ＤＣ−ＤＣ電力コンバータおよびその制御方法
【課題】太陽光発電収集システムから電力を取り出すための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】ＤＣ電力をＤＣリンク８４に与えるように構成された発電システムが記載されている。発電システムは、ＤＣ電力を出力するように構成された第１の発電ユニット２２を備えている。発電システムはまた、入力部９０および出力部９２を備える第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を備えている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力部は、第１の発電ユニット２２と直列に結合されている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、第１の発電ユニット２２によるＤＣ電力出力の第１の部分を処理するように、また第１の発電ユニット２２のＤＣ電力出力の未処理の第２の部分を出力部に与えるように、構成されている。
【解決手段】ＤＣ電力をＤＣリンク８４に与えるように構成された発電システムが記載されている。発電システムは、ＤＣ電力を出力するように構成された第１の発電ユニット２２を備えている。発電システムはまた、入力部９０および出力部９２を備える第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を備えている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力部は、第１の発電ユニット２２と直列に結合されている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、第１の発電ユニット２２によるＤＣ電力出力の第１の部分を処理するように、また第１の発電ユニット２２のＤＣ電力出力の未処理の第２の部分を出力部に与えるように、構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国政府支援によって契約ＧＥ−ＥＥ００００５７２の下で行なわれ、エネルギー省（ＤＯＥ）より与えられたものである。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
本明細書で説明する実施形態は一般的に、太陽光（ＰＶ）発電システムに関し、より具体的には、太陽光発電収集システムから電力を取り出すための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽エネルギーは、ますます魅力的なエネルギー源になっており、きれいで再生可能な代替エネルギーであると認められている。太陽電池（ＰＶ）セルからは直流（ＤＣ）電力が発生し、ＤＣ電流のレベルは太陽放射に依存し、ＤＣ電圧のレベルは温度に依存している。交流（ＡＣ）電力が求められる場合、インバータを用いてＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。一般的に、ＰＶインバータ電力処理に対して２段階を用いている。第１段階は、一定のＤＣ電圧を与えるように構成され、第２段階は、一定のＤＣ電圧を送電網に適合するＡＣ電流および電圧に変換するように構成されている。一般的に、ＰＶインバータでは、ＤＣリンクを中間のエネルギー貯蔵ステップとして用いている。この意味は、ＰＶインバータに備わっているのは、不安定なＰＶアレイ電圧を安定なＤＣ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、その後に、安定なＤＣ電圧を、送電網上に注入することができるＡＣ電流に変換するＤＣ−ＡＣインバータとであるということである。２段階インバータの効率は、ＰＶシステムの性能に影響する重要なパラメータであり、個々の段効率の複合である。
【０００４】
より高い電流および電圧を得るために、ＰＶセルを電気的に接続してＰＶモジュールを形成している。複数のＰＶセルだけでなく、ＰＶモジュールはまた、センサ、たとえば、放射照度センサ、温度センサ、および／または電力計を備えていても良い。またＰＶモジュールを接続してストリングを形成しても良く、複数のストリングを接続してＰＶアレイを形成しても良い。一般的に、ＰＶアレイから出力されるＤＣ電圧を送電網インバータ（たとえば、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ）に与える。ＤＣ−ＡＣ電圧インバータによって、ＤＣ電圧は、単相または三相の交流（ＡＣ）電圧および電流に変換される。三相ＡＣ出力を、中電圧電力変圧器に与えることができる。中電圧電力変圧器は、電圧を上げて三相の中電圧ＡＣを発生させる。三相の中電圧ＡＣは、配電網内に注入される。
【０００５】
ほとんどのＰＶ発電システムでは、中央ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてＰＶアレイの全電力出力を変換しているため、比較的に高コストで高重量の解決方法となっている。また、中央ＤＣ−ＤＣコンバータは一般的に、アレイ電力を算出する際に用いるアレイ電圧および電流を測定するためのセンサを備える最大電力点追従器（ＭＰＰＴ）を用いている。このようなセンサは、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させるのに必要なセンサに加えて設けられている。また、全出力変換ＤＣ−ＤＣコンバータを備えるＰＶ発電システムの不利点は、効率複合効果と言われるものである。ＰＶ発電システムの効率は、中央ＤＣ−ＤＣコンバータの効率より高くなることはあり得ない。ＤＣ−ＡＣ変換の総合効率は、ＤＣ−ＤＣコンバータ効率とＤＣ−ＡＣインバータ効率との複合が原因で１％〜２％だけ低下する。さらに、全出力定格の中央ＤＣ−ＤＣコンバータに故障が発生すると、ＰＶアレイ全体の障害が生じる場合がある。このようなＰＶアレイ障害を防ぐために、一般的に、付加的なアレイ直列ダイオードおよびヒューズを用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ障害を隔離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９０２９６４３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
太陽光発電収集システムから電力を取り出すための方法およびシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様においては、直流（ＤＣ）電力をＤＣリンクに与えるように構成された発電システムが提供される。システムは、ＤＣ電力を出力するように構成された第１の発電ユニットを備えている。システムはまた、入力部および出力部を備える第１のＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力部は、第１の発電ユニットと直列に結合されている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の発電ユニットのＤＣ電力出力の第１の部分を処理するように、および前記第１の発電ユニットのＤＣ電力出力の未処理の第２の部分を前記出力部に与えるように、構成されている。
【０００９】
別の態様では、ＤＣ−ＤＣ部分電力コンバータが提供される。ＤＣ−ＤＣ部分電力コンバータは、発電ユニットのＤＣ電力出力の第１の部分を受け取るように構成された入力部を備えている。ＤＣ−ＤＣ部分電力コンバータはまた、発電ユニットのＤＣ電力出力の第１の処理部分および第２の未処理部分を含むＤＣ電力を出力してＤＣリンクへの印加に備えるように構成された出力部を備えている。
【００１０】
さらに別の態様では、発電システムの動作を制御するための方法が提供される。発電システムは、少なくとも１つの発電ユニットおよび少なくとも１つの部分電力コンバータを備えている。少なくとも１つの部分電力コンバータは、少なくとも１つの半導体スイッチの動作を制御するように構成されたコントローラを備えている。本方法は、部分電力コンバータを、少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを判定するように構成することと、部分電力コンバータを、少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを最大にして、少なくとも１つの発電ユニットの電力出力を最大にするように構成することと、を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】典型的な太陽光（ＰＶ）発電システムのブロック図である。
【図２】図１に示すＰＶ発電システムに含まれていても良い典型的なＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータによって行なわれる電力変換の全体的効率を、ＤＣ−ＤＣコンバータの利得の関数として示すプロットである。
【図４】図２に示す直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータから送出される部分電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータの利得の関数として示すプロットである。
【図５】図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータの全体的効率を、ＤＣ−ＤＣコンバータによって変換される電力の割合の関数として示すプロットである。
【図６】図１に示すＰＶ発電システムの典型的な電流−電圧（ＩＶ）特性を例示する図である。
【図７】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第１の代替的な実施形態の回路図である。
【図８】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第２の代替的な実施形態の回路図である。
【図９】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第３の代替的な実施形態の回路図である。
【図１０】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第４の代替的な実施形態の回路図である。
【図１１】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第５の代替的な実施形態の回路図である。
【図１２】図１に示すＰＶ発電システムを動作させるための典型的な方法のフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書で説明する方法、システム、および装置によって、ＰＶ発電システム内に含まれる少なくとも１つの太陽電池（ＰＶ）モジュールの電力出力を制御することと、少なくとも１つのＰＶモジュールの電力出力を直流（ＤＣ）電力から交流（ＡＣ）電力に変換して電力網への印加に備えることと、が容易になる。ＤＣ−ＤＣコンバータを、電力を供給する少なくとも１つのＰＶモジュールから最大電力を取り出すように制御する。ＰＶモジュールによる全電力出力のある割合がＤＣ−ＤＣコンバータによって処理される。コンバータ損失は最小限になる。なぜならば、ＰＶモジュールの全電力出力のうち一部分のみが、ＤＣ−ＤＣコンバータによって処理されるからである。本明細書ではＰＶ発電システムについて説明しているが、本明細書で説明する方法、システム、および装置は一般的に、任意の発電用途に適用しても良い。
【００１３】
本明細書で説明した方法、システム、および装置は、ＰＶモジュール、ストリング、またはアレイから送出される総電力のうち一部分のみを処理するように制御されるＤＣ−ＤＣ電力コンバータを備え、そうすることによって、ＤＣ−ＤＣ電力コンバータは、高電力送電網接続のＤＣ−ＡＣインバータに送出される総電力を制御する。ＤＣ−ＡＣインバータに送出される総電力のうち一部分のみが処理されるため、損失は最小限になり、その結果、ＰＶ発電システムの効率が増加する。変換効率が増加することによって、全体的なエネルギー収量が向上する。さらに、ＤＣ−ＡＣインバータによってメイン・システムＤＣリンク電圧が調整されるため、単純なアルゴリズムを用いることで、個々のＰＶモジュール、ＰＶストリング、および／またはＰＶアレイによる電力出力を最大にすることが、ＤＣリンクに送出される電流を単に最大にすることによって可能になる。このように単純であるために、ＰＶ発電システムの信頼性を高めることおよびコストを下げることが、少なくとも部分的には、高度に分散されたシステムを得るのに必要な比較的多数の小規模ＤＣ−ＤＣ電力コンバータが存在するということにより、可能になる。ＤＣ−ＤＣ電力コンバータをＰＶ発電システムの全体に渡って分散させることによって、ＰＶアレイ全体からの電力の最大化が、モジュール不整合、シェーディング、または他の不平衡効果たとえば汚れおよび／もしくは一時的事象たとえば雲の通過がある場合であっても、行なわれる。ＤＣ−ＤＣコンバータを適切に制御することによって、最大アレイ電圧を安全に制限することができ、また直列ダイオード隔離および耐故障性を実現することができる。また、この構成によって、ＰＶモジュールのアーク故障検出が可能になる。ＤＣ−ＤＣコンバータのコスト、サイズ、および重量が低減される。なぜならば、電力コンバータの定格は、システムから送出される総電力よりも著しく小さい電力になっているからである。
【００１４】
本明細書で説明した方法、システム、および装置の技術的効果には、以下のうちの少なくとも一方が含まれる。（ａ）部分電力コンバータを、部分電力コンバータ内に含まれる少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを判定するように構成すること、および（ｂ）部分電力コンバータを、少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを最大にして、少なくとも１つの発電ユニットの電力出力を最大にするように構成すること、である。
【００１５】
図１は、発電システム１０の典型的な実施形態のブロック図である。典型的な実施形態では、発電システム１０は複数の発電ユニット１２を備えている。典型的な実施形態では、発電システム１０は、複数のＰＶユニット１２が結合されてＰＶアレイを形成するＰＶ発電システムである。言い換えれば、複数のＰＶユニット１２内の各ＰＶユニットは、複数のＰＶユニット１２内の少なくとも１つの他のＰＶユニットと電気的に接続されて、ＰＶ発電システムを形成している。ＰＶユニット１２には、ＰＶモジュール、ＰＶストリング、および／またはＰＶストリングのグループが含まれていても良い（ただし、これらに限定されない）。ＰＶ発電システム１０はまた、少なくとも１つのＤＣ−ＡＣインバータ１４を備えていても良い。典型的な実施形態では、ＰＶユニット１２は、単に例えとして、メガワットまたは数百キロワットをＤＣ−ＡＣインバータ１４に送出している。ＤＣ−ＡＣインバータ１４は、ＰＶユニット１２から受け取ったＤＣ電力を調整して、送電網品質の電力をＡＣ電力網１６へ送出する。ＰＶユニット１２を、直列および／または並列ストリングで接続し、それらを次に複数のレベルで互いに結合して、それらの電力をＤＣ−ＡＣインバータ１４の入力１８に送出することを図っている。
【００１６】
典型的な実施形態では、ＰＶユニット１２は、第１のＰＶユニット２２、第２のＰＶユニット２４、第３のＰＶユニット２６、第４のＰＶユニット２８、第５のＰＶユニット３０、および第６のＰＶユニット３２を含んでいる。第１、第２、および第３のＰＶユニット２２、２４、および２６を、たとえば第１のストリング結合器４０において結合して、第１のストリング・アレイ４２を形成する。第４、第５、および第６のＰＶユニット２８、３０、および３２を、たとえば第２のストリング結合器４６において結合して、第２のストリング・アレイ４８を形成する。さらに、第１のストリング・アレイ４２および第２のストリング・アレイ４８は、たとえばアレイ結合器５０によって結合されている。アレイ結合器５０からＤＣ電力がＤＣ−ＡＣインバータ１４に出力される。６つのＰＶユニット、３つのストリング・アレイ、２つのストリング結合器、およびアレイ結合器を備えていると説明したが、ＰＶ発電システム１０は、任意の数のＰＶユニット、ストリング・アレイ、ストリング結合器、および／またはアレイ結合器であって、ＰＶ発電システム１０が本明細書で説明したように機能できるようにするものを備えていても良い。
【００１７】
典型的な実施形態では、ＰＶ発電システム１０は、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６８、たとえば、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ７４、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ７６、第５のＤＣ−ＤＣコンバータ７８、および第６のＤＣ−ＤＣコンバータ８０を備えている。典型的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は第１のＰＶユニット２２とストリング結合器４０との間に結合されており、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２は第２のＰＶユニット２４とストリング結合器４０との間に結合されており、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ７４は第３のＰＶユニット２６とストリング結合器４０との間に結合されており、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ７６は第４のＰＶユニット２８と第２のストリング結合器４６との間に結合されており、第５のＤＣ−ＤＣコンバータ７８は第５のＰＶユニット３０と第２のストリング結合器４６との間に結合されており、第６のＤＣ−ＤＣコンバータ８０は第６のＰＶユニット３２と第２のストリング結合器４６との間に結合されている。
【００１８】
第１の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、第１のストリング結合器４０とアレイ結合器５０との間に結合され、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２は、第２のストリング結合器４６とアレイ結合器５０との間に結合されている。第２の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、アレイ結合器５０とＤＣ−ＡＣインバータ１４との間に結合されている。さらに、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、ＰＶ発電システム１０内の、ＰＶ発電システム１０が本明細書で説明したように機能できるようにする任意の位置に配置しても良い。たとえば第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０の電力定格は、ＰＶ発電システム１０内のその位置に応じて変化する。
【００１９】
少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、複数のＰＶユニット１２から最大電力を取り出すように制御する。典型的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を第１のＰＶユニット２２から最大電力を取り出すように制御し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２を第２のＰＶユニット２４から最大電力を取り出すように制御し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ７４を第３のＰＶユニット２６から最大電力を取り出すように制御し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ７６を第４のＰＶユニット２８から最大電力を取り出すように制御し、第５のＤＣ−ＤＣコンバータ７８を第５のＰＶユニット３０から最大電力を取り出すように制御し、第６のＤＣ−ＤＣコンバータ８０を第６のＰＶユニット３２から最大電力を取り出すように制御している。第１の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を、ＰＶユニット２２、２４、および２６の組み合わせから最大電力を取り出すように制御し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２を、ＰＶユニット２８、３０、および３２の組み合わせから最大電力を取り出すように制御する。第２の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２の組み合わせから最大電力を取り出すように制御する。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、個々のＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２のより近くに配置することによって、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２から取り出すことができる電力が増加する。これは、少なくとも部分的には、ＰＶユニットの領域の一部にシェーディング、汚れ、またはモジュール不整合があっても、領域の他の部分に位置する他のＰＶユニットから送出される電力には影響しないという事実による。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、個々のＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２のより近くに配置して、ＤＣ−、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２から取り出せる電力が増えるのは、ＤＣコンバータ６８が非常に効率的である場合だけである。なぜならば、複数の非効率的なＤＣ−ＤＣコンバータを用いても、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２から取り出される電力は、１つの効率的なＤＣ−ＤＣコンバータを用いた場合と比べて増えないからである。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ６８を個々のＰＶユニットのより近くに配置することが実用的であるのは、コンバータのコストが十分に低くて、エネルギー収量の増加から得られる貨幣利得と相殺しないような場合だけである。
【００２１】
図２は、ＰＶ発電システム１０（図１に示す）内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータ７０の典型的な実施形態の回路図８２である。典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、ＰＶユニット（たとえば、第１のＰＶユニット２２）とＤＣリンク８４との間に結合されている。ＤＣ負荷８６が、ＤＣリンク８４にまたがって配置されていても良い。ＤＣ負荷８６には、電池充電器および／または送電網結合インバータたとえばＤＣ−ＡＣインバータ１４（図１に示す）が含まれていても良い（ただし、これらに限定されない）。ＤＣリンク８４を、ＤＣ−ＡＣインバータ１４、第１のストリング結合器４０（図１に示す）、第２のストリング結合器４６（図１に示す）、および／またはアレイ結合器５０（図１に示す）に結合しても良いし、またはその中に含めても良い。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、本明細書では、部分電力コンバータ（ＰＰＣ）とも言う。なぜならば、ＰＶユニット２２の電力出力の一部のみを、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換するからである。ＰＶユニット２２の電力出力の残りの部分は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０には与えられるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０による変換および／または処理は、ＤＣリンク８４に与えられる前には行なわれない。
【００２２】
典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、少なくとも１つの変圧器８８を備えるプッシュ・プル型コンバータとして構成される。プッシュ・プル型コンバータとして例示しているが、任意の他の好適なＤＣ−ＤＣコンバータ配置を用いても良い。少なくとも１つの変圧器８８は、一次部分９０（本明細書では入力部とも言う）および二次部分９２（本明細書では出力部とも言う）を備えている。典型的な実施形態では、一次部分９０は、少なくとも１つの一次巻線（たとえば、第１の一次巻線９６および第２の一次巻線９８）を備えている。一次部分９０はまた、少なくとも１つの半導体デバイス（たとえば、第１の半導体デバイス１０２および第２の半導体デバイス１０４）を備えている。半導体デバイス１０２および１０４には以下のものが含まれていても良い（ただし、これらを含むことに限定されない）。絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、またはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であって、シリコンまたはワイド・バンド・ギャップ材料（たとえば、炭化ケイ素および／または窒化ガリウム）を用いて実施されるもの。典型的な実施形態では、一次部分９０はまた、半導体デバイス１０２および１０４の動作を制御するコントローラ１０６を備えている。たとえば、コントローラ１０６は、半導体デバイス１０２に制御信号を与えても良い。制御信号のデューティ・サイクルによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の電圧出力が制御される。代替的な実施形態として、ＤＣリンク８４の電圧がＤＣ−ＡＣインバータ１４によって調整される場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、関連するＰＶユニット（たとえば、ＰＶユニット２２）の入力電圧をデューティ・サイクル制御によって調整して、ＰＶユニット２２から最大電力を取り出す。
【００２３】
典型的な実施形態では、二次部分９２は、少なくとも１つの二次巻線（たとえば、第１の二次巻線１０８および第２の二次巻線１１０）を備えている。二次部分９２はまた、少なくとも１つの半導体デバイス（たとえば、第１のダイオード１１４および第２のダイオード１１６）を備えている。典型的な実施形態では、ＰＶユニット２２の出力１２０は、第１の一次巻線９６と第２の一次巻線９８との間の中央タップ１３０に、および第１の二次巻線１０８と第２の二次巻線１１０との間の中央タップ１４０に結合されている。ＰＶユニット２２から出力されるＤＣ電流（ＩPV）１４４の第１の部分（Ｉprimary）１４２が、一次部分９０に与えられる。ＰＶユニット２２のＤＣ電流出力１４４の第２の部分（本明細書では、負荷電流またはＤＣリンク電流（ＩloadまたはＩDClink）１４６と言う）が、二次部分９２に直接与えられる。また一次部分９０および二次部分９２は相互誘導結合されている。より具体的には、一次巻線９６および９８は、二次巻線１０８および１１０に相互誘導結合されている。動作時には、一次巻線９６および９８を通って流れる時間変化電流が生じると、二次巻線１０８および１１０の両端に電圧が誘起される。
【００２４】
典型的な実施形態では、一次部分９０によって、ＰＶユニット２２から発生したＤＣ電流の一部が取り出される。さらに、二次部分９２はＰＶユニット２２と直列に結合されていて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧１５０（Ｖs）が、ＰＶユニット２２の出力電圧１５２（Ｖmppt）と直列になるようになっている。言い換えれば、ＤＣリンク８４に送出される電圧（本明細書では、ＶDClink１５４と言う）は、ＰＶ電圧１５２（Ｖmppt）とＤＣ−ＤＣコンバータ電圧１５０（Ｖs）との和である。また、ＤＣリンク８４に送出される電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって処理および／または変換される電力よりも大きくなっている。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に対する電力定格を、ＤＣリンク８４に送出されるすべての電力がＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって処理および／または変換される場合よりも、小さくすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に対する電力定格は、ＤＣリンク８４に送出される電力よりも小さいが、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、Ｉload１４６（ＤＣリンク電流とも言われる）を制御する能力を維持している。典型的な実施形態では、ＤＣリンク電圧１５４はＤＣ−ＡＣインバータ１４によって制御される。ＤＣ−ＡＣインバータ１４は、電力網１６（図１に示す）に結合されている。
【００２５】
図３は、ＰＰＣたとえばＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図２に示す）が行なう電力変換の全体的効率１８２を、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の利得１８４の関数としてシミュレートしたプロット１８０であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は９５％効率であると想定している。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の利得１８４は、本明細書では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧たとえば出力電圧（Ｖs）１５０（図２に示す）を、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に与えた電圧たとえば入力電圧（Ｖmppt）１５２（図２に示す）で割ったものと規定する。典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０が動作する利得は約０．５よりも小さい。例示したように、利得が約０．５よりも小さいところでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の全体的効率１８２は９８％よりも大きい。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換される電力部分が減る（すなわち、利得１８４が減る）につれて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の全体的効率１８２は増える。
【００２６】
図４は、ＰＰＣたとえばＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図２に示す）から送出される部分電力１９２を、利得１８４の関数としてシミュレートしたプロット１９０である。部分電力１９２は、本明細書において、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０から送出されるＤＣ電力のうち、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換される部分と規定される。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０が動作する利得１８４が約０．５よりも小さい場合、部分電力１９２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０からたとえばＤＣ負荷８６（図２に示す）に送出される総電力の約１／３である。したがって、典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の定格出力は、単に、ＤＣ負荷８６に送出される総電力の大まかに３分の１でありさえすれば良い。例示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換される実際の電力は、ＤＣ負荷８６に送出される総電力よりも著しく小さい。変換する量がＤＣ負荷８６に送出される総電力よりも小さいことによって、定格出力がより小さいＤＣ−ＤＣコンバータ（すなわち、最大電力ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の定格は、損傷または過剰磨耗することなく変換することができる値である）を、ＰＶ発電システム１０（図１に示す）内で用いても良い。一般的に、定格が小さいコンバータの方が、定格が大きいコンバータよりも、小さくて、軽くて、低コストである。
【００２７】
図５は、ＰＰＣ（たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０）の全体的効率１８２（図３に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数としてシミュレートしたプロット２００である。単位電圧当たり２１０は、本明細書において、ＰＶ電圧（Ｖmppt）１５２（図２に示す）対ＤＣリンク電圧（ＶDClink）１５４（図２に示す）の比率として規定される。ＰＶ電圧１５２がＤＣリンク電圧１５４に近づく（すなわち、Ｖmppt／ＶDClinkが１に近づく）につれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０が処理する電力量は減少し、全体的なＰＰＣ効率１８２は１００％に近づく。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いて、ＰＶユニット２２（図１に示す）によるＤＣ電力出力のうち一部分のみを変換することによって、コンバータ定格、したがって、コンバータ・コスト、サイズ、および重量を、著しく小さくすることができる。さらに、結果として生じる変換効率を、全出力コンバータのそれを超えて大きくすることができる。このタイプの配置を大きなＰＶシステムにおいて用いれば、より費用対効果の高いエネルギー収量のトレード・オフが得られる。さらに、予想される周囲温度範囲（たとえば、限定することなく、−４０℃〜６５℃）上では、単位電圧当たり２１０（すなわち、Ｖmppt／ＶDClink）は、約０．６〜１．０で変化すると予想される。９８％を超える効率を、比較的大きなＰＶ電圧１５２変化に渡って予想することができる。
【００２８】
図６に、ＰＶ発電システム１０（図１に示す）の典型的な電流電圧（ＩＶ）特性を例示する。より具体的には、図６には、第１のプロット２２０として、一次電流（Ｉprimary）１４２（図２に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数として示したもの、第２のプロット２２２として、ＰＶ電流（ＩPV）１４４（図２に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数として示したもの、および第３のプロット２２４として、ＤＣ負荷電流（Ｉload）１４６（図２に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数として示したものが含まれている。ＤＣ−ＡＣインバータたとえばＤＣ−ＡＣインバータ１４（図１に示す）によってＤＣリンク電圧１５４が制御されるために、ある特定のＰＶモジュールまたはストリングからの最大電力が生じるのは、ＩDClink１４６（ＰＶアレイからＤＣリンク８４（図２に示す）に送出され、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって制御される）が、最大値に達したとき、たとえばＶmppt２５６においてである。したがって、ＰＶ発電システム１０内の各ＤＣ−ＤＣコンバータから送出されるＤＣリンク電流１４６が最大になる、単純かつ容易に実施の最大電力制御アルゴリズムが行なわれる。こうして、各ＤＣ−ＤＣコンバータの制御が単純になる（たとえば、ＤＣリンク電流１４６を最大にして電力出力を最大にする）。電流センサのみが必要であり、これは、他の回路配置の最大電力制御の場合に必要となるものよりも少数のセンサである。
【００２９】
図７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第１の代替的な実施形態２８２の回路図２８０である。第１の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８２はフライバック・コンバータ構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２８２は、単一のトランジスタ２８４、変圧器２８６、第１のコンデンサ２８８、第２のコンデンサ２９０、および整流用ダイオード２９１を備えている。フライバック・コンバータの動作は、プッシュ・プル型コンバータ（図２に示す）の動作と実質的に同様である。複数のトランジスタ１０２および１０４がＤＣ−ＤＣコンバータ７０内に含まれていることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０をフライバック・コンバータよりも高い電力用途において用いることができる。しかし、より少数のトランジスタがフライバック・コンバータ内に含まれていることによって、プッシュ・プル型コンバータと比べてより低い電力用途に適したより低コストの解決方法が得られる。たとえば、複数のＰＶユニット１２のＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２（すべて図１に示す）の電力出力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８２に印加しても良い。さらに、代替的な実施形態では、変圧器２８６の定格電力容量は、変圧器８８（図２に示す）の定格電力容量よりも小さい。変圧器２８６の電力定格がより小さいということは、より低コストのコンバータとなることにもつながる。代替的な実施形態では、ＰＶユニット２２の第１の側２９２もしくは第２の側２９４を接地しても良いし、または代替的に、第１の側２９２および／または第２の側２９４を非接地（すなわち、浮遊状態）にしても良い。
【００３０】
図８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第２の代替的な実施形態３１０の回路図３００である。第２の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０はフォワード・コンバータ構成を備えている。第１の代替的な実施形態２８２（図７に示す）と同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は単一のトランジスタ３１２を備えているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は、少なくとも部分的に、二次インダクタ３１４を付加することによって、中間電力レベル用途用に構成されている。トランジスタ３１２における一次電流（Ｉpk）３２０はＤＣ負荷電流１４６に比例している。前述したように、ＤＣリンク８４に送出される電力はＤＣリンク電流１４６に比例している。したがって、ＰＶユニット２２のＰＶ電力出力を最大にするために、トランジスタ３１２における一次電流３２０を検知して最大にする。この最大電力点追従の方法を用いれば、ＰＶユニット２２のＰＶ電力出力を最大にするのに、ＰＶモジュール出力電流センサは必要ではない。このようにして、電流３２０（一般的に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０の制御用に検知される）は、最大電力追従に対しても用いられ、アレイ電流１４４またはＤＣリンク電流１４６を測定するのに付加的な電流センサは必要ではない。
【００３１】
典型的な実施形態では、トランジスタ３１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を高電圧から保護するように構成されている。より具体的には、トランジスタ３１２を「ＯＮ」の状態にしておくことで、ＤＣリンク電圧１５４が所定の過電圧レベルを超えることはない。このような状況は、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の起動中に、および周囲温度が予想範囲よりも低く輝度が予想範囲よりも大きいときに、起こる場合がある。最大ＰＶ電圧レベルは、たとえばコントローラ３２２に記憶しても良く、および／またはコントローラ３２２からアクセスしても良い。ＰＶ電圧１５２が最大ＰＶ電圧レベルを超えたら、コントローラ３２２はトランジスタ３１２を「ＯＮ」状態に維持して、短絡回路をＰＶユニット２２に渡って形成する。ＰＶユニット２２の最大電力出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０内の構成部品（たとえば、限定することなく、トランジスタ３１２）に損傷を与えずにＤＣ−ＤＣコンバータ７０に印加される場合がある最大電流よりも低いレベルに制限される。
【００３２】
図９は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第３の代替的な実施形態３６２の回路図３６０である。第３の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２は、フル・ブリッジ・コンバータ構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２は、第１のトランジスタ３６４、第２のトランジスタ３６６、第３のトランジスタ３６８、および第４のトランジスタ３７０を備えている。これらによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２を、より高い電力レベル用途、たとえば、ストリング結合器（たとえば、ストリング結合器４０、ストリング結合器４６）および／またはアレイ結合器５０（すべて図１に示す）によって出力される電力レベルにおいて用いることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０に対して説明したように、最大電力をＰＶユニット２２から取り出すことは、一次電流３２０を最大にすることによって実現される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２は、第４のトランジスタ３７０を通る一次電流３２０を測定するための電流検知装置３７２を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２を、ハード・スイッチド・パルス幅変調（ＰＷＭ）信号、ソフト・スイッチド位相シフトＰＷＭ信号、および／または任意の他の好適な信号によって制御しても良い。さらに、トランジスタ３６４、３６６、３６８、および３７０を「ＯＮ」状態に維持することによって、ＤＣリンク電圧１５４が所定の過電圧レベルを超えることは、ＰＶ電圧１５２が所定のレベルを超えたときに起こらない。このように超えることは、たとえば、起動中に、および／または極めて冷たくて明るい条件で起こる場合がある。
【００３３】
図１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第４の代替的な実施形態３７６の回路図３７４である。第４の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７６は電流供給コンバータ構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７６は、第１のトランジスタ３７８、第２のトランジスタ３８０、第３のトランジスタ３８２、および第４のトランジスタ３８４を備えている。ＤＣ電流（Ｉd）３８６がフル・ブリッジ整流器３８８に供給される。フル・ブリッジ整流器３８８は、第１のダイオード３９０、第２のダイオード３９２、第３のダイオード３９４、および第４のダイオード３９６を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７６によって、クランピング・ダイオード３９０および３９２を通る電圧スパイクをＤＣリンク電圧（ＶDClink）１５４を用いて固定することができる。その結果、電圧スパイク（トランジスタ３７８、３８０、３８２、および３８４を切り換えたときに自然に生じる）を無損失で固定することが、エネルギーをＤＣリンク８４に戻すことによって行なわれる。
【００３４】
図１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第５の代替的な実施形態４０２の回路図４００である。第５の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２は、部分電力処理バック・ブースト構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２の入力部９０は、スイッチ、たとえばトランジスタ４０３、インダクタ４０４、および入力コンデンサ４０５を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２の出力部９２は出力コンデンサ４０６を備えており、またダイオード４０８を備えていても良い。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２は、変圧器も出力整流器も備えてはいない。むしろ、入力部９０は、出力部９２に直接結合されている（すなわち、相互誘導結合されてはいない）。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２は中〜高電力用途用に適している。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２の出力電圧（すなわち、ＶDClink１５４）は、入力電圧（すなわち、ＰＶアレイ電圧１５２、Ｖmppt）と出力コンデンサ４０６両端の電圧（すなわち、Ｖs１５０）との和に等しい。ＶDClink１５４は、トランジスタ４０３のデューティ比（ｄ）に依存している。より具体的には、Ｖmppt１５２とＶs１５０とは次式によって関係付けられている。
【００３６】
Ｖs＝（ｄ／（１−ｄ））Ｖmppt（方程式１）
この非反転バック・ブースト・コンバータ関係によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２を広範囲のＶmppt１５２変化に渡って用いることができる（たとえば、Ｖs１５０は、Ｖmppt＋Ｖs＝ＶDClinkとなるように、Ｖmpptより高い場合も低い場合もある）。Ｖmppt１５２がＶDClink１５４よりも低いときには、入力電圧Ｖmppt１５２のうち一部分のみをＤＣ−ＤＣコンバータ４０２を通して処理する。処理する一部分は、Ｖmppt１５２とＶDClink１５４との間の電圧差に依存する。より具体的には、電力のうちＤＣ−ＤＣコンバータ４０２によって処理される一部分は、Ｖmppt≦ＶDClinkのときに、次式を用いて計算しても良い。
【００３７】
処理電力の一部分＝１−（Ｖmppt／ＶDClink）（方程式２）
Ｖmppt１５２が実質的にＶDClinkに等しいときには、入力電力はすべてＤＣ−ＤＣコンバータ４０２を通過し、処理および／または変換されることはない（すなわち、Ｖmppt１５２はすべて出力部９２に送られ、トランジスタ４０３は「ＯＦＦ」状態にされる）。Ｖmppt１５２が所定の電圧レベルを超えたときには、トランジスタ４０３は、「ＯＮ」状態に留まることによってＶmppt１５２を制限するように構成されている。「ＯＮ」状態に維持されているときには、トランジスタ４０３によって、ＰＶアレイ電圧１５２（Ｖmppt）が所定のレベルを超えること（たとえば、起動中に、および／または極めて冷たくて明るい条件で起こる場合がある）はない。
【００３８】
図２および７〜１１に例示した回路では、異常に高いアレイ電圧が生じたときに（たとえば、非常に冷たくて明るい条件で起きる場合がある）、トランジスタ１０２、１０４、２８４、３１２、３６４、３６６、３６８、３７０、および４０３を「ＯＮ」の状態にして、アレイ電圧（Ｖmppt）１５２を制限することができる。トランジスタ１０２、１０４、２８４、３１２、３６４、３６６、３６８、３７０、および／または４０３は、「ＯＮ」位置に維持されているときには、基本的にＤＣリンク８４を「バール」してＰＶアレイ電圧（Ｖmppt）１５２を制限する回路保護素子である。Ｖmppt１５２を制限することによって、ＰＶユニット２２の電力出力が減り、その結果、ＰＶユニット２２に対する損傷がなくなる。さらに、「ＯＮ」位置にあるときには、トランジスタ１０２、１０４、２８４、３１２、３６４、３６６、３６８、３７０、および／または４０３によって、一次部分９０へ流れる電流（Ｉprimary）１４２が増加し、したがって、ＤＣ負荷８６（図２に示す）および／またはＤＣリンク８４（図２および７〜１１に示す）に流れる電流（Ｉload）１４６が減少する。加えて、ＰＰＣ整流用ダイオード、たとえば、ダイオード１１４および１１６（図２に示す）ならびに／またはダイオード２９１（図７に示す）は、回路８２、２８０、３００、３６０、および／または３７４において、万一、コンバータまたはストリング障害が生じた場合に、整流用ダイオードおよび隔離用ダイオードの二役を果たす。ダイオードがあることによって、障害が、ＤＣリンク８４を短絡させること、および潜在的にシステム内の他のコンバータにおいてカスケーディング障害を引き起こすことが防止される。ＰＶストリングのいずれかの端部を意図的に接地しても良いし、または両端を浮遊状態にしておくこともできる。
【００３９】
図１２は、発電システムたとえばＰＶ発電システム１０（図１に示す）の動作を制御するための典型的な方法４１２のフロー・チャート４１０である。前述したように、発電システム１０は、少なくとも１つの発電ユニットたとえばＰＶユニット２２（図１に示す）と、少なくとも１つの部分電力コンバータたとえばＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）と、を備えている。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、コントローラたとえばコントローラ１０６（図２に示す）を備えている。コントローラは、少なくとも１つの半導体スイッチ（たとえばトランジスタ１０２および／またはトランジスタ１０４）の動作を制御するように構成されている。典型的な実施形態では、方法４１２には、部分電力コンバータ７０を、トランジスタ１０２を通って流れる電流のレベルを判定するように構成すること４１４、および部分電力コンバータ７０を、トランジスタ１０２を通って流れる電流のレベルを最大にし、したがってＰＶユニット２２の電力出力を最大にするように構成すること４１６が含まれている。
【００４０】
典型的な実施形態では、方法４１２にはまた、コントローラ１０６を、ＰＶユニット２２の電圧出力が所定のレベルを超えたときに（たとえば、起動中、および極めて冷たくて明るい条件において）、トランジスタ１０２を第１の位置（たとえば、「ＯＮ」位置）に維持するように構成すること４１８が含まれている。またコントローラ１０６を、発電システム１０内の故障電流を制限するようにトランジスタ１０２の動作を行なわせるように構成する４２０。方法４１２にはまた、部分電力コンバータ７０を、負荷に送出される総電力の一部をたとえばＤＣ負荷８６（図２に示す）に送出するように構成すること４２２が含まれている。また、発電システム１０は、ＤＣ−ＡＣインバータたとえばＤＣ−ＡＣインバータ１４（図１に示す）も備えており、方法４１２には、ＤＣ−ＡＣインバータ１４を、部分電力コンバータ７０の電力出力の電圧レベルを制御するように構成すること４２４が含まれていても良い。
【００４１】
本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、全出力ＤＣ−ＤＣコンバータに対する利益が提供される。たとえば、システム効率の向上したがって高エネルギー収量、電力コンバータの定格の減少、サイズの減少、重量の減少、コストの減少、エネルギー収量の増加、および最大電力点追従に対するセンサの省略である。本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、分散アーキテクチャを、大きな工業および実用規模システムに対して費用対効果の高いものにすることができる。工業および実用規模システム以外に、本明細書で説明した方法、システム、および装置は、より小規模なシステムたとえば住宅用または小口業務用に、モジュール・レベルで適用しても良い。さらに、本明細書で説明した方法、システム、および装置によって可能になったサイズ、コスト、および重量の低減によって、ＤＣ−ＤＣコンバータをＰＶモジュールに容易に統合することができる（すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータをＰＶ発電システム内の接続箱に配置することができる）。
【００４２】
本明細書では、ＰＶモジュール、ストリング、またはストリングのグループから送出される電力の一部を変換および制御するための典型的な方法、システム、および装置について説明した。これらによって、ＰＶモジュール、ストリング、またはストリングのグループから送出される電力をすべて変換する場合と比べて、変換の全体的効率が増加し、コンバータのコストが減少する。より具体的には、本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、より低電力のコンバータを、ＰＶモジュールに対して電気的により近くに（たとえば、ストリング結合器ボックス内に）配置すること、またはストリング出力に直接接続することが可能になる。なぜならば、低電力のコンバータの方が、コストが小さく、定格電力のレベルが、ＰＶモジュール、ストリング、またはストリングのグループから送出される電力と同様であるからである。
【００４３】
本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、効率的および経済的な発電が容易に行なえる。方法、システム、および装置の典型的な実施形態が、本明細書において詳細に説明および／または例示されている。方法、システム、および装置は、本明細書で説明した特定の実施形態には限定されず、むしろ、各システムおよび／または装置の構成部品に加えて各方法のステップを、本明細書で説明した他の構成部品およびステップとは独立かつ別個に用いても良い。各構成部品および各方法ステップを、他の構成部品および／または方法ステップと組み合わせて用いることもできる。
【００４４】
本明細書で記載および／または例示した方法および装置の要素／構成部品／などを導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「前記」は、要素／構成部品／などのうちの１または複数が存在することを意味することが意図されている。用語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有している（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であること、および列記された構成部品／など以外に付加的な要素／構成部品／などが存在する場合があることを意味することが意図されている。
【００４５】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されており、当業者に想起される他の例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、米国政府支援によって契約ＧＥ−ＥＥ００００５７２の下で行なわれ、エネルギー省（ＤＯＥ）より与えられたものである。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
本明細書で説明する実施形態は一般的に、太陽光（ＰＶ）発電システムに関し、より具体的には、太陽光発電収集システムから電力を取り出すための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽エネルギーは、ますます魅力的なエネルギー源になっており、きれいで再生可能な代替エネルギーであると認められている。太陽電池（ＰＶ）セルからは直流（ＤＣ）電力が発生し、ＤＣ電流のレベルは太陽放射に依存し、ＤＣ電圧のレベルは温度に依存している。交流（ＡＣ）電力が求められる場合、インバータを用いてＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。一般的に、ＰＶインバータ電力処理に対して２段階を用いている。第１段階は、一定のＤＣ電圧を与えるように構成され、第２段階は、一定のＤＣ電圧を送電網に適合するＡＣ電流および電圧に変換するように構成されている。一般的に、ＰＶインバータでは、ＤＣリンクを中間のエネルギー貯蔵ステップとして用いている。この意味は、ＰＶインバータに備わっているのは、不安定なＰＶアレイ電圧を安定なＤＣ電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、その後に、安定なＤＣ電圧を、送電網上に注入することができるＡＣ電流に変換するＤＣ−ＡＣインバータとであるということである。２段階インバータの効率は、ＰＶシステムの性能に影響する重要なパラメータであり、個々の段効率の複合である。
【０００４】
より高い電流および電圧を得るために、ＰＶセルを電気的に接続してＰＶモジュールを形成している。複数のＰＶセルだけでなく、ＰＶモジュールはまた、センサ、たとえば、放射照度センサ、温度センサ、および／または電力計を備えていても良い。またＰＶモジュールを接続してストリングを形成しても良く、複数のストリングを接続してＰＶアレイを形成しても良い。一般的に、ＰＶアレイから出力されるＤＣ電圧を送電網インバータ（たとえば、ＤＣ−ＡＣ電圧インバータ）に与える。ＤＣ−ＡＣ電圧インバータによって、ＤＣ電圧は、単相または三相の交流（ＡＣ）電圧および電流に変換される。三相ＡＣ出力を、中電圧電力変圧器に与えることができる。中電圧電力変圧器は、電圧を上げて三相の中電圧ＡＣを発生させる。三相の中電圧ＡＣは、配電網内に注入される。
【０００５】
ほとんどのＰＶ発電システムでは、中央ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてＰＶアレイの全電力出力を変換しているため、比較的に高コストで高重量の解決方法となっている。また、中央ＤＣ−ＤＣコンバータは一般的に、アレイ電力を算出する際に用いるアレイ電圧および電流を測定するためのセンサを備える最大電力点追従器（ＭＰＰＴ）を用いている。このようなセンサは、ＤＣ−ＤＣコンバータを動作させるのに必要なセンサに加えて設けられている。また、全出力変換ＤＣ−ＤＣコンバータを備えるＰＶ発電システムの不利点は、効率複合効果と言われるものである。ＰＶ発電システムの効率は、中央ＤＣ−ＤＣコンバータの効率より高くなることはあり得ない。ＤＣ−ＡＣ変換の総合効率は、ＤＣ−ＤＣコンバータ効率とＤＣ−ＡＣインバータ効率との複合が原因で１％〜２％だけ低下する。さらに、全出力定格の中央ＤＣ−ＤＣコンバータに故障が発生すると、ＰＶアレイ全体の障害が生じる場合がある。このようなＰＶアレイ障害を防ぐために、一般的に、付加的なアレイ直列ダイオードおよびヒューズを用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータ障害を隔離している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９０２９６４３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
太陽光発電収集システムから電力を取り出すための方法およびシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様においては、直流（ＤＣ）電力をＤＣリンクに与えるように構成された発電システムが提供される。システムは、ＤＣ電力を出力するように構成された第１の発電ユニットを備えている。システムはまた、入力部および出力部を備える第１のＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータの出力部は、第１の発電ユニットと直列に結合されている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、第１の発電ユニットのＤＣ電力出力の第１の部分を処理するように、および前記第１の発電ユニットのＤＣ電力出力の未処理の第２の部分を前記出力部に与えるように、構成されている。
【０００９】
別の態様では、ＤＣ−ＤＣ部分電力コンバータが提供される。ＤＣ−ＤＣ部分電力コンバータは、発電ユニットのＤＣ電力出力の第１の部分を受け取るように構成された入力部を備えている。ＤＣ−ＤＣ部分電力コンバータはまた、発電ユニットのＤＣ電力出力の第１の処理部分および第２の未処理部分を含むＤＣ電力を出力してＤＣリンクへの印加に備えるように構成された出力部を備えている。
【００１０】
さらに別の態様では、発電システムの動作を制御するための方法が提供される。発電システムは、少なくとも１つの発電ユニットおよび少なくとも１つの部分電力コンバータを備えている。少なくとも１つの部分電力コンバータは、少なくとも１つの半導体スイッチの動作を制御するように構成されたコントローラを備えている。本方法は、部分電力コンバータを、少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを判定するように構成することと、部分電力コンバータを、少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを最大にして、少なくとも１つの発電ユニットの電力出力を最大にするように構成することと、を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】典型的な太陽光（ＰＶ）発電システムのブロック図である。
【図２】図１に示すＰＶ発電システムに含まれていても良い典型的なＤＣ−ＤＣコンバータの回路図である。
【図３】図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータによって行なわれる電力変換の全体的効率を、ＤＣ−ＤＣコンバータの利得の関数として示すプロットである。
【図４】図２に示す直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータから送出される部分電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータの利得の関数として示すプロットである。
【図５】図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータの全体的効率を、ＤＣ−ＤＣコンバータによって変換される電力の割合の関数として示すプロットである。
【図６】図１に示すＰＶ発電システムの典型的な電流−電圧（ＩＶ）特性を例示する図である。
【図７】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第１の代替的な実施形態の回路図である。
【図８】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第２の代替的な実施形態の回路図である。
【図９】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第３の代替的な実施形態の回路図である。
【図１０】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第４の代替的な実施形態の回路図である。
【図１１】図１に示すＰＶ発電システム内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータの第５の代替的な実施形態の回路図である。
【図１２】図１に示すＰＶ発電システムを動作させるための典型的な方法のフロー・チャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書で説明する方法、システム、および装置によって、ＰＶ発電システム内に含まれる少なくとも１つの太陽電池（ＰＶ）モジュールの電力出力を制御することと、少なくとも１つのＰＶモジュールの電力出力を直流（ＤＣ）電力から交流（ＡＣ）電力に変換して電力網への印加に備えることと、が容易になる。ＤＣ−ＤＣコンバータを、電力を供給する少なくとも１つのＰＶモジュールから最大電力を取り出すように制御する。ＰＶモジュールによる全電力出力のある割合がＤＣ−ＤＣコンバータによって処理される。コンバータ損失は最小限になる。なぜならば、ＰＶモジュールの全電力出力のうち一部分のみが、ＤＣ−ＤＣコンバータによって処理されるからである。本明細書ではＰＶ発電システムについて説明しているが、本明細書で説明する方法、システム、および装置は一般的に、任意の発電用途に適用しても良い。
【００１３】
本明細書で説明した方法、システム、および装置は、ＰＶモジュール、ストリング、またはアレイから送出される総電力のうち一部分のみを処理するように制御されるＤＣ−ＤＣ電力コンバータを備え、そうすることによって、ＤＣ−ＤＣ電力コンバータは、高電力送電網接続のＤＣ−ＡＣインバータに送出される総電力を制御する。ＤＣ−ＡＣインバータに送出される総電力のうち一部分のみが処理されるため、損失は最小限になり、その結果、ＰＶ発電システムの効率が増加する。変換効率が増加することによって、全体的なエネルギー収量が向上する。さらに、ＤＣ−ＡＣインバータによってメイン・システムＤＣリンク電圧が調整されるため、単純なアルゴリズムを用いることで、個々のＰＶモジュール、ＰＶストリング、および／またはＰＶアレイによる電力出力を最大にすることが、ＤＣリンクに送出される電流を単に最大にすることによって可能になる。このように単純であるために、ＰＶ発電システムの信頼性を高めることおよびコストを下げることが、少なくとも部分的には、高度に分散されたシステムを得るのに必要な比較的多数の小規模ＤＣ−ＤＣ電力コンバータが存在するということにより、可能になる。ＤＣ−ＤＣ電力コンバータをＰＶ発電システムの全体に渡って分散させることによって、ＰＶアレイ全体からの電力の最大化が、モジュール不整合、シェーディング、または他の不平衡効果たとえば汚れおよび／もしくは一時的事象たとえば雲の通過がある場合であっても、行なわれる。ＤＣ−ＤＣコンバータを適切に制御することによって、最大アレイ電圧を安全に制限することができ、また直列ダイオード隔離および耐故障性を実現することができる。また、この構成によって、ＰＶモジュールのアーク故障検出が可能になる。ＤＣ−ＤＣコンバータのコスト、サイズ、および重量が低減される。なぜならば、電力コンバータの定格は、システムから送出される総電力よりも著しく小さい電力になっているからである。
【００１４】
本明細書で説明した方法、システム、および装置の技術的効果には、以下のうちの少なくとも一方が含まれる。（ａ）部分電力コンバータを、部分電力コンバータ内に含まれる少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを判定するように構成すること、および（ｂ）部分電力コンバータを、少なくとも１つの半導体スイッチを通って流れる電流のレベルを最大にして、少なくとも１つの発電ユニットの電力出力を最大にするように構成すること、である。
【００１５】
図１は、発電システム１０の典型的な実施形態のブロック図である。典型的な実施形態では、発電システム１０は複数の発電ユニット１２を備えている。典型的な実施形態では、発電システム１０は、複数のＰＶユニット１２が結合されてＰＶアレイを形成するＰＶ発電システムである。言い換えれば、複数のＰＶユニット１２内の各ＰＶユニットは、複数のＰＶユニット１２内の少なくとも１つの他のＰＶユニットと電気的に接続されて、ＰＶ発電システムを形成している。ＰＶユニット１２には、ＰＶモジュール、ＰＶストリング、および／またはＰＶストリングのグループが含まれていても良い（ただし、これらに限定されない）。ＰＶ発電システム１０はまた、少なくとも１つのＤＣ−ＡＣインバータ１４を備えていても良い。典型的な実施形態では、ＰＶユニット１２は、単に例えとして、メガワットまたは数百キロワットをＤＣ−ＡＣインバータ１４に送出している。ＤＣ−ＡＣインバータ１４は、ＰＶユニット１２から受け取ったＤＣ電力を調整して、送電網品質の電力をＡＣ電力網１６へ送出する。ＰＶユニット１２を、直列および／または並列ストリングで接続し、それらを次に複数のレベルで互いに結合して、それらの電力をＤＣ−ＡＣインバータ１４の入力１８に送出することを図っている。
【００１６】
典型的な実施形態では、ＰＶユニット１２は、第１のＰＶユニット２２、第２のＰＶユニット２４、第３のＰＶユニット２６、第４のＰＶユニット２８、第５のＰＶユニット３０、および第６のＰＶユニット３２を含んでいる。第１、第２、および第３のＰＶユニット２２、２４、および２６を、たとえば第１のストリング結合器４０において結合して、第１のストリング・アレイ４２を形成する。第４、第５、および第６のＰＶユニット２８、３０、および３２を、たとえば第２のストリング結合器４６において結合して、第２のストリング・アレイ４８を形成する。さらに、第１のストリング・アレイ４２および第２のストリング・アレイ４８は、たとえばアレイ結合器５０によって結合されている。アレイ結合器５０からＤＣ電力がＤＣ−ＡＣインバータ１４に出力される。６つのＰＶユニット、３つのストリング・アレイ、２つのストリング結合器、およびアレイ結合器を備えていると説明したが、ＰＶ発電システム１０は、任意の数のＰＶユニット、ストリング・アレイ、ストリング結合器、および／またはアレイ結合器であって、ＰＶ発電システム１０が本明細書で説明したように機能できるようにするものを備えていても良い。
【００１７】
典型的な実施形態では、ＰＶ発電システム１０は、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６８、たとえば、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ７４、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ７６、第５のＤＣ−ＤＣコンバータ７８、および第６のＤＣ−ＤＣコンバータ８０を備えている。典型的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は第１のＰＶユニット２２とストリング結合器４０との間に結合されており、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２は第２のＰＶユニット２４とストリング結合器４０との間に結合されており、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ７４は第３のＰＶユニット２６とストリング結合器４０との間に結合されており、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ７６は第４のＰＶユニット２８と第２のストリング結合器４６との間に結合されており、第５のＤＣ−ＤＣコンバータ７８は第５のＰＶユニット３０と第２のストリング結合器４６との間に結合されており、第６のＤＣ−ＤＣコンバータ８０は第６のＰＶユニット３２と第２のストリング結合器４６との間に結合されている。
【００１８】
第１の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、第１のストリング結合器４０とアレイ結合器５０との間に結合され、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２は、第２のストリング結合器４６とアレイ結合器５０との間に結合されている。第２の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、アレイ結合器５０とＤＣ−ＡＣインバータ１４との間に結合されている。さらに、少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、ＰＶ発電システム１０内の、ＰＶ発電システム１０が本明細書で説明したように機能できるようにする任意の位置に配置しても良い。たとえば第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０の電力定格は、ＰＶ発電システム１０内のその位置に応じて変化する。
【００１９】
少なくとも１つのＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、複数のＰＶユニット１２から最大電力を取り出すように制御する。典型的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を第１のＰＶユニット２２から最大電力を取り出すように制御し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２を第２のＰＶユニット２４から最大電力を取り出すように制御し、第３のＤＣ−ＤＣコンバータ７４を第３のＰＶユニット２６から最大電力を取り出すように制御し、第４のＤＣ−ＤＣコンバータ７６を第４のＰＶユニット２８から最大電力を取り出すように制御し、第５のＤＣ−ＤＣコンバータ７８を第５のＰＶユニット３０から最大電力を取り出すように制御し、第６のＤＣ−ＤＣコンバータ８０を第６のＰＶユニット３２から最大電力を取り出すように制御している。第１の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を、ＰＶユニット２２、２４、および２６の組み合わせから最大電力を取り出すように制御し、第２のＤＣ−ＤＣコンバータ７２を、ＰＶユニット２８、３０、および３２の組み合わせから最大電力を取り出すように制御する。第２の代替的な実施形態では、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０を、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２の組み合わせから最大電力を取り出すように制御する。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、個々のＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２のより近くに配置することによって、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２から取り出すことができる電力が増加する。これは、少なくとも部分的には、ＰＶユニットの領域の一部にシェーディング、汚れ、またはモジュール不整合があっても、領域の他の部分に位置する他のＰＶユニットから送出される電力には影響しないという事実による。しかし、ＤＣ−ＤＣコンバータ６８を、個々のＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２のより近くに配置して、ＤＣ−、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２から取り出せる電力が増えるのは、ＤＣコンバータ６８が非常に効率的である場合だけである。なぜならば、複数の非効率的なＤＣ−ＤＣコンバータを用いても、ＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２から取り出される電力は、１つの効率的なＤＣ−ＤＣコンバータを用いた場合と比べて増えないからである。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ６８を個々のＰＶユニットのより近くに配置することが実用的であるのは、コンバータのコストが十分に低くて、エネルギー収量の増加から得られる貨幣利得と相殺しないような場合だけである。
【００２１】
図２は、ＰＶ発電システム１０（図１に示す）内に含まれていても良いＤＣ−ＤＣコンバータ７０の典型的な実施形態の回路図８２である。典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、ＰＶユニット（たとえば、第１のＰＶユニット２２）とＤＣリンク８４との間に結合されている。ＤＣ負荷８６が、ＤＣリンク８４にまたがって配置されていても良い。ＤＣ負荷８６には、電池充電器および／または送電網結合インバータたとえばＤＣ−ＡＣインバータ１４（図１に示す）が含まれていても良い（ただし、これらに限定されない）。ＤＣリンク８４を、ＤＣ−ＡＣインバータ１４、第１のストリング結合器４０（図１に示す）、第２のストリング結合器４６（図１に示す）、および／またはアレイ結合器５０（図１に示す）に結合しても良いし、またはその中に含めても良い。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、本明細書では、部分電力コンバータ（ＰＰＣ）とも言う。なぜならば、ＰＶユニット２２の電力出力の一部のみを、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換するからである。ＰＶユニット２２の電力出力の残りの部分は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０には与えられるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０による変換および／または処理は、ＤＣリンク８４に与えられる前には行なわれない。
【００２２】
典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、少なくとも１つの変圧器８８を備えるプッシュ・プル型コンバータとして構成される。プッシュ・プル型コンバータとして例示しているが、任意の他の好適なＤＣ−ＤＣコンバータ配置を用いても良い。少なくとも１つの変圧器８８は、一次部分９０（本明細書では入力部とも言う）および二次部分９２（本明細書では出力部とも言う）を備えている。典型的な実施形態では、一次部分９０は、少なくとも１つの一次巻線（たとえば、第１の一次巻線９６および第２の一次巻線９８）を備えている。一次部分９０はまた、少なくとも１つの半導体デバイス（たとえば、第１の半導体デバイス１０２および第２の半導体デバイス１０４）を備えている。半導体デバイス１０２および１０４には以下のものが含まれていても良い（ただし、これらを含むことに限定されない）。絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、またはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）であって、シリコンまたはワイド・バンド・ギャップ材料（たとえば、炭化ケイ素および／または窒化ガリウム）を用いて実施されるもの。典型的な実施形態では、一次部分９０はまた、半導体デバイス１０２および１０４の動作を制御するコントローラ１０６を備えている。たとえば、コントローラ１０６は、半導体デバイス１０２に制御信号を与えても良い。制御信号のデューティ・サイクルによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の電圧出力が制御される。代替的な実施形態として、ＤＣリンク８４の電圧がＤＣ−ＡＣインバータ１４によって調整される場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、関連するＰＶユニット（たとえば、ＰＶユニット２２）の入力電圧をデューティ・サイクル制御によって調整して、ＰＶユニット２２から最大電力を取り出す。
【００２３】
典型的な実施形態では、二次部分９２は、少なくとも１つの二次巻線（たとえば、第１の二次巻線１０８および第２の二次巻線１１０）を備えている。二次部分９２はまた、少なくとも１つの半導体デバイス（たとえば、第１のダイオード１１４および第２のダイオード１１６）を備えている。典型的な実施形態では、ＰＶユニット２２の出力１２０は、第１の一次巻線９６と第２の一次巻線９８との間の中央タップ１３０に、および第１の二次巻線１０８と第２の二次巻線１１０との間の中央タップ１４０に結合されている。ＰＶユニット２２から出力されるＤＣ電流（ＩPV）１４４の第１の部分（Ｉprimary）１４２が、一次部分９０に与えられる。ＰＶユニット２２のＤＣ電流出力１４４の第２の部分（本明細書では、負荷電流またはＤＣリンク電流（ＩloadまたはＩDClink）１４６と言う）が、二次部分９２に直接与えられる。また一次部分９０および二次部分９２は相互誘導結合されている。より具体的には、一次巻線９６および９８は、二次巻線１０８および１１０に相互誘導結合されている。動作時には、一次巻線９６および９８を通って流れる時間変化電流が生じると、二次巻線１０８および１１０の両端に電圧が誘起される。
【００２４】
典型的な実施形態では、一次部分９０によって、ＰＶユニット２２から発生したＤＣ電流の一部が取り出される。さらに、二次部分９２はＰＶユニット２２と直列に結合されていて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧１５０（Ｖs）が、ＰＶユニット２２の出力電圧１５２（Ｖmppt）と直列になるようになっている。言い換えれば、ＤＣリンク８４に送出される電圧（本明細書では、ＶDClink１５４と言う）は、ＰＶ電圧１５２（Ｖmppt）とＤＣ−ＤＣコンバータ電圧１５０（Ｖs）との和である。また、ＤＣリンク８４に送出される電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって処理および／または変換される電力よりも大きくなっている。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に対する電力定格を、ＤＣリンク８４に送出されるすべての電力がＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって処理および／または変換される場合よりも、小さくすることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に対する電力定格は、ＤＣリンク８４に送出される電力よりも小さいが、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、Ｉload１４６（ＤＣリンク電流とも言われる）を制御する能力を維持している。典型的な実施形態では、ＤＣリンク電圧１５４はＤＣ−ＡＣインバータ１４によって制御される。ＤＣ−ＡＣインバータ１４は、電力網１６（図１に示す）に結合されている。
【００２５】
図３は、ＰＰＣたとえばＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図２に示す）が行なう電力変換の全体的効率１８２を、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の利得１８４の関数としてシミュレートしたプロット１８０であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は９５％効率であると想定している。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の利得１８４は、本明細書では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧たとえば出力電圧（Ｖs）１５０（図２に示す）を、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に与えた電圧たとえば入力電圧（Ｖmppt）１５２（図２に示す）で割ったものと規定する。典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０が動作する利得は約０．５よりも小さい。例示したように、利得が約０．５よりも小さいところでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の全体的効率１８２は９８％よりも大きい。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換される電力部分が減る（すなわち、利得１８４が減る）につれて、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の全体的効率１８２は増える。
【００２６】
図４は、ＰＰＣたとえばＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図２に示す）から送出される部分電力１９２を、利得１８４の関数としてシミュレートしたプロット１９０である。部分電力１９２は、本明細書において、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０から送出されるＤＣ電力のうち、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換される部分と規定される。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０が動作する利得１８４が約０．５よりも小さい場合、部分電力１９２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０からたとえばＤＣ負荷８６（図２に示す）に送出される総電力の約１／３である。したがって、典型的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の定格出力は、単に、ＤＣ負荷８６に送出される総電力の大まかに３分の１でありさえすれば良い。例示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって変換される実際の電力は、ＤＣ負荷８６に送出される総電力よりも著しく小さい。変換する量がＤＣ負荷８６に送出される総電力よりも小さいことによって、定格出力がより小さいＤＣ−ＤＣコンバータ（すなわち、最大電力ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の定格は、損傷または過剰磨耗することなく変換することができる値である）を、ＰＶ発電システム１０（図１に示す）内で用いても良い。一般的に、定格が小さいコンバータの方が、定格が大きいコンバータよりも、小さくて、軽くて、低コストである。
【００２７】
図５は、ＰＰＣ（たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０）の全体的効率１８２（図３に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数としてシミュレートしたプロット２００である。単位電圧当たり２１０は、本明細書において、ＰＶ電圧（Ｖmppt）１５２（図２に示す）対ＤＣリンク電圧（ＶDClink）１５４（図２に示す）の比率として規定される。ＰＶ電圧１５２がＤＣリンク電圧１５４に近づく（すなわち、Ｖmppt／ＶDClinkが１に近づく）につれ、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０が処理する電力量は減少し、全体的なＰＰＣ効率１８２は１００％に近づく。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いて、ＰＶユニット２２（図１に示す）によるＤＣ電力出力のうち一部分のみを変換することによって、コンバータ定格、したがって、コンバータ・コスト、サイズ、および重量を、著しく小さくすることができる。さらに、結果として生じる変換効率を、全出力コンバータのそれを超えて大きくすることができる。このタイプの配置を大きなＰＶシステムにおいて用いれば、より費用対効果の高いエネルギー収量のトレード・オフが得られる。さらに、予想される周囲温度範囲（たとえば、限定することなく、−４０℃〜６５℃）上では、単位電圧当たり２１０（すなわち、Ｖmppt／ＶDClink）は、約０．６〜１．０で変化すると予想される。９８％を超える効率を、比較的大きなＰＶ電圧１５２変化に渡って予想することができる。
【００２８】
図６に、ＰＶ発電システム１０（図１に示す）の典型的な電流電圧（ＩＶ）特性を例示する。より具体的には、図６には、第１のプロット２２０として、一次電流（Ｉprimary）１４２（図２に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数として示したもの、第２のプロット２２２として、ＰＶ電流（ＩPV）１４４（図２に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数として示したもの、および第３のプロット２２４として、ＤＣ負荷電流（Ｉload）１４６（図２に示す）を、単位電圧当たり２１０の関数として示したものが含まれている。ＤＣ−ＡＣインバータたとえばＤＣ−ＡＣインバータ１４（図１に示す）によってＤＣリンク電圧１５４が制御されるために、ある特定のＰＶモジュールまたはストリングからの最大電力が生じるのは、ＩDClink１４６（ＰＶアレイからＤＣリンク８４（図２に示す）に送出され、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０によって制御される）が、最大値に達したとき、たとえばＶmppt２５６においてである。したがって、ＰＶ発電システム１０内の各ＤＣ−ＤＣコンバータから送出されるＤＣリンク電流１４６が最大になる、単純かつ容易に実施の最大電力制御アルゴリズムが行なわれる。こうして、各ＤＣ−ＤＣコンバータの制御が単純になる（たとえば、ＤＣリンク電流１４６を最大にして電力出力を最大にする）。電流センサのみが必要であり、これは、他の回路配置の最大電力制御の場合に必要となるものよりも少数のセンサである。
【００２９】
図７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第１の代替的な実施形態２８２の回路図２８０である。第１の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８２はフライバック・コンバータ構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２８２は、単一のトランジスタ２８４、変圧器２８６、第１のコンデンサ２８８、第２のコンデンサ２９０、および整流用ダイオード２９１を備えている。フライバック・コンバータの動作は、プッシュ・プル型コンバータ（図２に示す）の動作と実質的に同様である。複数のトランジスタ１０２および１０４がＤＣ−ＤＣコンバータ７０内に含まれていることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０をフライバック・コンバータよりも高い電力用途において用いることができる。しかし、より少数のトランジスタがフライバック・コンバータ内に含まれていることによって、プッシュ・プル型コンバータと比べてより低い電力用途に適したより低コストの解決方法が得られる。たとえば、複数のＰＶユニット１２のＰＶユニット２２、２４、２６、２８、３０、および３２（すべて図１に示す）の電力出力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８２に印加しても良い。さらに、代替的な実施形態では、変圧器２８６の定格電力容量は、変圧器８８（図２に示す）の定格電力容量よりも小さい。変圧器２８６の電力定格がより小さいということは、より低コストのコンバータとなることにもつながる。代替的な実施形態では、ＰＶユニット２２の第１の側２９２もしくは第２の側２９４を接地しても良いし、または代替的に、第１の側２９２および／または第２の側２９４を非接地（すなわち、浮遊状態）にしても良い。
【００３０】
図８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第２の代替的な実施形態３１０の回路図３００である。第２の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０はフォワード・コンバータ構成を備えている。第１の代替的な実施形態２８２（図７に示す）と同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は単一のトランジスタ３１２を備えているが、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０は、少なくとも部分的に、二次インダクタ３１４を付加することによって、中間電力レベル用途用に構成されている。トランジスタ３１２における一次電流（Ｉpk）３２０はＤＣ負荷電流１４６に比例している。前述したように、ＤＣリンク８４に送出される電力はＤＣリンク電流１４６に比例している。したがって、ＰＶユニット２２のＰＶ電力出力を最大にするために、トランジスタ３１２における一次電流３２０を検知して最大にする。この最大電力点追従の方法を用いれば、ＰＶユニット２２のＰＶ電力出力を最大にするのに、ＰＶモジュール出力電流センサは必要ではない。このようにして、電流３２０（一般的に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０の制御用に検知される）は、最大電力追従に対しても用いられ、アレイ電流１４４またはＤＣリンク電流１４６を測定するのに付加的な電流センサは必要ではない。
【００３１】
典型的な実施形態では、トランジスタ３１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を高電圧から保護するように構成されている。より具体的には、トランジスタ３１２を「ＯＮ」の状態にしておくことで、ＤＣリンク電圧１５４が所定の過電圧レベルを超えることはない。このような状況は、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の起動中に、および周囲温度が予想範囲よりも低く輝度が予想範囲よりも大きいときに、起こる場合がある。最大ＰＶ電圧レベルは、たとえばコントローラ３２２に記憶しても良く、および／またはコントローラ３２２からアクセスしても良い。ＰＶ電圧１５２が最大ＰＶ電圧レベルを超えたら、コントローラ３２２はトランジスタ３１２を「ＯＮ」状態に維持して、短絡回路をＰＶユニット２２に渡って形成する。ＰＶユニット２２の最大電力出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０内の構成部品（たとえば、限定することなく、トランジスタ３１２）に損傷を与えずにＤＣ−ＤＣコンバータ７０に印加される場合がある最大電流よりも低いレベルに制限される。
【００３２】
図９は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第３の代替的な実施形態３６２の回路図３６０である。第３の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２は、フル・ブリッジ・コンバータ構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２は、第１のトランジスタ３６４、第２のトランジスタ３６６、第３のトランジスタ３６８、および第４のトランジスタ３７０を備えている。これらによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２を、より高い電力レベル用途、たとえば、ストリング結合器（たとえば、ストリング結合器４０、ストリング結合器４６）および／またはアレイ結合器５０（すべて図１に示す）によって出力される電力レベルにおいて用いることができる。ＤＣ−ＤＣコンバータ３１０に対して説明したように、最大電力をＰＶユニット２２から取り出すことは、一次電流３２０を最大にすることによって実現される。ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２は、第４のトランジスタ３７０を通る一次電流３２０を測定するための電流検知装置３７２を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３６２を、ハード・スイッチド・パルス幅変調（ＰＷＭ）信号、ソフト・スイッチド位相シフトＰＷＭ信号、および／または任意の他の好適な信号によって制御しても良い。さらに、トランジスタ３６４、３６６、３６８、および３７０を「ＯＮ」状態に維持することによって、ＤＣリンク電圧１５４が所定の過電圧レベルを超えることは、ＰＶ電圧１５２が所定のレベルを超えたときに起こらない。このように超えることは、たとえば、起動中に、および／または極めて冷たくて明るい条件で起こる場合がある。
【００３３】
図１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第４の代替的な実施形態３７６の回路図３７４である。第４の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ３７６は電流供給コンバータ構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７６は、第１のトランジスタ３７８、第２のトランジスタ３８０、第３のトランジスタ３８２、および第４のトランジスタ３８４を備えている。ＤＣ電流（Ｉd）３８６がフル・ブリッジ整流器３８８に供給される。フル・ブリッジ整流器３８８は、第１のダイオード３９０、第２のダイオード３９２、第３のダイオード３９４、および第４のダイオード３９６を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３７６によって、クランピング・ダイオード３９０および３９２を通る電圧スパイクをＤＣリンク電圧（ＶDClink）１５４を用いて固定することができる。その結果、電圧スパイク（トランジスタ３７８、３８０、３８２、および３８４を切り換えたときに自然に生じる）を無損失で固定することが、エネルギーをＤＣリンク８４に戻すことによって行なわれる。
【００３４】
図１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）の第５の代替的な実施形態４０２の回路図４００である。第５の代替的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２は、部分電力処理バック・ブースト構成を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２の入力部９０は、スイッチ、たとえばトランジスタ４０３、インダクタ４０４、および入力コンデンサ４０５を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２の出力部９２は出力コンデンサ４０６を備えており、またダイオード４０８を備えていても良い。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２は、変圧器も出力整流器も備えてはいない。むしろ、入力部９０は、出力部９２に直接結合されている（すなわち、相互誘導結合されてはいない）。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２は中〜高電力用途用に適している。
【００３５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２の出力電圧（すなわち、ＶDClink１５４）は、入力電圧（すなわち、ＰＶアレイ電圧１５２、Ｖmppt）と出力コンデンサ４０６両端の電圧（すなわち、Ｖs１５０）との和に等しい。ＶDClink１５４は、トランジスタ４０３のデューティ比（ｄ）に依存している。より具体的には、Ｖmppt１５２とＶs１５０とは次式によって関係付けられている。
【００３６】
Ｖs＝（ｄ／（１−ｄ））Ｖmppt（方程式１）
この非反転バック・ブースト・コンバータ関係によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０２を広範囲のＶmppt１５２変化に渡って用いることができる（たとえば、Ｖs１５０は、Ｖmppt＋Ｖs＝ＶDClinkとなるように、Ｖmpptより高い場合も低い場合もある）。Ｖmppt１５２がＶDClink１５４よりも低いときには、入力電圧Ｖmppt１５２のうち一部分のみをＤＣ−ＤＣコンバータ４０２を通して処理する。処理する一部分は、Ｖmppt１５２とＶDClink１５４との間の電圧差に依存する。より具体的には、電力のうちＤＣ−ＤＣコンバータ４０２によって処理される一部分は、Ｖmppt≦ＶDClinkのときに、次式を用いて計算しても良い。
【００３７】
処理電力の一部分＝１−（Ｖmppt／ＶDClink）（方程式２）
Ｖmppt１５２が実質的にＶDClinkに等しいときには、入力電力はすべてＤＣ−ＤＣコンバータ４０２を通過し、処理および／または変換されることはない（すなわち、Ｖmppt１５２はすべて出力部９２に送られ、トランジスタ４０３は「ＯＦＦ」状態にされる）。Ｖmppt１５２が所定の電圧レベルを超えたときには、トランジスタ４０３は、「ＯＮ」状態に留まることによってＶmppt１５２を制限するように構成されている。「ＯＮ」状態に維持されているときには、トランジスタ４０３によって、ＰＶアレイ電圧１５２（Ｖmppt）が所定のレベルを超えること（たとえば、起動中に、および／または極めて冷たくて明るい条件で起こる場合がある）はない。
【００３８】
図２および７〜１１に例示した回路では、異常に高いアレイ電圧が生じたときに（たとえば、非常に冷たくて明るい条件で起きる場合がある）、トランジスタ１０２、１０４、２８４、３１２、３６４、３６６、３６８、３７０、および４０３を「ＯＮ」の状態にして、アレイ電圧（Ｖmppt）１５２を制限することができる。トランジスタ１０２、１０４、２８４、３１２、３６４、３６６、３６８、３７０、および／または４０３は、「ＯＮ」位置に維持されているときには、基本的にＤＣリンク８４を「バール」してＰＶアレイ電圧（Ｖmppt）１５２を制限する回路保護素子である。Ｖmppt１５２を制限することによって、ＰＶユニット２２の電力出力が減り、その結果、ＰＶユニット２２に対する損傷がなくなる。さらに、「ＯＮ」位置にあるときには、トランジスタ１０２、１０４、２８４、３１２、３６４、３６６、３６８、３７０、および／または４０３によって、一次部分９０へ流れる電流（Ｉprimary）１４２が増加し、したがって、ＤＣ負荷８６（図２に示す）および／またはＤＣリンク８４（図２および７〜１１に示す）に流れる電流（Ｉload）１４６が減少する。加えて、ＰＰＣ整流用ダイオード、たとえば、ダイオード１１４および１１６（図２に示す）ならびに／またはダイオード２９１（図７に示す）は、回路８２、２８０、３００、３６０、および／または３７４において、万一、コンバータまたはストリング障害が生じた場合に、整流用ダイオードおよび隔離用ダイオードの二役を果たす。ダイオードがあることによって、障害が、ＤＣリンク８４を短絡させること、および潜在的にシステム内の他のコンバータにおいてカスケーディング障害を引き起こすことが防止される。ＰＶストリングのいずれかの端部を意図的に接地しても良いし、または両端を浮遊状態にしておくこともできる。
【００３９】
図１２は、発電システムたとえばＰＶ発電システム１０（図１に示す）の動作を制御するための典型的な方法４１２のフロー・チャート４１０である。前述したように、発電システム１０は、少なくとも１つの発電ユニットたとえばＰＶユニット２２（図１に示す）と、少なくとも１つの部分電力コンバータたとえばＤＣ−ＤＣコンバータ７０（図１に示す）と、を備えている。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、コントローラたとえばコントローラ１０６（図２に示す）を備えている。コントローラは、少なくとも１つの半導体スイッチ（たとえばトランジスタ１０２および／またはトランジスタ１０４）の動作を制御するように構成されている。典型的な実施形態では、方法４１２には、部分電力コンバータ７０を、トランジスタ１０２を通って流れる電流のレベルを判定するように構成すること４１４、および部分電力コンバータ７０を、トランジスタ１０２を通って流れる電流のレベルを最大にし、したがってＰＶユニット２２の電力出力を最大にするように構成すること４１６が含まれている。
【００４０】
典型的な実施形態では、方法４１２にはまた、コントローラ１０６を、ＰＶユニット２２の電圧出力が所定のレベルを超えたときに（たとえば、起動中、および極めて冷たくて明るい条件において）、トランジスタ１０２を第１の位置（たとえば、「ＯＮ」位置）に維持するように構成すること４１８が含まれている。またコントローラ１０６を、発電システム１０内の故障電流を制限するようにトランジスタ１０２の動作を行なわせるように構成する４２０。方法４１２にはまた、部分電力コンバータ７０を、負荷に送出される総電力の一部をたとえばＤＣ負荷８６（図２に示す）に送出するように構成すること４２２が含まれている。また、発電システム１０は、ＤＣ−ＡＣインバータたとえばＤＣ−ＡＣインバータ１４（図１に示す）も備えており、方法４１２には、ＤＣ−ＡＣインバータ１４を、部分電力コンバータ７０の電力出力の電圧レベルを制御するように構成すること４２４が含まれていても良い。
【００４１】
本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、全出力ＤＣ−ＤＣコンバータに対する利益が提供される。たとえば、システム効率の向上したがって高エネルギー収量、電力コンバータの定格の減少、サイズの減少、重量の減少、コストの減少、エネルギー収量の増加、および最大電力点追従に対するセンサの省略である。本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、分散アーキテクチャを、大きな工業および実用規模システムに対して費用対効果の高いものにすることができる。工業および実用規模システム以外に、本明細書で説明した方法、システム、および装置は、より小規模なシステムたとえば住宅用または小口業務用に、モジュール・レベルで適用しても良い。さらに、本明細書で説明した方法、システム、および装置によって可能になったサイズ、コスト、および重量の低減によって、ＤＣ−ＤＣコンバータをＰＶモジュールに容易に統合することができる（すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータをＰＶ発電システム内の接続箱に配置することができる）。
【００４２】
本明細書では、ＰＶモジュール、ストリング、またはストリングのグループから送出される電力の一部を変換および制御するための典型的な方法、システム、および装置について説明した。これらによって、ＰＶモジュール、ストリング、またはストリングのグループから送出される電力をすべて変換する場合と比べて、変換の全体的効率が増加し、コンバータのコストが減少する。より具体的には、本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、より低電力のコンバータを、ＰＶモジュールに対して電気的により近くに（たとえば、ストリング結合器ボックス内に）配置すること、またはストリング出力に直接接続することが可能になる。なぜならば、低電力のコンバータの方が、コストが小さく、定格電力のレベルが、ＰＶモジュール、ストリング、またはストリングのグループから送出される電力と同様であるからである。
【００４３】
本明細書で説明した方法、システム、および装置によって、効率的および経済的な発電が容易に行なえる。方法、システム、および装置の典型的な実施形態が、本明細書において詳細に説明および／または例示されている。方法、システム、および装置は、本明細書で説明した特定の実施形態には限定されず、むしろ、各システムおよび／または装置の構成部品に加えて各方法のステップを、本明細書で説明した他の構成部品およびステップとは独立かつ別個に用いても良い。各構成部品および各方法ステップを、他の構成部品および／または方法ステップと組み合わせて用いることもできる。
【００４４】
本明細書で記載および／または例示した方法および装置の要素／構成部品／などを導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「前記」は、要素／構成部品／などのうちの１または複数が存在することを意味することが意図されている。用語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有している（ｈａｖｉｎｇ）」は、包含的であること、および列記された構成部品／など以外に付加的な要素／構成部品／などが存在する場合があることを意味することが意図されている。
【００４５】
この書面の説明では、実施例を用いて、本発明を、ベスト・モードも含めて開示するとともに、どんな当業者も本発明を実施できるように、たとえば任意の装置またはシステムを作りおよび用いること、ならびに取り入れた任意の方法を実行することができるようにしている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定されており、当業者に想起される他の例を含んでいても良い。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉使いと違わない構造要素を有する場合、または請求項の文字通りの言葉使いとの違いが非実質的である均等な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流（ＤＣ）電力をＤＣリンク（８４）に与えるように構成された発電システム（１０）であって、
ＤＣ電力を出力するように構成された第１の発電ユニット（２２）と、
入力部（９０）と出力部（９２）とを備える第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）であって、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの前記出力部は前記第１の発電ユニットと直列に結合され、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第１の発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の第１の部分を処理するように、また前記第１の発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の未処理の第２の部分を前記出力部に与えるように構成されている第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）と、を備えている発電システム（１０）。
【請求項２】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）によって処理されるＤＣ電力出力の前記第１の部分は、前記ＤＣリンク（８４）に与えられる前記総電力よりも小さい請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記第１の発電ユニット（２２）には少なくとも１つの太陽光発電（ＰＶ）ユニットが含まれる請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）の前記入力部（９０）および前記出力部（９２）は相互誘導結合されている請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）には少なくとも１つの変圧器（８８）が含まれ、前記入力部（９０）には前記少なくとも１つの変圧器の一次巻線（９６）が含まれ、前記出力部（９２）には前記少なくとも１つの変圧器の二次巻線（１０８）が含まれ、前記一次巻線は、前記第１の発電ユニット（２２）の前記ＤＣ電力出力の前記第１の部分を受け取って、前記二次巻線の両端に電圧を誘起し、前記電圧は、前記第１の発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の前記第２の未処理部分と組み合わされて前記ＤＣリンク（８４）に与えられる請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）は、前記第１の発電ユニット（２２）から最大電力を取り出すようにＤＣリンク電流（１４６）の制御を行なうように構成されている請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）は、前記ＤＣリンク電流（１４６）を最大にして前記第１の発電ユニット（２２）の前記出力電力を最大にするように構成されている請求項６に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）は、定格出力が、前記ＤＣリンク（８４）に与えられる前記ＤＣ電力よりも小さい請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
発電ユニット（２２）のＤＣ電力出力の第１の部分を受け取るように構成された入力部（９０）と、
前記発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の前記第１の処理部分および第２の未処理部分を含むＤＣ電力をＤＣリンク（８４）へ出力するように構成された出力部（９２）と、を備える直流（ＤＣ）−ＤＣ部分電力コンバータ（７０）。
【請求項１０】
前記出力部（９２）は前記入力部（９０）に直接結合されている請求項９に記載のコンバータ（７０）。
【請求項１】
直流（ＤＣ）電力をＤＣリンク（８４）に与えるように構成された発電システム（１０）であって、
ＤＣ電力を出力するように構成された第１の発電ユニット（２２）と、
入力部（９０）と出力部（９２）とを備える第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）であって、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータの前記出力部は前記第１の発電ユニットと直列に結合され、前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータは、前記第１の発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の第１の部分を処理するように、また前記第１の発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の未処理の第２の部分を前記出力部に与えるように構成されている第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）と、を備えている発電システム（１０）。
【請求項２】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）によって処理されるＤＣ電力出力の前記第１の部分は、前記ＤＣリンク（８４）に与えられる前記総電力よりも小さい請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記第１の発電ユニット（２２）には少なくとも１つの太陽光発電（ＰＶ）ユニットが含まれる請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）の前記入力部（９０）および前記出力部（９２）は相互誘導結合されている請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）には少なくとも１つの変圧器（８８）が含まれ、前記入力部（９０）には前記少なくとも１つの変圧器の一次巻線（９６）が含まれ、前記出力部（９２）には前記少なくとも１つの変圧器の二次巻線（１０８）が含まれ、前記一次巻線は、前記第１の発電ユニット（２２）の前記ＤＣ電力出力の前記第１の部分を受け取って、前記二次巻線の両端に電圧を誘起し、前記電圧は、前記第１の発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の前記第２の未処理部分と組み合わされて前記ＤＣリンク（８４）に与えられる請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）は、前記第１の発電ユニット（２２）から最大電力を取り出すようにＤＣリンク電流（１４６）の制御を行なうように構成されている請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）は、前記ＤＣリンク電流（１４６）を最大にして前記第１の発電ユニット（２２）の前記出力電力を最大にするように構成されている請求項６に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記第１のＤＣ−ＤＣコンバータ（７０）は、定格出力が、前記ＤＣリンク（８４）に与えられる前記ＤＣ電力よりも小さい請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項９】
発電ユニット（２２）のＤＣ電力出力の第１の部分を受け取るように構成された入力部（９０）と、
前記発電ユニットの前記ＤＣ電力出力の前記第１の処理部分および第２の未処理部分を含むＤＣ電力をＤＣリンク（８４）へ出力するように構成された出力部（９２）と、を備える直流（ＤＣ）−ＤＣ部分電力コンバータ（７０）。
【請求項１０】
前記出力部（９２）は前記入力部（９０）に直接結合されている請求項９に記載のコンバータ（７０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１３３０６（Ｐ２０１３−１３３０６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−９４３１０（Ｐ２０１２−９４３１０）
【出願日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９４３１０（Ｐ２０１２−９４３１０）
【出願日】平成２４年４月１８日（２０１２．４．１８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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