、請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項２４】
それぞれが少なくとも１つの太陽電池（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎ）に接続されており、システム中間出力（ＳＩＯ）でそれぞれ蓄積されたシステム出力電圧または蓄積されたシステム出力電流を提供するために電力出力（ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎ）が直列または並列に結合されている複数のＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）を備える発電システム（ＰＧＳ）を操作する方法であって、
中央制御装置（ＣＣ）が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）のうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を選択的に設定することを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記出力状態が、少なくとも
−  電力を寄与する状態、および
−  電力を寄与しない状態のリストから選択される、請求項２４に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項２６】
前記出力状態が、
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、および
−  所定の出力電圧および所定の出力電流を求める状態のうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される、請求項２４または２５に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項２７】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）がそれぞれ局所最大電力点追従アルゴリズムを個々に実施する、請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項２８】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、システム中間出力（ＳＩＯ）の少なくとも１つ特性、たとえば蓄積されたシステム出力電圧または蓄積されたシステム出力電流に少なくとも部分的に基づいて前記出力状態を設定する、請求項２４乃至２７のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項２９】
システムＤＣ／ＤＣ変換が、システム出力（ＳＯ）を確立するために前記システム中間出力（ＳＩＯ）に対して実施される、請求項２４乃至２８のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３０】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、所定の入力電力、所定の入力電流、および所定の入力電圧のうちの少なくとも１つを求めるために前記システムＤＣ／ＤＣ変換を制御する、請求項２９に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３１】
前記システムＤＣ／ＤＣ変換が、前記蓄積されたシステム出力電圧もしくは前記蓄積されたシステム出力電流および／または関連する電流もしくは電圧を制御するために前記中央制御装置（ＣＣ）によって制御される、請求項２９または３０に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３２】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力、
−  所定の出力電流、
−  所定の出力電圧、
−  所定の出力パルス周波数、および
−  所定の出力パルス負荷サイクルのうちの１つまたは複数を求めるために前記システムＤＣ／ＤＣ変換を制御する、請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３３】
ＤＣ／ＡＣ変換が、システムＡＣ出力（ＳＡＯ）を確立するために前記システム出力（ＳＯ）に対して実施される、請求項２４乃至３２のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３４】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力、
−  所定の出力電流、
−  所定の出力電圧、
−  所定の出力周波数、および
−  所定の出力位相のうちの１つまたは複数を求めるために前記ＤＣ／ＡＣ転換を制御する、請求項３３に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３５】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータが、対応する前記接続された太陽電池（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎ）から電力供給されるコンバータ制御装置（Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎ）を備える、請求項２４乃至３４のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３６】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）のそれぞれについて最大電力点追従アルゴリズムを実施する、請求項２４乃至３５のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３７】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、データ出力（ＤＯ１、Ｄ０２、ＤＯｎ）を介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）のうちの少なくとも２つの入力、出力および／または内部値に関する情報を受け取る、請求項２４乃至３６のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３８】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記ＡＣ／ＤＣ変換に関連して入力、出力および／または中間値についての情報を受け取る、請求項２４乃至３７のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項３９】
外部受信側への情報送信および／または外部発信元からの制御データの受信のためのデータ・インターフェース（ＤＩ）が提供される、請求項２４乃至３８のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項４０】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）が、所定時間の間、前記中央制御装置から通信を受け取らない場合には出力状態を、電力を寄与しない状態に自動的に変更する、請求項２４乃至３９のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【請求項４１】
前記中央制御装置（ＣＣ）が、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎ）の個々のＤＣ／ＤＣコンバータを電力を寄与しない状態に設定し、全体的なシステム性能が、良い影響を受けており、それによって前記各ＤＣ／ＤＣコンバータが所定時間の間、その設定のまま残されるか、それとも悪い影響を受けており、それによって前記各ＤＣ／ＤＣコンバータが、電力を寄与する出力状態に設定されるか評価することを伴うアルゴリズムに従って動作する、請求項２４乃至４０のいずれか１項に記載の発電システムを操作する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池技術に関し、より詳細には、ＰＶモジュールを最も効率的に操作するやり方に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電池とも呼ばれる太陽電池は、光から電力を生成するために広く使用されている。無負荷の単一太陽電池によって確立される電圧は、たとえばシリコン電池では約０．５Ｖ、多接合電池では約２Ｖなど、主としてセルのタイプによって決まる。電流は、セルの面積および効率によって、また材料の純度および電気接続によって決まる。したがって、単セルの電圧は典型的に、直接使用するにはあまりに低く、そのために、たとえば３６個や７２個など、数個の太陽電池が典型的に、たとえば１８〜３６Ｖ  ＤＣを生成するために直列接続される。数個のこうしたＰＶモジュールは、並列接続して、たとえばアイランド方式で１２Ｖまたは２４Ｖのバッテリに充電するために電流を倍増させることができ、あるいは数個のＰＶモジュールは、直列接続して、たとえば３００〜６００Ｖ  ＤＣに電圧を倍増させ、共通グリッド接続に適したたとえば１１０Ｖ、２３０Ｖもしくは４００Ｖ  ＡＣを確立し、または通常は商用電源で電力供給される装置を駆動するためのＤＣ／ＡＣコンバータへの入力としてその電圧を使用することができる。
【０００３】
直列接続された数個の太陽電池をそれぞれが備える数個のＰＶモジュールが直列または並列に接続される場合、直列電流では電力を強制的に等しくし、並列接続では電圧を強制的に等しくするので、それぞれ最も低い電流または電圧を有するモジュールは、すべてのモジュールをそのレベルに引き下げる。この問題は、たとえばモジュールごとに制御可能なＤＣ／ＤＣ変換器によって達成される最大電力点追従機構を各モジュールに設けることによって解決されており、この制御可能なＤＣ／ＤＣ変換器は、実際のモジュール出力を、それぞれ所定の電流または電圧に変換する。たとえば負荷がバッテリ充電のために特定の電圧または電流を強制する場合、単一ＰＶモジュールでも同じ問題が生じる。これもまた、ＰＶモジュールと負荷の間に最大電力点追従機構を実装することによって解決されてきた。ＰＶモジュールごとの最大電力点追従を使用すると、特に、一部のモジュールがたとえば陰影のために他より少ない太陽光を受ける場合には、太陽電力システムの効率が著しく向上する。
【０００４】
しかし、たとえば直列結合された７２個の太陽電池を備える個々のＰＶモジュールにおいても同じ問題が当てはまり、効率が最も低い太陽電池が、すべての太陽電池の電流を最小共通電流に引き下げる。この問題は、参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２００６／００５１２５Ａ１、Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｑｕｅｅｎｓｌａｎｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙに開示されるように、それぞれの個々の太陽電池に最大電力点追従機構を設けることによって解決されてきた。これによって、個々の太陽電池がそれぞれその最大電力点で、恐らくそれぞれ異なる電圧および電流で働くことが可能となり、所望のモジュール出力電圧を確立するために共通電力値でやはり共に直列結合される。ＷＯ２００６／００５１２５Ａ１はさらに、各ＤＣ／ＤＣコンバータからの電流フィルタリング・インダクタ、たとえば７２個のインダクタを、モジュール出力端子で単一の共通電流フィルタリング・インダクタで置き換えることを開示している。最後に、ＷＯ２００６／００５１２５Ａ１は、切換え回数を賢く制御し、すなわちすべてのＤＣ／ＤＣコンバータを、周波数は同じであるが、互いに相対する位相で切り換えさせることによって、たとえば７２個のＤＣ／ＤＣコンバータの切換えノイズおよび過度現象をどのように減少させるかも開示している。
【０００５】
ＷＯ２００６／００５１２５Ａ１で提案された数個のＤＣ／ＤＣコンバータは、単一の共有インダクタを個々のフィルタリング・インダクタで置き換えることにより空間要件を減少させているが、各ＤＣ／ＤＣコンバータが完全に自己完結型の最大電力点追従制御装置を特徴とするので、フィルタリング・インダクタの数が多いことにより超小型電子回路の要件がやはり倍増する。さらに、最大電力点追従機構を分散させると、他の太陽電池に影響を及ぼすうまく作動しない単一太陽電池をもつことが回避されるので有効ではあるが、しかし、全体的な制御および監視機構も不可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００６／００５１２５Ａ１
【特許文献２】ＷＯ２００４／００１９４２Ａ１
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／０１３２１０２号
【特許文献４】ＷＯ２００４／００６３４２Ａ１
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「Ｃａｓｃａｄｅｄ  ＤＣ−ＤＣ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅｓ」、Ｇｅｏｆｆｒｅｙ  Ｒ．ＷａｌｋｅｒおよびＰａｕｌ  Ｃ．Ｓｅｒｎｉａ、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ発行、１９巻、４号、２００４年７月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の一部の目的は、分散型のＤＣ／ＤＣコンバータＰＶモジュール内の個々のＤＣ／ＤＣコンバータへの要件を低減させること、および個々のＤＣ／ＤＣコンバータの中央制御を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、
−  システム中間出力ＳＩＯと、
−  中央制御装置ＣＣと、
−  少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎであって、それぞれが
−  １つまたは複数の太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎの出力に接続する電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎ、
−  制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎ、および
−  電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎを備えるＤＣ／ＤＣコンバータとを備える発電システムに関し、
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの前記電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎが、前記システム中間出力ＩＳＯで、蓄積されたシステム出力電圧を確立するために直列に、または蓄積されたシステム出力電流を確立するために並列に、またはその組合せで結合され、
前記中央制御装置ＣＣが、前記制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を選択的に設定できるように構成される。
【００１０】
本発明によって、太陽電池の個々の電力点追従を中央制御と組み合わせる有利なシステムが提供される。それによって、個々のＤＣ／ＤＣコンバータへの要件は低減され、中央レベルの可能な情報および制御が著しく向上される。換言すると、または他の知られているシステムと比べると、中央制御および情報収集によってシステム・レベルの最大電力点の制御が可能になり、また正確で効率的な電力点追従および変換が個々の太陽電池に分散される。
【００１１】
本発明の利点の一部は、以下を備える：
−  ＰＶモジュール内のすべての太陽電池が、自律的なやり方で、すなわち他の太陽電池の能力によって制限されることなしに最大可能電力を生成する。電力増加の明らかな利点とは別に、これによって、ＰＶモジュールをより安価にかつより容易に製造することも容易になる。これは、同じモジュール内に置く太陽電池を一致させる共通の必要性によるものであり、太陽電池の純度のために高効率および低効率のモジュールを製造することは、本発明を用いてここでは取り除かれている。
−  すべてのＤＣ／ＤＣコンバータは、互いに対して独立に動作するが、中央制御装置によって制御される。それによって、最適な電力効率、および個々のＤＣ／ＤＣコンバータ実装への要件が恐らく低減されることが達成され、また同時に、中央管理および情報交換の向上が促される。分散型ＤＣ／ＤＣコンバータまたは単一の中央ＤＣ／ＤＣコンバータを備えたシステムは、下記の唯一の観点から制御される：性能は高まるが、全体的な微調整はもたらされない、細部にわたる低レベルの観点、または全体的な細かい出力制御はもたらされるが、効率は低くなる高レベルの観点。本発明は、両方を促し、すなわち低レベルの制御によって、性能を向上させ、高レベルの制御によって、外部要件による細かく多面的な全体的出力制御をもたらす。
−  最大の電力点追従は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ内で局所的に実施されるが、しかしＤＣ／ＤＣコンバータは、中央制御装置によっても制御可能であり、この中央制御装置はそれぞれ、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータが適応させなければならない共通電力または電圧を設定することができる。したがって、個々のＤＣ／ＤＣコンバータは、個々の電力点追従を実施するときに互いのまたは他のシステム条件を考慮しない場合でも、実際には、ＤＣ／ＤＣコンバータからの入力、システム電流および電圧測定などに基づいて中央制御装置によって行われるより高いレベルの全体的な決定に間接的に適応される。このように、微調整および／またはシステム決定強制のための全体的な制御機構がかなりエレガントに提供され、官僚主義的な手間（ｂｕｒｅａｕｃｒａｃｙ）も混乱（ａｎａｒｃｈｙ）も引き起こさない。本発明の好ましい一実施形態では、各太陽電池につき１つのＤＣ／ＤＣコンバータ、太陽電池およびＤＣ／ＤＣコンバータの各モジュールにつき１つの中央制御装置、また任意選択で各ＰＶモジュールにつき１つのインバータもある。好ましい一実施形態では、太陽電池は、より高い初期電圧を提供するために、直列に結合されたサブセルに分割することができる。たとえば各ＤＣ／ＤＣコンバータにつき数個の太陽電池を備え、または１つのモジュールにつきたとえば２つの中央制御装置、たとえば半分のモジュールにつき１つなどを備え、またはさらに２つ以上のＰＶモジュールを処理する中央制御装置を備える他の変形形態は、本発明の範囲内である。また、直流を交流に変換する前または後で数個のモジュールを結合することは、本発明の範囲内である。
【００１２】
本発明によれば、出力状態は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力に関連し、またはそれに影響を及ぼす特性または動作パラメータを指す。下記に、例が示されている。
【００１３】
前記出力状態が、少なくとも
−  電力を寄与する状態、および
−  電力を寄与しない状態のリストから選択される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００１４】
本発明によれば、中央制御装置ＣＣが最適なシステム効率を達成しようとする有利な制御の可能性は、特定のＤＣ／ＤＣコンバータが、寄与するのではなく、実際にはシステムを低下させると決定され得る場合に特定のＤＣ／ＤＣコンバータをオフにすることにある。
【００１５】
前記出力状態が
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、および
−  所定の出力電圧および所定の出力電流を求める状態のうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される場合、
本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００１６】
本発明によれば、中央制御装置は好ましくは、上記に言及されたように、他の制御可能性をも有する。それぞれ異なる設定は、最大効率を探す場合、最大効率を維持しようとする場合、何らかの理由、たとえばそれを行うことの失敗のために、またはそうせよとの外部命令のために出力電力を制限することを決定する場合などに中央制御装置によって使用され得る。
【００１７】
本発明によれば、所定という語には、広い解釈が与えられるべきであり、容易に動的または構成可能となり、または次の命令によって変更され得ることを意味するが、中央制御装置が制限、目的または設定値として使用するためにＤＣ／ＤＣコンバータに特定の値を伝達するとき、それは中央制御装置によって予め定められる。
【００１８】
前記中央制御装置ＣＣが、前記制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのうちの少なくとも２つのそれぞれの局所最大電力点追従アルゴリズムを選択的に制御できるように構成される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータの個々の電力点追従を実施するが、中央制御装置が特定の動作パラメータなどを強制する可能性がある。これは、たとえば特定のＤＣ／ＤＣコンバータがそこから利益を得ることができる他のＤＣ／ＤＣコンバータから中央制御装置が知識を得ている場合に有利になることがあり、あるいは全体的なシステム・ビューに基づいて開始条件または設定値を設定するのに有利に使用され得る。
【００２０】
発電システムが、前記システム中間出力ＳＩＯの少なくとも１つの特性を決定するように構成された少なくとも１つの測定モジュールＭＭを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００２１】
システム電流を制御することによってＤＣ／ＤＣコンバータを間接的に制御する精緻な制御機構を実施する際の中央制御装置の働きを促す（ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ）ために、システム電流についての知識を測定モジュールによって取得することができる。測定モジュールが本発明のそれぞれ異なる実施形態で決定できる他の特性には、電圧、ノイズ、変動、温度、照度などが含まれ得る。測定モジュールは、最も適切なところに置くことができ、それは、それぞれ異なる位置に分散されてよい。
【００２２】
前記中央制御装置ＣＣが、前記少なくとも１つの測定モジュールＭＭから前記少なくとも１つの特性のうちの１つまたは複数を受け取るように構成される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００２３】
発電システムが、前記システム中間出力ＳＩＯに結合されており、システム出力ＳＯを提供するＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００２４】
本発明によれば、システム出力全体のたとえば電圧および電流を制御する必要性は、システムＤＣ／ＤＣコンバータによる中間システム出力を制御する必要性から切り離される。
【００２５】
前記中央制御装置ＣＣが前記システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤの入力状態を選択的に設定できるように構成される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００２６】
本発明によれば、入力状態は、システムＤＣ／ＤＣコンバータの電力入力に関連し、またはそれに影響を及ぼす特性または動作パラメータ、すなわち実際には中間システム出力電圧および電流を指す。下記に、例が示されている。中央制御装置は、これらを制御できるようになる場合、実際には、ＤＣ／ＤＣコンバータの自律的な最大電力点追従に拘らず、またはそれと共にＤＣ／ＤＣコンバータを制御する賢いやり方が与えられる。
【００２７】
前記入力状態が
−  所定の入力電力を求める状態、
−  所定の入力電流を求める状態、
−  所定の入力電圧を求める状態、および
−  所定の入力電圧および所定の入力電流を求める状態のうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される場合、
本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００２８】
具体的には、入力電力を設定するオプションは、ＰＶモジュールに直列結合されたＤＣ／ＤＣコンバータの高度の制御を容易にするので、非常に有利である。もう一方で、入力電圧を制御するオプションは、並列結合されたシステムにとって興味深い。
【００２９】
本発明によれば、所定という語には、広い解釈が与えられるべきであり、それが容易に動的または構成可能となり、または次の命令によって変更され得ることを意味するが、中央制御装置が制限、目的または設定値として使用するためにシステムＤＣ／ＤＣコンバータに特定の値を伝達するとき、それは中央制御装置によって予め定められる。
【００３０】
前記中央制御装置ＣＣが前記システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤのシステム出力状態を選択的に設定できるように構成される場合、前記システム出力状態は、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、
−  所定の出力パルス周波数を求める状態、および
−  所定の出力パルス負荷サイクルを求める状態、
またはその組合せのうちの１つまたは複数のリストから選択されるとき、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００３１】
本発明によれば、出力状態は、システムＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力に関連し、またはそれに影響を及ぼす特性または動作パラメータ、すなわちシステム出力電圧および電流を指す。
【００３２】
本発明によれば、中央制御装置は、システムＤＣ／ＤＣコンバータの適切な出力状態を選択することによってシステム出力をシャットダウンすることができる。これは、ＰＶモジュールに関する問題が、典型的にはＰＶモジュールに光が当たるとすぐにそれが電力を生成することであるので、安全性の理由から、たとえば保守時に有利である。
【００３３】
本発明によれば、所定という語には、広い解釈が与えられるべきであり、それが容易に動的または構成可能となり、または次の命令によって変更され得ることを意味するが、中央制御装置が出力制限、目的または設定値として使用するためにシステムＤＣ／ＤＣコンバータに特定の値を伝達するとき、それは中央制御装置によって予め定められる。
【００３４】
発電システムが、前記システム出力ＳＯに結合されており、システムＡＣ出力ＳＡＯを提供するインバータＤＡを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００３５】
任意のタイプおよび構成のインバータが、本発明の範囲内である。インバータの出力は好ましくは、局所配電網の仕様、たとえば５０Ｈｚで２３０Ｖを有する単相に対応するように設定されるが、任意の設定値が、本発明の範囲内である。
【００３６】
前記中央制御装置ＣＣが、前記インバータＤＡのインバータ出力状態を選択的に設定できるように構成され、前記インバータ出力状態が、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、
−  所定の出力周波数を求める状態、および
−  所定の出力位相を求める状態、
またはその組合せのうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００３７】
本発明によれば、出力状態は、インバータの電力出力に関連し、またはそれに影響を及ぼす特性または動作パラメータ、すなわちシステムＡＣ出力電圧、電流および他の特性を指す。
【００３８】
好ましい一実施形態によれば、ユーザ制御されたまたは可変の設定値を含めて、インバータの出力のどんな特性も制御下に置かれる。この意味では、所定のという語は、それが連続的には変動していないが、製造元によって必ずしも事前設定されるとは限らないことを意味する。それは、たとえば製造または取付け時にハード・ワイヤリングによってたとえば予め定めてもよいし、たとえば取付け時に、またはユーザ・インターフェースの使用によって望まれるいずれかのときにソフト・コーディングによってたとえば予め定めてもよい。一実施形態では、それは中央制御装置によって自動的に予め定めることもでき、中央制御装置には、最良または必要なインバータ出力を決定できる十分な外部情報が与えられる。
【００３９】
好ましい一実施形態では、インバータＤＡは、入力電流の制御、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎを通って流れる電流の制御を可能にする。適切なインバータＤＡは、たとえばステップダウン・インバータが後に続くＤＣ／ＤＣブースト・コンバータを備えることができる。他の可能なインバータ構成は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ・ベースのインバータまたは他の任意のインバータ・タイプを備える。
【００４０】
前記の所定出力電力、電流、電圧、周波数および／または位相が可変である場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００４１】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎはそれぞれ、前記制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを介して制御されるように構成されたコンバータ制御装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、コンバータ制御装置を備える。本発明のそれぞれ異なる実施形態は、複雑さがそれぞれ異なるコンバータ制御装置を備える。一実施形態では、コンバータ制御装置は、かなり単純であり、中央制御装置から受け取られた設定値、たとえば負荷サイクル設定値に従ってスイッチ・モードＤＣ／ＤＣコンバータを駆動するのに十分な構成要素を備えるにすぎない。より複雑な実施形態では、コンバータ制御装置は、たとえば、中央制御装置から受け取られたたとえば電流設定値から、関連する負荷サイクル設定値自体を導出できるように、さらなる構成要素を備える。より複雑な、さらに好ましい実施形態では、コンバータ制御装置は、完全に自己完結型の最大電力点追従機構を備え、この最大電力点追従機構は、中央制御装置によって制御可能であるが、標準の状況下で、または中央制御装置が十分迅速には対処できないことがある通信問題または突然の変更が生じる場合に、最大電力点追従機構自体で機能することもできる。本発明によれば、コンバータ制御装置は、データ収集および中央制御装置との通信のための手段をさらに備える。
【００４３】
前記コンバータ制御装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎが、対応する前記電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎから電力供給される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００４４】
本発明によれば、コンバータ制御装置は、対応する太陽電池から直接供給され、したがって、太陽電池に十分な光が当たるならば、コンバータ制御装置が中央制御装置などと通信するための電力があるであろう。
【００４５】
前記中央制御装置ＣＣが、前記制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを介して前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの各ＤＣ／ＤＣのコンバータについて最大電力点追従アルゴリズムを順番に実施するためのプロセッサを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００４６】
本発明の一実施形態によれば、最大電力点追従は、中央制御装置によって実施され、したがって、この中央制御装置は、より多くのパラメータ、たとえば全出力、インバータ入力、外部制御値など、中央接続からの測定値をアルゴリズム内に含むことができる。本発明の拡張型の一実施形態では、中央制御装置は、特定のＤＣ／ＤＣコンバータ内の電力点の設定において、他のＤＣ／ＤＣコンバータから収集された情報を使用することができる。この能力は、たとえば、日中または数時間の間、ソーラー・パネルの上で典型的には日陰が移動するのでそれを予測するために使用することができ、あるいは追従が既に実施されている太陽電池と同じパネルの近くの、またはそこからの太陽電池の最大電力点アルゴリズムの初期化を向上させるために使用することができるが、それは、少なくとも純度および名目効率など既知のまたは経験から得られた物理的差異についての十分な考慮が与えられるならば、隣接した太陽電池がおよそ同じ電力点を有すると仮定することが妥当であるからである。さらに、中央制御装置は、本発明では、蓄積された電圧または電流を追う一種の全体的な最大電力点追従を実施し、個々のＤＣ／ＤＣコンバータの所望の共通電圧または電流を設定するためにこの情報を使用することができる。
【００４７】
本発明によれば、順番にという用語は、中央制御装置の処理電力を個々のＤＣ／ＤＣコンバータ間で分散させるいずれの方式をも含めて、広い意味で解釈すべきである。単純で、さらに効率的な方式では、中央制御装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１番から始めて、最大電力点を見つけ、それに応じてコンバータ制御装置を設定し、次いで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２番に続き、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータが設定されるまで同様に続く。次いで、中央制御装置は、コンバータ１番からすぐに再開し、または中央制御装置は、所定の時間、たとえば１分や１秒の間休止し、あるいは最後の数サイクルにわたって経験された、またはユーザによって設定された変化速度によって決まる可変の時間量の間、休止する。本発明の範囲内のより複雑な方式では、中央制御装置は、たとえば制御装置の経験に従って他のＤＣ／ＤＣコンバータより速く変化する傾向のあるＤＣ／ＤＣコンバータ、たとえばモジュールの下部の太陽電池に関連するコンバータのために最大電力点追従アルゴリズムをより頻繁に実施し、このモジュールの下部では、地上にあるもの、または砂もしくは雪によって、上部より頻繁に光が妨害される。より複雑な方式では、追従アルゴリズムは別々の部分に分割され、第１の部分、たとえば粗い追従が、すべてのコンバータについて順番にまず実施され、次いでさらなる部分、たとえば細かい追従が、すべてのコンバータについて順番に実施される。
【００４８】
本発明によれば、局所電力点追従を用いた実施形態のための中央制御装置および／またはコンバータ制御装置は、それぞれ異なる状況で、または所定のときに選択するそれぞれ異なる最大電力点追従アルゴリズムを備えることができる。これは、上記に言及されたように、たとえば粗い追従アルゴリズムおよび細かい追従アルゴリズムであってよく、あるいはそれは、早い変化、遅い変化、太陽電池間の非常に大きい差、太陽電池間の小さい差などに最適化されたアルゴリズムであってよい。それぞれ異なる最大電力点追従アルゴリズムは、電磁妨害ＥＭＩおよび他のノイズ問題、プロセッサ電力消費などに関して、それぞれ異なるやり方で最適化することもできる。たとえば、好ましい一実施形態では、最大性能レベルでプロセッサを駆動する効率最適化された高速アルゴリズムは、初期化追従のために、また照明の大きい変化が生じるとき、たとえば太陽が沈むときに使用することができ、より低い性能レベルでプロセッサを駆動する維持最適化された低速アルゴリズムは、一般には制御装置の電力消費を最小限に抑え、また熱放散を減少させるためにも使用することができる。
【００４９】
本発明によれば、中央制御装置は、さらなるコンバータに対処するためにアルゴリズム内でいずれかの待ち時間を使用し、その間に少しのアルゴリズムをそこで実施することもできる。したがって、新しい測定値の収集の前にコンバータ制御装置を設定し、一定の時間の待つことを伴うアルゴリズムでは、中央制御装置は、まず数個の第１のコンバータ制御装置の設定を行い、次いで戻り、測定値を収集してよい。好ましい一実施形態では、この方式は、コンバータ制御装置にデータを局所的に収集させ、またはさらにアルゴリズムの数ステップを自律的に実施させ、次いで、実施されたステップから収集された結果の返送指示を待たせることによってさらに最適化される。
【００５０】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの各ＤＣ／ＤＣコンバータについて最大電力点追従アルゴリズムを順番に前記実施することが、所定の間隔で最大電力点追従アルゴリズムを繰返し実行することを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００５１】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの各ＤＣ／ＤＣコンバータの前記コンバータ制御装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎが、局所最大電力点追従アルゴリズムを実施するためのプロセッサを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００５２】
本発明の好ましい一実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは、それ自体のセルの最大電力点をそれぞれが追従可能であるという意味で自律したものであり、それは、システム効率全体にとって非常に有意義である。
【００５３】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのそれぞれがデータ出力ＤＯ１、ＤＯ２、ＤＯｎを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００５４】
本発明の好ましい一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、中央制御装置、または他のＤＣ／ＤＣコンバータに情報を送信する。この情報は、たとえば、太陽電池出力データ、太陽電池温度、スイッチ・モード・コンバータ効率、コンバータ出力電圧などを備えてよい。
【００５５】
前記データ出力ＤＯ１、ＤＯ２、ＤＯｎは、前記制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩ１によって、入出力装置を形成するように構成される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００５６】
前記中央制御装置ＣＣが、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの各ＤＣ／ＤＣコンバータの電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎ値および／または電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎ値に関する情報を前記データ出力ＤＯ１、ＤＯ２、ＤＯｎを介して受け取るように構成される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００５７】
本発明の好ましい一実施形態によれば、中央制御装置は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータをシャットダウンすべきかどうか、または共通電流に適した所定の値をいつ設定すべきか決定するために、この情報を使用することができる。
【００５８】
前記中央制御装置ＣＣが、前記インバータＤＡから情報を得るように構成される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００５９】
発電システムが、外部受信側に情報を送信し、かつ／または外部発信元から制御データを受信するためのデータ・インターフェースＤＩを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００６０】
本発明によれば、任意のタイプの外部受信側または外部発信元が、本発明の範囲内である。好ましい一実施形態では、データの外部受信側は、データを表示するヒューマン・インターフェース手段と、生データまたは処理済みデータを格納するためのログ手段、たとえばデータベースとを備える。好ましい一実施形態では、外部発信元は、ユーザが制御パラメータを入力し、または所定のユーザ変数のためのセットから選択することを可能にするヒューマン・インターフェース手段を備える。
【００６１】
本発明はさらに、それぞれが少なくとも１つの太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎに接続されており、システム中間出力ＳＩＯで、それぞれ蓄積されたシステム出力電圧または蓄積されたシステム出力電流を供給するために電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎが直列または並列に結合されている複数のＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎを備える発電システムＰＧＳを操作する方法であって、中央制御装置ＣＣが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのうちの少なくとも２つの各ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態を選択的に設定することを特徴とする方法に関する。
【００６２】
本発明によれば、この方法が細部と全体の両方の制御を容易にするので、ＰＶモジュールを操作する有利なやり方が提供され、それによって、局所電力点追従または中央電力点追従によって取得可能なものより優れた最適な全体的システム性能が可能になる。
【００６３】
本発明によれば、出力状態は、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力出力に関連し、またはそれに影響を及ぼす特性または動作パラメータを指す。下記に、例が示されている。
【００６４】
前記出力状態が、少なくとも
−  電力を寄与する状態、および
−  電力を寄与しない状態のリストから選択される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００６５】
本発明によれば、最適なシステム効率を達成しようとする中央制御装置ＣＣの有利な制御の可能性は、特定のＤＣ／ＤＣコンバータが、それが寄与するのではなく、実際にはシステムを低下させると決定され得る場合、特定のＤＣ／ＤＣコンバータをオフにすることにある。
【００６６】
前記出力状態が
−  所定の出力電力を求める状態、
−  所定の出力電流を求める状態、
−  所定の出力電圧を求める状態、および
−  所定の出力電圧および所定の出力電流を求める状態のうちの少なくとも１つまたは複数のリストから選択される場合、
本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００６７】
本発明によれば、上記に言及されたように、中央制御装置は好ましくは、他の制御可能性をも有する。それぞれ異なる設定は、最大効率を探す場合、最大効率を維持しようとする場合、何らかの理由、たとえばそれを行うことの失敗のため、またはそうせよとの外部命令のために出力電力を制限することを決定する場合などに中央制御装置によって使用され得る。
【００６８】
本発明によれば、所与のという語には、広い解釈が与えられるべきであり、それが容易に動的または構成可能となり、または次の命令によって変更され得ることを意味するが、中央制御装置が制限、目的または設定値として使用するためＤＣ／ＤＣコンバータに特定の値を伝達するとき、それは中央制御装置によって予め定められる。
【００６９】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎがそれぞれ局所最大電力点追従アルゴリズムを個々に実施するとき、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００７０】
本発明の一実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータの個々の電力点追従を実施するが、中央制御装置が特定の動作パラメータなどを強制する可能性がある。これは、たとえば特定のＤＣ／ＤＣコンバータがそこから利益を得ることができる他のＤＣ／ＤＣコンバータから中央制御装置が知識を得ている場合に有利になることがあり、あるいは全体的なシステム・ビューに基づいて開始条件または設定値を設定するのに有利に使用され得る。
【００７１】
前記中央制御装置ＣＣが、システム中間出力ＳＩＯの少なくとも１つの特性、たとえば蓄積されたシステム出力電圧またはシステム出力電流に少なくとも部分的に基づいて前記出力状態を設定する場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００７２】
システム電流を制御することによってＤＣ／ＤＣコンバータを間接的に制御する本発明の有利な方法を実施する際に中央制御装置の働きを促すために、システム電流および他の特性、たとえば電圧、ノイズ、変化、温度、照明などについての知識が、非常に重要であり得る。
【００７３】
システムＤＣ／ＤＣ変換が、システム出力ＳＯを確立するために前記システム中間出力ＳＩＯに対して実施される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００７４】
それによって、本発明によれば、全システム出力のたとえば電圧および電力を制御する必要性は、中間システム出力を制御する必要性から切り離される。
【００７５】
前記中央制御装置ＣＣが、所定の入力電力、所定の入力電流、所定の入力電圧のうちの少なくとも１つを求めるために前記システムＤＣ／ＤＣ変換を制御する場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００７６】
中央制御装置は、これらを制御できるようになる場合、実際には、ＤＣ／ＤＣコンバータの自律的な最大電力点追従に拘らず、またはそれと共に、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する賢いやり方が与えられる。
【００７７】
具体的には、入力電流を設定するオプションは、ＰＶモジュールに直列結合されたＤＣ／ＤＣコンバータの高度の制御をそれが促すので、非常に有利である。もう一方で、並列結合されたシステムにとっては、入力電圧を制御するオプションが興味深い。
【００７８】
本発明によれば、所定という語には、広い解釈が与えられるべきであり、それが容易に動的または構成可能となり、または次の命令によって変更され得ることを意味するが、中央制御装置が制限、目的または設定値として使用するためにシステムＤＣ／ＤＣコンバータに特定の値を伝達するとき、それは中央制御装置によって予め定められる。
【００７９】
前記システムＤＣ／ＤＣ変換が、前記蓄積されたシステム出力電圧、もしくは前記蓄積されたシステム出力電流、および／または関連する電流もしくは電圧を制御するために前記中央制御装置ＣＣによって制御される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００８０】
前記中央制御装置ＣＣが、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力、
−  所定の出力電流、
−  所定の出力電圧、
−  所定の出力パルス周波数、および
−  所定の出力パルス負荷サイクルのうちの１つまたは複数を求めるために前記システムＤＣ／ＤＣ変換するとき、
本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００８１】
本発明によれば、中央制御装置は、たとえばシステム出力を完全にシャットダウンすることができる。これは、ＰＶモジュールに関する問題が、典型的にはＰＶモジュールに光が当たるとすぐにそれが電力を生成することであるので、安全性の理由から、たとえば保守時に有利である。
【００８２】
本発明によれば、所定という語には、広い解釈が与えられるべきであり、それが容易に動的または構成可能となり、または次の命令によって変更され得ることを意味するが、中央制御装置が出力制限、目的または設定値として使用するためにシステムＤＣ／ＤＣコンバータに特定の値を伝達するとき、それは中央制御装置によって予め定められる。
【００８３】
ＤＣ／ＡＣ変換が、システムＡＣ出力ＳＡＯを確立するために前記システム出力ＳＯに対して実施されるとき、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００８４】
任意のタイプおよび構成のＤＣ／ＡＣ変換が、本発明の範囲内である。システムＡＣ出力は好ましくは、局所配電網の仕様、たとえば５０Ｈｚで２３０Ｖを有する単相に従って確立されるが、任意の設定値が、本発明の範囲内である。
【００８５】
前記中央制御装置ＣＣが、
−  電力を寄与する状態、
−  電力を寄与しない状態、
−  所定の出力電力、
−  所定の出力電流、
−  所定の出力電圧、
−  所定の出力周波数、および
−  所定の出力位相のうちの１つまたは複数を求めるために前記ＤＣ／ＡＣ変換を制御する場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００８６】
好ましい一実施形態によれば、ユーザ制御されたまたは可変の設定値を含めて、ＤＣ／ＡＣ変換の任意の特性は、制御下に置かれる。
この意味では、所定のという語は、それが連続的には変動していないが、製造元によって必ずしも事前設定されないことを意味する。それは、たとえば製造または取付け時にハード・ワイヤリングによってたとえば予め定めてもよいし、たとえば取付け時に、またはユーザ・インターフェースの使用によって望まれるいずれかのときにソフト・コーディングによってたとえば予め定めてもよい。一実施形態では、それは、中央制御装置によって自動的に予め定めることもでき、中央制御装置には、最良または必要なインバータ出力を決定できる十分な外部情報が与えられる。
【００８７】
好ましい一実施形態では、ＤＣ／ＡＣ変換は、入力電流の制御、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎを通って流れる電流の制御を可能にする。適切なＤＣ／ＡＣ変換は、たとえばインバータが後に続くＤＣ／ＤＣブースト・コンバータとして実装することができる。可能なインバータ構成は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ・ベースのインバータまたは他の任意のインバータ・タイプを備える。
【００８８】
前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータが、対応する前記接続された太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎから電力供給されるコンバータ制御装置Ｃ１、Ｃ２、Ｃｎを備える場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００８９】
ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、コンバータ制御装置を備える。好ましい一実施形態では、コンバータ制御装置は、完全に自己完結型の最大電力点追従機構を備え、この最大電力点追従機構は、中央制御装置によって制御可能であるが、標準の状況下で、または中央制御装置が十分迅速には対処できないことがある通信問題または突然の変更が生じる場合には、最大電力点追従機構自体で通常機能している。本発明によれば、コンバータ制御装置は、データ収集および中央制御装置との通信のための手段をさらに備える。
【００９０】
本発明の好ましい一実施形態によれば、コンバータ制御装置は、対応する太陽電池から直接供給され、したがって、太陽電池に十分光が当たるならば、コンバータ制御装置が中央制御装置などと通信するための電力があるであろう。
【００９１】
前記中央制御装置ＣＣが、前記少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの各ＤＣ／ＤＣコンバータについて最大電力点追従アルゴリズムを実施する場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００９２】
本発明の一実施形態によれば、最大電力点追従は、中央制御装置によって実施され、したがって、この中央制御装置は、より多くのパラメータ、たとえば全出力、インバータ入力、外部制御値など、中央接続からの測定値をアルゴリズム内に含むことが可能である。本発明の拡張型の一実施形態では、中央制御装置は、特定のＤＣ／ＤＣコンバータ内の電力点の設定において、他のＤＣ／ＤＣコンバータから収集された情報を使用することができる。各ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎについて最大電力点追従アルゴリズムが所定の間隔で順番にかつ繰返し実施される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００９３】
前記中央制御装置ＣＣが、データ出力ＤＯ１、ＤＯ２、ＤＯｎを介して前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎのうちの少なくとも２つのＤＣ／ＤＣコンバータの入力、出力および／または内部値に関する情報を受け取る場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００９４】
本発明の好ましい一実施形態によれば、中央制御装置は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータをシャットダウンすべきかどうか、または共通電流に適した所定の値をいつ設定すべきか決定するためにこの情報を使用することができる。
【００９５】
前記中央制御装置ＣＣが前記ＤＣ／ＡＣ変換に関連する入力、出力および／または中間値に関する情報を受け取る場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００９６】
外部受信側への情報送信および／または外部発信元からの制御データの受信のためのデータ・インターフェースＤＩが提供される場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【００９７】
本発明によれば、任意のタイプの外部受信側または外部発信元が、本発明の範囲内である。好ましい一実施形態では、データの外部受信側は、データを表示するヒューマン・インターフェース手段と、生データまたは処理済みデータを格納するためのログ手段、たとえばデータベースとを備える。好ましい一実施形態では、外部発信元は、ユーザが制御パラメータを入力し、または所定のユーザ変数のためのセットから選択することを可能にするヒューマン・インターフェース手段を備える。
【００９８】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎが、それが所定の時間の間、前記中央制御装置から通信を受け取らない場合には、その出力状態を、電力を寄与しない状態に変更する場合、本発明の有利な実施形態が得られる。
【００９９】
本発明によれば、このシステムは、したがって、通信が停止するとき、システム自体をシャットダウンすることができる。したがって、中央制御装置が稼働しておらず、実行されていない限り、本発明の方法を使用するＰＶモジュールが、その出力で電力を提供することは不可能である。本発明の一実施形態では、中央制御装置は、ＰＶモジュールが送電網または他の負荷に接続される前にＤＣ／ＤＣコンバータを開始することが不可能となるように、外部手段によって電力供給され、または制御入力を有する。
【０１００】
前記中央制御装置ＣＣが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎの個々のＤＣ／ＤＣコンバータを電力を寄与しない状態に設定すること、および全体的なシステム性能が良い影響を受けており、それによって前記各ＤＣ／ＤＣコンバータが所定時間の間、その設定のまま残されるか、それとも悪い影響を受けており、それによって前記各ＤＣ／ＤＣコンバータが、電力を寄与する出力状態に設定されるか評価することを伴うアルゴリズムに従って動作する場合、本発明の有利な一実施形態が得られる。
【０１０１】
本発明の好ましい一実施形態によれば、中央制御装置は時々、それぞれ異なるＤＣ／ＤＣコンバータをシャットダウンし、何が起こるか確かめようとすることができる。それによって全体的なシステム効率が向上される場合、特定のＤＣ／ＤＣコンバータは、それがＤＣ／ＤＣコンバータにシステム効率を低下させている問題がなくなり得るまで、一定の時間の間、その状態のまま残されるべきである。
【０１０２】
本発明について、図面を参照にして下記に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態による発電システムを示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、測定モジュールを備える発電システムを示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による、システムＤＣ／ＤＣコンバータを備える発電システムを示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による、インバータを備える発電システムを示す図である。
【図５】本発明の第５の実施形態による、並列結合されたＤＣ／ＤＣコンバータを備える発電システムを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、ＤＣ／ＤＣコンバータをより詳細に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、ＤＣ／ＤＣコンバータをより詳細に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０４】
図１は、本発明の一実施形態による発電システムＰＧＳを示している。それは、複数の太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎを備える。たとえばバルクもしくはウェーハ・ベースの薄膜またはナノ結晶太陽電池など、および任意の材料に基づいた、たとえばシリコン、テルル化カドミウム、銅インジウム・セレン化物、ガリウム砒素多接合、ルテニウム有機金属染料もしくは他の光吸収染料、または有機的もしくは高分子太陽電池など、任意のタイプの太陽電池を本発明で使用することができる。太陽電池ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣｎは、サブセルに分割することができ、この複数のサブセルは、必要に応じて、より高い結合電圧を生成するために直列に結合することができる。
【０１０５】
発電システムはさらに、電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎを介して太陽電池に接続された複数のＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎを備える。好ましくは、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが、個々の各太陽電池の効率を最大にするために、１つの太陽電池だけに関連付けられるが、各ＤＣ／ＤＣコンバータについて２つ以上の太陽電池またはサブセルが直列または並列に接続された実施形態もまた、本発明の範囲内である。好ましい一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された太陽電池のタイプおよび／または数は、ＤＣ／ＤＣコンバータよって構成された電子機器を駆動するのに十分な電圧が、恐らくステップアップ・コンバータを適用することによって生成されるように構成される。一代替実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、外部電源によって、またはたとえば、蓄積されたシステム出力電圧から駆動される。
【０１０６】
本発明の一実施形態では、太陽電池は、シリコン・セルであり、それぞれの太陽電池は、８個のサブセルに分割される。それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、直列に接続された１２個のサブセル、すなわち１個半の太陽電池による供給を受け、したがって約６．０Ｖの蓄積電圧が生成される。この電圧によって、たとえば０．５Ｖで動作するコンバータを実装するというタスクに比べて、効率的かつ適切なコンバータの実装が遥かに単純になる。さらに、異なる数のセル分割、および各ＤＣ／ＤＣコンバータに供給するサブセル、この例ではそれぞれ８個および１２個を選択することによって、各ＤＣ／ＤＣコンバータによって処理される最大電流を制御することができる。
【０１０７】
それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎをも備える。この実施形態では、電力出力は、システム中間出力ＳＩＯで蓄積されたシステムＤＣ出力電圧を確立するために、直列に接続される。コンバータを直列接続することによって、コンバータの電圧は蓄積されるが、コンバータの共通電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ電力出力のうちのいずれかの最低電流に近づく。したがって、すべてのコンバータの電流出力が等しいことが望まれる。ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎは、電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎの電力をできるだけ多く伝送するために、関連する太陽電池によって生成されたＤＣ電圧および電流を所望のＤＣ電流、およびそれに応じた電圧に変換することによってこれを達成する。
【０１０８】
本発明で使用するのに適した高効率で制御可能な、典型的にスイッチ・モードのＤＣ／ＤＣコンバータの数個の実装形態、たとえばバック、ブースト、バック・ブースト、Ｃｕｋ、フライバックおよびＳＥＰＩＣコンバータが、当業者によって知られている。参照により本明細書に組み込まれる、それぞれ異なるバック・タイプＤＣ／ＤＣコンバータ、および電流フィルタリング手段のそれぞれ異なる実装を開示しているＷＯ２００６／００５１２５Ａ１、参照により本明細書に組み込まれる、Ｈブリッジまたはプッシュ・プル段を備えたＤＣ／ＤＣコンバータを開示しているＷＯ２００４／００１９４２Ａ１、参照により本明細書に組み込まれる、数個のタイプのＤＣ／ＤＣコンバータを図１０Ａ〜１４Ｂおよび図１８〜図１９に開示している米国特許出願公開第２００６／０１３２１０２号、参照により本明細書に組み込まれる、それぞれ異なる適切なＤＣ／ＤＣコンバータを図８、図１３および図１９に開示しているＷＯ２００４／００６３４２Ａ１、および参照により本明細書に組み込まれる、それぞれ異なるタイプのＤＣ／ＤＣコンバータを開示している文献、「Ｃａｓｃａｄｅｄ  ＤＣ−ＤＣ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅｓ」、Ｇｅｏｆｆｒｅｙ  Ｒ．ＷａｌｋｅｒおよびＰａｕｌ  Ｃ．Ｓｅｒｎｉａ、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ発行、１９巻、４号、２００４年７月において、諸例が記載されている。
【０１０９】
図１の本発明の実施形態はさらに、各ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎごとに制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを備える。これらの制御入力は、中央制御装置ＣＣに接続される。中央制御装置と各ＤＣ／ＤＣコンバータとの間の電位差が恐らく非常に大きいために、好ましい一実施形態は、各制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎに関してガルバニック絶縁（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を促す。ガルバニック絶縁は、知られているいずれかのガルバニック絶縁手段、たとえば変圧器、オプトカプラまたはコンデンサによって実施することができる。本発明の好ましい一実施形態では、中央制御装置からの制御信号は、同期信号、たとえばクロック信号を備え、この信号をＤＣ／ＤＣコンバータは使用して、恐らく適切なクロック分割の実施後、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング段をクロック制御することができる。しかし、一代替実施形態では、同期信号は、別個の配線によってコンバータに提供することもできる。
【０１１０】
好ましい一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎを介して互いに通信することもできる。
【０１１１】
好ましくは、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータは、最大電力点追従アルゴリズムを局所的に実施するための手段を備える。次いで、中央制御装置ＣＣは、（直列結合されたシステム内の）各コンバータを通って流れる全電流を制御することによって全体的な性能を制御する。一代替実施形態では、中央制御装置ＣＣは、それに加えて、またはその代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータに特定の動作パラメータを好ましくは個々に使用することを強制する。さらなる代替実施形態では、各ＤＣ／ＤＣコンバータに自律的に動作する最大電力点追従機構を備えさせるのではなく、本発明は、中央制御装置ＣＣ内に実装された共通最大電力点追従機構の働きを促し、それによって個々のコンバータの制御機構内のシステム情報の収集および使用を可能にし、個々のコンバータへの要件を低減させる。本発明のこうした実施形態では、中央制御装置ＣＣは、各ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電力点追従アルゴリズムを個々に順番に実施する。したがって、たとえば７２個のコンバータを備えたＰＶモジュールでは、中央制御装置は、最大電力点追従アルゴリズムを７２回、すなわち各コンバータについて１回実施し、次いで第１のコンバータからからやり直す。その時間の間、あるＤＣ／ＤＣコンバータは、中央制御装置からの最大電力点追従の対象とならず、たとえば他のコンバータが追従されているとき、そのコンバータは、最後の追従セッション時に中央制御装置によって設定された設定値を用いて続行する。好ましい一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータはそれぞれ、局所最大電力点追従機構を備え、いずれにせよ、この局所最大電力点追従機構は、好ましくは中央制御装置によって設定された特定の範囲内で、中央制御装置によって追従セッション間で電力点追従を継続するように構成される。
【０１１２】
本発明の好ましい一実施形態では、各ＤＣ／ＤＣコンバータによって使用される局所最大電力点追従アルゴリズムは、原則として、太陽電池およびスイッチ・モードＤＣ／ＤＣコンバータで使用するのに適した任意の最大電力点追従アルゴリズムを備えてよい。しかし、本発明で使用する最大電力点追従アルゴリズムとしての実装するための好ましい方法のリストには、最も好ましいものとして摂動観測法が含まれるが、改良型摂動観測法、増分コンダクタンス法、負荷電流または負荷電圧最大化法、およびリプル相関制御法も含まれる。他の使用可能な方法には、それだけに限らないが、山登り法、ΔＰ型摂動観測法、部分開回路電圧法、部分短絡回路法、電流掃引法、ｄＰ／ｄＶまたはｄＰ／ｄＩフィードバック法、および寄生容量法が含まれる。ファジー理論またはニューラル・ネットワークに基づくアルゴリズム、ならびにたとえばそれぞれ異なる状況について２つ以上の方法を組み合わせるアルゴリズムもまた、本発明の範囲内である。これらのすべての方法に関する文献は、従来技術において当業者によって得ることができ、たとえば、これらの方法のいくつかが、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／０１３２１０２号に記載されている。
【０１１３】
本発明の一実施形態では、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバータが、並列結合された複数の低電力ＤＣ／ＤＣコンバータを備えることができ、それぞれがそれ自体の制御装置およびスイッチ・モード・コンバータの働きを促す。これは、数個の低電力、高効率ＤＣ／ＤＣコンバータが単一の高電力、高効率ＤＣ／ＤＣコンバータより遥かに安価であり得るので、太陽電池が比較的に高い電力を生成できるときに有益である。この実施形態では、同じ太陽電池に供給する並列ＤＣ／ＤＣコンバータが、互いに通信可能であるべきである。
【０１１４】
図２は、本発明による発電システムＰＧＳの一実施形態をより詳細に、またより多くの構成要素を含んで示している。主な構成要素は、上述された図１の実施形態に対応する。図２の実施形態はさらに、たとえばシステム中間出力ＳＩＯでシステム性能の特性を監視し決定し、この情報を中央制御装置ＣＣに送信する測定モジュールＭＭを備える。測定モジュールＭＭは、好ましい一実施形態では、中央制御装置が個々のＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれ異なる設定値の効果を発見するためにフィードバックとして使用すべき、システム中間出力の電圧および電流を決定し、そのやり方で、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータの結合された出力の一種の蓄積されたシステム最大電力点追従を実施することができる。ある場合では、たとえば、システム中間出力ＳＩＯの蓄積されたシステム電力は、中央制御装置が特定のＤＣ／ＤＣコンバータに、さもなければそれがシステム全体を低下させることになるので寄与を停止するよう命じる手段によって向上させることができる。次いで、中央制御装置のアルゴリズムは、ＤＣ／ＤＣコンバータにある間隔で短時間の間、寄与を開始させて、そのコンバータに寄与させていないことによってシステムが依然として最良かどうか発見することができる。電流効率を知り、特定の手段によって効率が向上しているか、それとも減少しているかどうか決定するために、中央制御装置は、測定モジュールによって確立された特性から利益を得る。
【０１１５】
たとえば電流および電圧を測定し表現する任意の適切な方法など、測定モジュールの任意の適切な実装形態が、本発明の範囲内である。たとえば電圧または電流測定、あるいはその両方がシステム中間出力ＳＩＯとは異なる物理的位置で行われている分散型測定モジュールもまた、本発明の範囲内である。こうした異なる物理的位置は、いずれにせよＤＣ／ＤＣコンバータが電流測定手段を備えるのが好ましいので、たとえば中央制御装置に最も近くに位置するものなど、ＤＣ／ＤＣコンバータのうちの１つの中にあってよい。
【０１１６】
図３は、本発明による発電システムＰＧＳの一実施形態をより詳細に、またより多くの構成要素を含んで示している。主な構成要素は、上述された図１および図２の諸実施形態に対応する。図３の実施形態は、システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤを備え、このシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤは、システム中央出力ＳＩＯ上の蓄積された電圧および関連の電流を、システム出力ＳＯのシステム電圧および関連の電流に変換する。システムＤＣ／ＤＣコンバータは、好ましくは制御可能ＤＣ／ＤＣコンバータ、好ましくはＤＣ／ＤＣブースト・コンバータである。中央制御装置は、その動作パラメータおよび状態を制御できるように、システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤの制御入力に接続される。好ましい一実施形態では、中央制御装置は、所定の電流にＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎを通過させるためにシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤを使用し、それによって、各ＤＣ／ＤＣコンバータを個々に制御するよりうまく働く場合が多い強力な制御手段を中央制御装置に与える。
【０１１７】
好ましい一実施形態では、中央制御装置とシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤの間の接続によって、中央制御装置は、システムＤＣ／ＤＣコンバータの出力、たとえば出力電圧があるべきかどうかや、電圧および電流がどうあるべきかを制御することもできる。
【０１１８】
図３では、図２の測定モジュールＭＭは、システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤに置き換わっており、このシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤは、測定機能性を含み、決定された特性を中央制御装置ＣＣに通信し返すことができ、したがって双方向接続が行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、測定モジュールによって決定された特性に対応する特性、たとえば蓄積されたシステムＤＣ出力電圧、その電流、またはたとえばＰＶモジュールの温度などに関する特性を決定するように構成することができる。一代替実施形態では、測定モジュールＭＭは、たとえば、それが異なるやり方で分散され、局所化される場合、システムＤＣ／ＤＣコンバータに加えて実装することもできる。好ましい一実施形態では、一部の特性はシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤ内で決定され、また一部の特性は、分散型測定モジュールによって他のところで決定される。
【０１１９】
図３の実施形態の電流感知および制御可能システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤは、中央制御装置がこの時点ではシステム電流の、したがって複数のＤＣ／ＤＣコンバータの理解と制御の両方を順番に行うことができるので、強力で有利な機構になる。
【０１２０】
本発明の一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎは、好ましくは制御入力ＣＩ１、ＣＩ２、ＣＩｎによって構成されたデータ出力ＤＯ１、ＤＯ２、ＤＯｎを備える。それによって、中央制御装置ＣＣは、たとえば電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎまたは電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎの電圧または電流に関する情報を各ＤＣ／ＤＣコンバータからも受け取ることができる。さらに、関連情報は、たとえば各太陽電池の温度などを備えてよい。中央制御装置は、個々のＤＣ／ＤＣコンバータが駆動される電力点、および全体的なシステム効率を最適化するために、個々のＤＣ／ＤＣコンバータおよびシステムＤＣ／ＤＣコンバータからの情報を使用することができる。
【０１２１】
本発明の一実施形態では、発電システムはさらに、外部発信元、たとえばコンピュータＰＣ、データベースＤＢ、ヒューマン・インターフェースＨＩ、たとえば制御ボタンを備えたディスプレイからデータを送信または受信するためのデータ・インターフェースＤＩを備える。外部受信側に送信される情報は、たとえば陰影妨害または損害に関して、システム全体、および個々のＤＣ／ＤＣコンバータまたは太陽電池の状況を含んでよい。この情報は、履歴を備えてよく、または履歴は、外部受信側たとえばデータベースで維持することができる。外部発信元、たとえばコンピュータやコマンド・パネルから受け取られた情報は、システムのシャットダウン、保守または自己診断手順の実施、動作パラメータ、たとえば所望の出力電圧および／または周波数の設定、特定の情報の取出しなどを命じるコマンドを備えてよい。データ・インターフェースは、他のＰＶモジュールと通信することもできる。データ・インターフェースＤＩは、インターネット技術、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどを含めて、任意の適切な通信インターフェース、たとえばデータ通信技術、コンピュータ・ネットワーク技術によって外部発信元と通信することができる。
【０１２２】
図４は、本発明による発電システムＰＧＳの一実施形態をより詳細に、より多くの構成要素を含んで示している。主要な構成要素は、上記の図１〜３の諸実施形態に対応する。図４の実施形態は、ＤＣ／ＡＣインバータＤＡ、好ましくはステップダウン・インバータを備え、このインバータは、システム出力ＳＯ、すなわちシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤの出力を、好ましくは局所送電網の仕様、たとえば６０Ｈｚでは１１０Ｖ、または５０Ｈｚでは２３０Ｖに対応する電圧および周波数のシステムＡＣ出力ＳＡＯに変換する。一代替実施形態では、インバータＤＡは可変であり、たとえば電子機器を制御するためのユーザ制御可能電圧および／または周波数を出力してよい。中央制御装置ＣＣは、インバータ、ならびにシステムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤに接続された図４の実施形態にある。本発明の一実施形態によれば、中央制御装置は、たとえば安全性の理由から、または可変の出力インバータの制御のために出力端子でシステム交流電流が生成されないように、たとえばインバータをシャットダウンするためにＤＣ／ＡＣインバータＤＡをも制御する。
【０１２３】
本発明の一代替実施形態では、システムＤＣ／ＤＣコンバータＳＤＤとインバータＤＡとの組合せが、インバータだけで置換され、しかし、このインバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータ技術を備えることができる。好ましい一実施形態では、システム中間出力に結合されたブロックの入力電流は、各ＤＣ／ＤＣコンバータ内で実施される局所最大電力点追従を超えてシステム効率を最適化できるようにするために制御可能とすべきである。
【０１２４】
本発明の一実施形態によれば、中央制御装置は、システムＡＣ出力ＳＡＯのたとえば電圧、電流、周波数などに関するインバータＤＡからの情報を受け取ることができる。システムＤＣ／ＤＣコンバータについて図３を参照して上述されたように、インバータＤＡは、測定モジュールＭＭの一部を備えることもでき、あるいは測定モジュールは、それぞれ異なるブロック間に分散させてもよいし、他のところに置いてもよい。
【０１２５】
図３と同様に、図４の実施形態は、データ・インターフェースＤＩをも備える。本発明の一実施形態では、電力線通信または電力線を介した広帯域と呼ばれることがある送電網を介したコンピュータ・ネットワーク接続の確立が、一般に知られることを活用している。したがって、本発明による発電システムは、インバータからのグリッド接続を介して、すなわち別個のネットワーク・ケーブルなどを必要とせずに外部装置と通信可能であってよい。データ・インターフェースＤＩからグリッドまでの通信は、中央制御装置および制御接続を介して中央制御装置とインバータの間で行ってもよいし、別個の接続が、データ・インターフェースからインバータ出力のグリッド・モデムまで直接に行われてもよい。
【０１２６】
図５は、図１を参照して述べられた実施形態と同じ要素を含む本発明の一実施形態を示しているが、図５では、電力出力ＰＯ１、ＰＯ２、ＰＯｎが、図１〜４に示された直列接続とは異なり並列に結合されている。コンバータを並列に接続することによって、電力は蓄積されるが、共通電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ電力出力のうちのいずれかの最低電圧に近づく。したがって、すべてのコンバータの電圧出力が等しいことが望まれる。ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１、ＤＤ２、ＤＤｎは、電力入力ＰＩ１、ＰＩ２、ＰＩｎの電力をできるだけ多く伝送するために、関連する太陽電池によって生成されたＤＣ電圧および電流を、所望のＤＣ電圧およびそれに応じた電流に変換することによってこれを達成する。これは、図１に関して上記に言及されたＤＣ／ＤＣコンバータ・タイプのうちのいずれかによって行うことができる。
【０１２７】
構成要素の残りの部分は、図１の実施形態の類似の構成要素に対応する。具体的には、図５の実施形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力状態および動作パラメータを制御し、それによって全体的なシステム効率を制御できる中央制御装置ＣＣをも備える。
【０１２８】
一般に、好ましい一実施形態では、中央制御装置の主なタスクは、
−  通信、すなわち交渉および命名クライアント、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ、測定モジュール、システムＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、データ・インターフェースなどをホストすること、
−  キープアライブ信号および同期信号を供給または制御することであって、ＤＣ／ＤＣコンバータが、所定時間の間、中央制御装置から通信を受け取らない場合にはシャットダウンすべきであること、
−  たとえば数個のＤＣ／ＤＣコンバータに順次またはグループで開始するよう指示することによって、ＰＶモジュールの開始を制御することであって、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータが同時に開始すべきであること、
−  平均の状況下でＰＶモジュールが通常動作する間、監視し、稀にしかアクティブでないこと、
−  それぞれシステム電流または電圧を制御すること、
−  たとえば特定のＤＣ／ＤＣコンバータをシャットダウンすることによって、所定の間隔で、または適切または必要であると思われるときにシステム効率性テストを実施し、システムがどのように反応するか確かめ、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ、システムＤＣ／ＤＣコンバータなどの動作条件を設定することであって、具体的には、生成が少ないとき、または障害の場合には、残りのコンバータがよりよく働き得るので１つまたは複数のコンバータをシャットダウンすることがシステム効率にとって有用であり得ること、および
−  データ・インターフェースからの要求または命令、たとえばユーザ入力を処理し、たとえばディスプレイ上に出力し、またはデータベース内に格納するためにデータ選択をデータ・インターフェースに提供することを備える。
【０１２９】
上記タスクの任意の部分集合、追加のタスクとの任意の組合せ、および複数の制御装置への任意のタスク分散が、本発明の範囲内であることに留意されたい。
【０１３０】
図６は、本発明によるＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１の原理実施形態（ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）を示している。コンバータＤＤ１は、太陽電池ＳＣ１または太陽電池のアレイに結合された電力入力ＰＩ１を備える。スイッチ・モード・コンバータＳＷ１は、コアＤＣ／ＤＣ変換素子として提供され、電力入力ＰＩ１を介して太陽電池ＳＣ１から電圧および電流を受け取り、この電力入力ＰＩ１は、その電圧および電流を、電力出力ＰＯ１で供給すべき典型的にはそれぞれ異なる電圧および電流に変換する。スイッチ・モード・コンバータＳＷ１は、コンバータ制御装置Ｃ１によって制御されたスイッチ・モード・コンバータ制御信号ＳＷＣを用いるものであり、このコンバータ制御装置Ｃ１は、好ましくは単一の入出力装置として実装された制御入力ＣＩ１およびデータ出力ＤＯ１にも結合される。電力出力ＰＯＩおよび制御入力ＣＩ１／データ出力ＤＯＩの外部結合については、図１〜５を参照して上記に述べられている。
【０１３１】
好ましい一実施形態では、スイッチ・モード・コンバータＳＷ１は、制御可能な動作条件、たとえば負荷サイクル、および電流または電圧を有するバックタイプ・コンバータとして実装される。
【０１３２】
好ましい一実施形態では、コンバータ制御装置Ｃ１は、局所電力点追従アルゴリズム、たとえば図１を参照して上述されたアルゴリズムのうちの１つに従ってスイッチ・モード・コンバータＳＷ１を駆動する。したがって、中央制御装置ＣＣによる全体的な制御は実際には、（直列接続システム内で）全電流を制御し、局所コンバータ制御装置にこれに適応させ、局所電力点追従アルゴリズムに従って最大電力を供給させることによって実施される。好ましい一実施形態では、したがって、中央制御装置は、各スイッチ・モード・コンバータの動作パラメータを別々に制御する必要はない。しかし、一代替実施形態では、それを行うことが可能であってよい。一代替実施形態では、コンバータ制御装置Ｃ１は、中央制御装置ＣＣから受け取られた設定、たとえば太陽電池ＳＣ１から取得可能な最も高い電力で特定の出力電流を引き起こす設定に従ってスイッチ・モード・コンバータＳＷ１を駆動する。中央制御装置がＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１および太陽電池ＳＣ１に対して最大電力点追従アルゴリズムを実行するとき、コンバータ制御装置Ｃ１は、制御入力ＣＩ１を介して中央制御装置ＣＣから受け取られた命令に従ってスイッチ・モード・コンバータＳＷ１を駆動する。
【０１３３】
またコンバータ制御装置Ｃ１は、スイッチ・モード・コンバータＳＷ１の入出力および内部素子からデータを収集し、これらのうちの選択されたセットを、所定の方式に従って自律的に、または要求に応じてデータ出力ＤＯ１を介して中央制御装置ＣＣに送信する。
【０１３４】
図７は、本発明によるＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１の一実施形態をより詳細に示している。図６にやはり含まれている要素に加えて、図７の実施形態は、コンバータ制御装置Ｃ１と、他のＤＣ／ＤＣコンバータおよび中央制御装置ＣＣに接続された通信バスとの間の通信リンク上にガルバニック絶縁ＧＳを備える。上述されたように、ガルバニック絶縁ＧＳは、いずれかの知られているガルバニック絶縁手段、たとえば変圧器、オプトカプラ、コンデンサなどによって実装することができる。
【０１３５】
図７はさらに、コンバータ制御装置Ｃ１とスイッチ・モード・コンバータＳＷ１との間にスイッチ・モード・コンバータ同期信号ＳＷＳを備える。上述されたように、好ましい一実施形態では中央制御装置からの制御信号は、同期信号、たとえばクロック信号を備え、コンバータ制御装置Ｃ１は、この同期信号を使用して、恐らく適切なクロック分割実施の後、スイッチング段ＳＷ１をクロック制御することができる。しかし、同期信号は、一代替実施形態では、別個の配線によって、たとえばシステム・クロック・ジェネレータから直接にスイッチ・モード・コンバータＳＷ１に供給することもできる。
【０１３６】
図７はさらに、太陽電池または太陽電池のアレイＳＣ１からコンバータ制御装置Ｃ１に直接供給するように構成された制御装置電源ＣＰＳをさらに備える。この局所供給によって、中央電源からのすべての局所ＤＣ／ＤＣコンバータに電源線を引く必要がなくなるが、コンバータ制御装置Ｃ１がその通信インターフェースを、中央制御装置から命令を受け取り、または状況および測定情報を返送するように動作させることができ、またスイッチ・モード・コンバータＳＷ１を順序よく開始させるのにスイッチ・モード・コンバータＳＷ１の動作条件を制御し設定できることがさらに有利である。明らかに、制御装置電源ＣＰＳは、太陽電池に十分に光が当たる場合にしか電力を供給することができない。しかし、この事実は、コンバータ制御装置が太陽または他の照明源で自律的に順番に目を覚まし、これを中央制御装置に伝達できることをも意味する。好ましい一実施形態では、制御装置電源ＣＰＳは、光が消え、または何からの障害が生じたことを中央制御装置に伝え、ＤＣ／ＤＣコンバータを順序よく、またはシステムの残り部分が円滑に変更に適応できるほどゆっくりとシャットダウンすることが必要である間、コンバータ制御装置Ｃ１に供給できるほどの電力貯蔵能力を有する少量の電力貯蔵、たとえばコンデンサを備える。
【０１３７】
図７は、コンバータに到達し、またはコンバータから接続に沿ってセルに送られる電磁妨害の量を減少させるために、太陽電池からの接続上に入力フィルタをさらに備える。
【０１３８】
本発明の好ましい一実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータＤＤ１は、たとえばフィルタリング素子、電圧、電流、温度センスなどの補助的な構成要素をさらに備える。
【０１３９】
上述された発電システムおよびＤＣ／ＤＣコンバータのそれぞれ異なる実施形態のそれぞれ異なる態様を互いに組み合わせて、やはり完全に本発明の範囲内である他の実施形態を作成できることに留意されたい。具体的には、図５の並列結合実施形態は、図２〜図４のより高度な直列結合実施形態の追加の特徴のいずれかと組み合わせることができ、図６と比べて、図７の異なる追加の特徴は、たとえば図５の実施形態と別々に使用してもよいし、異なる組合せで使用してもよく、あるいは図１〜図５の諸実施形態を参照して示唆された諸変形形態のいずれかを、図６または図７の諸実施形態で使用することができる。
【図１】
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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７】
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【国際調査報告】
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