JP2015133903A - 電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールに関する。
【解決手段】本発明の実施例に係る電力変換装置は、太陽電池モジュールからの直流電源を変換し、複数のインターリービングコンバータを含むコンバータ部と、コンバータ部を制御する制御部とを含み、制御部は、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変し、スイッチング周期の可変に対応して、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変する。これによって、スイッチング周波数可変による瞬間的な出力低下を防止できるようになる。
【選択図】図１５

Description

本発明は、電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールに係り、より詳細には、スイッチング周波数可変による瞬間的な出力低下を防止することができる電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールに関する。

最近、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想されながら、これらに代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。その中でも太陽電池は、半導体素子を用いて太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する次世代電池として脚光を浴びている。

一方、太陽光モジュールは、太陽光発電のための太陽電池が直列あるいは並列に接続された状態を意味し、太陽光モジュールは、太陽電池が生産した電気を集めるジャンクションボックスを含むことができる。

本発明の目的は、スイッチング周波数可変による瞬間的な出力低下を防止することができる電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の実施例に係る電力変換装置は、太陽電池モジュールからの直流電源を変換し、複数のインターリービングコンバータを含むコンバータ部と、コンバータ部を制御する制御部とを含み、制御部は、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変し、スイッチング周期の可変に対応して、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変する。

一方、上記目的を達成するための本発明の実施例に係る太陽光モジュールは、複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールと、太陽電池モジュールの背面に付着され、太陽電池モジュールから供給される直流電源を電力変換して出力する電力変換モジュールを備えるジャンクションボックスとを含み、電力変換モジュールは、太陽電池モジュールからの直流電源が入力される少なくとも１つのバイパスダイオードと、バイパスダイオードからの直流電源を変換し、複数のインターリービングコンバータを含むコンバータ部と、コンバータ部を制御する制御部とを含み、制御部は、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変し、スイッチング周期の可変に対応して、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変する。

本発明の実施例によれば、電力変換装置は、複数のインターリービングコンバータを備え、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変し、スイッチング周期の可変に対応して、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することによって、スイッチング周波数の可変による瞬間的な出力低下を防止することができる。

そして、スイッチング周波数の可変後、順次に位相差を基準位相差に復元することによって、出力電流歪みを防止することができ、インターリービングコンバータの出力低下も防止することができる。

一方、複数のインターリービングコンバータがインターリービング動作を行うことによって、コンバータ部の入力電流と出力電流のリップル（ｒｉｐｐｌｅ）が低減され、したがって、電力変換モジュール内の回路素子の容量及び大きさが小さくなるという利点がある。

一方、本発明の実施例によれば、コンバータ部は、擬似直流電源を出力し、そのために、インターリービングコンバータのスイッチング周波数は可変されてもよい。これによって、よりサイン波に近い擬似直流電源を出力することができる。

一方、インターリービングコンバータは、スイッチング素子のデューティ可変に対応して、スイッチング素子のスイッチング周波数を可変することができる。特に、ｃｒｍモードでスイッチング素子を動作させることができる。これによれば、スイッチング素子に対する零電圧スイッチングが可能となり、コンバータ部の電力変換効率を向上させることができる。

特に、コンバータ部は、少なくとも３つのインターリービングコンバータを含むことによって、高出力の交流電源を出力しながら、コンバータ部内の回路素子、特に、インダクタ及びトランスフォーマの大きさを減少させることができるようになる。これによって、ジャンクションボックスの厚さが太陽電池モジュールのフレームの厚さよりも小さくなる。

一方、少なくとも３つのインターリービングコンバータがインターリービング動作を行うことによって、コンバータ部の入力電流及び出力電流のリップル（ｒｉｐｐｌｅ）が低減され、したがって、電力変換モジュール内の回路素子の容量及び大きさが小さくなるという利点がある。

太陽光モジュールは、複数のインターリービングコンバータを含むコンバータ部及びインバータ部を含む電力変換モジュールを備えるジャンクションボックスが、太陽電池モジュールの背面に付着されてもよい。これによって、太陽光モジュールから直ちに交流電源を安定的に出力することができる。

本発明の実施例に係る太陽光システムの構成図の一例である。 本発明の実施例に係る太陽光モジュールの正面図である。 図２の太陽光モジュールの背面図である。 図２の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 図２の太陽光モジュールのバイパスダイオードの構成の一例を示す図である。 図２のジャンクションボックスの内部の電力変換モジュールのブロック図の一例である。 図６の電力変換モジュールの内部回路図の一例である。 図６の電力変換モジュールの内部回路図の他の例である。 図６の電力変換モジュールの動作方法を説明する図である。 図６の電力変換モジュールの動作方法を説明する図である。 図７Ａのタップインダクタコンバータの動作説明のために参照される図である。 図７Ａのタップインダクタコンバータの動作説明のために参照される図である。 図６のコンバータ部において入力電源を用いて擬似直流電源を出力することを説明するために参照される図である。 図６のコンバータ部において入力電源を用いて擬似直流電源を出力することを説明するために参照される図である。 スイッチング素子のスイッチングモードによるスイッチング周波数の可変を説明するために参照される図である。 スイッチング素子のスイッチングモードによるスイッチング周波数の可変を説明するために参照される図である。 ３つのインターリービングコンバータにおいて、スイッチング周波数を固定する場合を例示する図である。 ３つのインターリービングコンバータにおいて、スイッチング周波数可変、及び位相差を固定する場合を例示する図である。 ３つのインターリービングコンバータにおいて、スイッチング周波数可変、及び位相差を可変する場合を例示する図である。 本発明の他の実施例に係る太陽光システムの構成図の一例である。 図１６の電力変換モジュールの内部回路図の一例である。 図１６の電力変換モジュールの内部回路図の他の例である。 本発明の更に他の実施例に係る太陽光システムの構成図の一例である。 図１８の第１及び第２電力変換モジュールの内部回路図の一例である。 図１８の第１及び第２電力変換モジュールの内部回路図の他の例である。

以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

以下の説明で使用される構成要素に対する接尾辞、「モジュール」及び「部」は、単純に本明細書作成の容易さのみを考慮して付与するもので、それ自体で特別に重要な意味又は役割を付与するものではない。したがって、前記「モジュール」及び「部」は互いに混用して使用してもよい。

図１は、本発明の実施例に係る太陽光システムの構成図の一例である。

図面を参照すると、図１の太陽光システム１０は、複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎを備えることができる。

各太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎは、複数の太陽電池を備え、直流電源を生成する各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎと、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎの背面に付着され、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎからの直流電源を交流電源に変換して出力するジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎとを備えることができる。

このとき、ジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎは、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎからの直流電源を交流電源に変換して出力する電力変換モジュール（図６の７００）を備えることができる。

電力変換モジュール（図６の７００）は、１つの回路基板上に、バイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ、コンバータ部（図６の５３０）、及びインバータ部（図６の５４０）を備えることができる。このような電力変換モジュール（図６の７００）をマイクロインバータと呼ぶこともできる。

一方、本発明の実施例における複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎは、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎ及びジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎを介して直ちに交流電源を出力できるので、これを太陽光ＡＣモジュールと呼ぶこともできる。

一方、このような構成によれば、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎに、交流電源を出力するマイクロインバータを付着することによって、太陽電池モジュールのいずれか１つの出力が低くなっても、複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎが互いに並列接続されているので、系統（グリッド）に生成された交流電源を供給できるようになる。

また、複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎが互いに直列接続されるストリング方式とは異なり、互いに独立して交流電源を生成して出力し、並列接続されるので、他の太陽光モジュールの交流電源出力と関係なく安定的に、交流電源を系統に出力することができる。

一方、本発明の実施例では、電力変換モジュール（図６の７００）内の複数のインターリービングコンバータのスイッチング周波数が可変され、スイッチング周期の可変に対応して、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変する。

例えば、電力変換モジュール（図６の７００）は、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期が増加した場合、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差が、スイッチング周期が増加する前の、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差より小さくなるように、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することができる。これによって、スイッチング周波数の可変による瞬間的な出力低下を防止できるようになる。

他の例として、電力変換モジュール（図６の７００）は、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期の可変後、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差が、順次に、基準位相差に近接するように、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することができる。これによって、出力電流の歪みを防止することができ、インターリービングコンバータの出力低下も防止できるようになる。

更に他の例として、電力変換モジュール（図６の７００）は、複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期が増加した場合、複数のインターリービングコンバータ間の動作区間の重なり領域を増加させることができる。これについては、図６以下を参照して詳細に記述する。

図２は、本発明の実施例に係る太陽光モジュールの正面図であり、図３は、図２の太陽光モジュールの背面図であり、図４は、図２の太陽電池モジュールの分解斜視図である。

図２〜図４を参照すると、本発明の実施例に係る太陽光モジュール５０は、太陽電池モジュール１００と、太陽電池モジュール１００の一面に位置するジャンクションボックス２００とを含む。また、太陽光モジュール５０は、太陽電池モジュール１００とジャンクションボックス２００との間に配置される放熱部材（図示せず）をさらに含むことができる。

まず、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１３０を含むことができる。その他に、複数の太陽電池１３０の下面と上面にそれぞれ位置する第１密封材１２０と第２密封材１５０、第１密封材１２０の下面に位置する後面基板１１０、及び第２密封材１５０の上面に位置する前面基板１６０をさらに含むことができる。

まず、太陽電池１３０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体素子であって、シリコン太陽電池（ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、化合物半導体太陽電池（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、積層型太陽電池（ｔａｎｄｅｍ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、染料感応型またはＣｄＴｅ、ＣＩＧＳ型太陽電池などであってもよい。

太陽電池１３０は、太陽光が入射する受光面、及び受光面の反対側である裏面を有する。例えば、太陽電池１３０は、第１導電型のシリコン基板と、シリコン基板上に形成され、第１導電型と反対の導電型を有する第２導電型半導体層と、第２導電型半導体層の一部の面を露出させる少なくとも１つ以上の開口部を含み、第２導電型半導体層上に形成される反射防止膜と、少なくとも１つ以上の開口部を介して露出された第２導電型半導体層の一部の面に接触する前面電極と、前記シリコン基板の後面に形成された後面電極とを含むことができる。

各太陽電池１３０は、電気的に直列、並列または直並列に接続されてもよい。具体的に、複数の太陽電池１３０は、リボン１３３によって電気的に接続可能である。リボン１３３は、太陽電池１３０の受光面上に形成された前面電極と、隣接する他の太陽電池１３０の裏面上に形成された後面電極集電電極とに接合可能である。

図では、リボン１３３が２列に形成され、このリボン１３３によって、太陽電池１３０が一列に連結されて、太陽電池ストリング１４０が形成されることを例示する。これによって、６個のストリング１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅ，１４０ｆが形成され、各ストリングは１０個の太陽電池を備えることを例示する。図とは異なり、様々な変形が可能である。

一方、各太陽電池ストリングは、バスリボンにより電気的に接続されてもよい。図２は、太陽電池モジュール１００の下部に配置されるバスリボン１４５ａ，１４５ｃ，１４５ｅによって、それぞれ、第１太陽電池ストリング１４０ａと第２太陽電池ストリング１４０ｂとが、第３太陽電池ストリング１４０ｃと第４太陽電池ストリング１４０ｄとが、第５太陽電池ストリング１４０ｅと第６太陽電池ストリング１４０ｆとが電気的に接続されることを例示する。また、図２は、太陽電池モジュール１００の上部に配置されるバスリボン１４５ｂ，１４５ｄによって、それぞれ、第２太陽電池ストリング１４０ｂと第３太陽電池ストリング１４０ｃとが、第４太陽電池ストリング１４０ｄと第５太陽電池ストリング１４０ｅとが電気的に接続されることを例示する。

一方、第１ストリングに接続されたリボン、バスリボン１４５ｂ，１４５ｄ、及び第６ストリングに接続されたリボンは、それぞれ第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄに電気的に接続され、第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄは、太陽電池モジュール１００の背面に配置されるジャンクションボックス２００内のバイパスダイオード（図６のＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ）と接続される。図では、第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄが、太陽電池モジュール１００上に形成された開口部を通して、太陽電池モジュール１００の背面に延びることを例示する。

一方、ジャンクションボックス２００は、太陽電池モジュール１００の両端部のうち導電性ラインが延びる端部にさらに隣接して配置されることが好ましい。

図２及び図３では、第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄが、太陽電池モジュール１００の上部から太陽電池モジュール１００の背面に延びるので、ジャンクションボックス２００が、太陽電池モジュール１００の背面において上部に位置する場合を例示する。これによって、導電性ラインの長さを短縮することができるので、電力損失を低減することができる。

後面基板１１０は、バックシートであって、防水、絶縁及び紫外線遮断機能を果たし、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであってもよいが、これに限定するものではない。また、図４では、後面基板１１０が矩形状に図示されているが、太陽電池モジュール１００が設置される環境によって、円形、半円形などの様々な形状に製造することができる。

一方、後面基板１１０上には、第１密封材１２０が後面基板１１０と同じ大きさで付着されて形成されてもよく、第１密封材１２０上には、複数の太陽電池１３０が数個の列をなすように互いに隣接して位置することができる。

第２密封材１５０は、太陽電池１３０上に位置し、第１密封材１２０とラミネーション（Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）により接合することができる。

ここで、第１密封材１２０及び第２密封材１５０は、太陽電池の各要素が化学的に結合できるようにする。このような第１密封材１２０及び第２密封材１５０は、エチレン酢酸ビニル樹脂（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ；ＥＶＡ）フィルムなどの様々な例が可能である。

一方、前面基板１６０は、太陽光を透過するように第２密封材１５０上に位置し、外部の衝撃などから太陽電池１３０を保護するために強化ガラスであることが好ましい。また、太陽光の反射を防止し、太陽光の透過率を高めるために、鉄分が少なく含有された低鉄分強化ガラスであることがより好ましい。

ジャンクションボックス２００は、太陽電池モジュール１００の背面上に付着され、太陽電池モジュール１００から供給される直流電源を用いて電力変換を行うことができる。具体的に、ジャンクションボックス２００は、直流電源を交流電源に変換して出力する電力変換モジュール７００を備えることができる。

電力変換モジュール７００は、１つの回路基板上に、バイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ、コンバータ部（図６の５３０）、及びインバータ部（図６の５４０）を備えることができる。このような電力変換モジュール７００をマイクロインバータと呼ぶこともできる。

一方、ジャンクションボックス２００内の回路素子への水分浸透を防止するために、ジャンクションボックスの内部は、シリコンなどを用いて水分浸透防止用コーティングを行うことができる。

一方、ジャンクションボックス２００には開口（図示せず）が形成されて、上述した第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄがジャンクションボックス内のバイパスダイオード（図６のＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ）と接続されるようにすることができる。

一方、ジャンクションボックス２００の一側面には、電力変換された交流電源を外部に出力するための交流出力ケーブル３８が連結されてもよい。

一方、太陽光モジュール５０は、太陽電池モジュール１００の外郭部を固定するためのフレーム１０５を含むことができる。一方、ジャンクションボックス２００が背面から突出しないように、ジャンクションボックス２００の厚さがフレーム１０５の厚さよりも小さいことが好ましい。

図５は、図２の太陽光モジュールのバイパスダイオードの構成の一例である。

図面を参照して説明すると、６個の太陽電池ストリング１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ，１４０ｅ，１４０ｆに対応してバイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃが接続されてもよい。具体的に、第１バイパスダイオードＤａは、第１太陽電池ストリングと第１バスリボン１４５ａとの間に接続されて、第１太陽電池ストリング１４０ａまたは第２太陽電池ストリング１４０ｂでの逆電圧の発生時に、第１太陽電池ストリング１４０ａ及び第２太陽電池ストリング１４０ｂをバイパス（ｂｙｐａｓｓ）させる。

例えば、正常な太陽電池で発生する約０．６Ｖの電圧が発生する場合、第１バイパスダイオードＤａのアノード電極の電位に比べて、カソード電極の電位が約１２Ｖ（＝０．６Ｖ＊２０）程度さらに高くなる。すなわち、第１バイパスダイオードＤａは、バイパスではなく正常な動作を行うことになる。

一方、第１太陽電池ストリング１４０ａ内のある太陽電池において、陰影が発生したり、異物が付着したりしてホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）が発生する場合、ある一つの太陽電池で発生する電圧は、約０．６Ｖの電圧ではなく、逆電圧（約−１５Ｖ）が発生することになる。これによって、第１バイパスダイオードＤａのアノード電極の電位がカソード電極に比べて約１５Ｖ程度さらに高くなり、第１バイパスダイオードＤａはバイパス動作を行うことになる。したがって、第１太陽電池ストリング１４０ａ及び第２太陽電池ストリング１４０ｂ内の太陽電池で発生する電圧がジャンクションボックス２００に供給されない。このように、一部の太陽電池で逆電圧が発生する場合、バイパスさせることによって、当該太陽電池などの破壊を防止できるようになる。また、ホットスポット（ｈｏｔ ｓｐｏｔ）領域を除いて、生成された直流電源を供給できるようになる。

次に、第２バイパスダイオードＤｂは、第１バスリボン１４５ａと第２バスリボン１４５ｂとの間に接続されて、第３太陽電池ストリング１４０ｃまたは第４太陽電池ストリング１４０ｄでの逆電圧の発生時に、第３太陽電池ストリング１４０ｃ及び第４太陽電池ストリング１４０ｄをバイパス（ｂｙｐａｓｓ）させる。

次に、第３バイパスダイオードＤｃは、第６太陽電池ストリング１４０ｆと第２バスリボン１４５ｂとの間に接続されて、第５太陽電池ストリング１４０ｅまたは第６太陽電池ストリング１４０ｆでの逆電圧の発生時に、第５太陽電池ストリング１４０ｅ及び第６太陽電池ストリング１４０ｆをバイパス（ｂｙｐａｓｓ）させる。

一方、図５とは異なり、６個の太陽電池ストリングに対応して６個のバイパスダイオードを接続させることも可能であり、その他の様々な変形が可能である。

図６は、図２のジャンクションボックスの内部の電力変換モジュールのブロック図の一例である。

図面を参照すると、ジャンクションボックスの内部の電力変換モジュール７００は、バイパスダイオード部５１０、コンバータ部５３０、キャパシタＣ１、インバータ部５４０、及び制御部５５０を含むことができる。

バイパスダイオード部５１０は、太陽電池モジュール１００の第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ同士の間にそれぞれ配置されるバイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃを備えることができる。このとき、バイパスダイオードの個数は、１つ以上であり、導電性ラインの個数より１つさらに小さいことが好ましい。

バイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃには、太陽電池モジュール５０から、特に、太陽電池モジュール５０内の第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄから太陽光直流電源が入力される。そして、バイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃは、第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄのうち少なくとも１つからの直流電源において逆電圧が発生する場合、バイパスさせることができる。

一方、バイパスダイオード部５１０を経た入力電源Ｖｐｖは、コンバータ部５３０に入力される。

コンバータ部５３０は、バイパスダイオード部５１０から出力された入力電源Ｖｐｖを変換する。一方、コンバータ部５３０は、第１電力変換部と呼ぶことができる。

例えば、コンバータ部５３０は、図８Ａのように、直流入力電源Ｖｐｖを擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）に変換することができる。これによって、キャパシタＣ１には擬似直流電源が格納され得る。一方、ｄｃ端キャパシタＣ１の両端はｄｃ端ということができ、キャパシタＣ１はｄｃ端キャパシタと呼ぶこともできる。

他の例として、コンバータ部５３０は、図８Ａのように、直流入力電源Ｖｐｖを昇圧して直流電源に変換することができる。これによって、ｄｃ端キャパシタＣ１には昇圧された直流電源が格納され得る。

インバータ部５４０は、ｄｃ端キャパシタＣ１に格納された直流電源を交流電源に変換することができる。一方、インバータ部５４０は、第２電力変換部と呼ぶことができる。

例えば、インバータ部５４０は、コンバータ部５３０で変換された擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）を交流電源に変換することができる。

他の例として、インバータ部５４０は、コンバータ部５３０で昇圧された直流電源を交流電源に変換することができる。

一方、コンバータ部５３０は、擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）変換または昇圧直流電源変換のために、複数のインターリービングコンバータを備えることが好ましい。

特に、本発明の実施例では、コンバータ部５３０が、３つ以上のインターリービングコンバータを備えるものとする。

図では、ｎ個のコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，．．．６１０ｎが互いに並列接続されることを例示する。ｎ個のコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，．．．６１０ｎのエネルギー変換容量は同一であってもよい。

直流入力電源Ｖｐｖによる電流が、ｎ個のコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，．．．６１０ｎにおいて１／Ｎに小さくなり、ｎ個のコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，．．．６１０ｎの出力端において、各コンバータの出力電流が一つに合わせられる。

一方、ｎ個のコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，．．．６１０ｎは、インターリービング動作を行い、各ｎ個のコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，．．．６１０ｎの電流位相は、基準相と比較して＋（３６０°／Ｎ）、−（３６０°／Ｎ）、またはそれと近接する位相遅延を維持しながら動作する。

このように、ｎ個のコンバータをインターリービング動作させる場合、コンバータ部５３０の入力電流及び出力電流のリップル（ｒｉｐｐｌｅ）が低減され、したがって、電力変換モジュール７００内の回路素子の容量及び大きさが小さくなるという利点がある。これによって、ジャンクションボックスの厚さが太陽電池モジュールのフレーム１０５の厚さよりも小さくなり得る。

一方、インターリービングコンバータは、タップインダクタコンバータまたはフライバックコンバータなどを用いることができる。

図７Ａは、図６の電力変換モジュールの内部回路図の一例である。

図面を参照すると、電力変換モジュール７００は、バイパスダイオード部５１０、コンバータ部５３０、ｄｃ端キャパシタＣ１、インバータ部５４０、制御部５５０、及びフィルタ部５６０を含むことができる。

図７Ａは、インターリービングコンバータとしてタップインダクタコンバータを例示する。図では、コンバータ部５３０が、第１タップインダクタコンバータ〜第３タップインダクタコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃを備える場合を例示する。

バイパスダイオード部５１０は、第１〜第４導電性ライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄにそれぞれ対応するａノード、ｂノード、ｃノード、ｄノードのそれぞれの間に配置される第１〜第３バイパスダイオードＤａ，Ｄｂ，Ｄｃを含む。

コンバータ部５３０は、バイパスダイオード部５１０から出力される直流電源Ｖｐｖを用いて電力変換を行うことができる。

特に、第１タップインダクタコンバータ〜第３タップインダクタコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃは、インターリービング動作によって、それぞれ変換された直流電源をｄｃ端キャパシタＣ１に出力する。

そのうち第１タップインダクタコンバータ６１１ａは、タップインダクタＴ１、タップインダクタＴ１と接地端との間に接続されるスイッチング素子Ｓ１、及びタップインダクタの出力端に接続されて一方向導通を行うダイオードＤ１を含む。一方、ダイオードＤ１の出力端、すなわち、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）と接地端との間に、ｄｃ端キャパシタＣ１が接続される。

具体的に、スイッチング素子Ｓ１は、タップインダクタＴ１のタップと接地端との間に接続可能である。そして、タップインダクタＴ１の出力端（２次側）はダイオードＤ１のアノード（ａｎｏｄｅ）に接続され、ダイオードＤ１のカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）と接地端との間にｄｃ端キャパシタＣ１が接続される。

一方、タップインダクタＴ１の１次側と２次側は反対の極性を有する。一方、タップインダクタＴ１は、スイッチングトランスフォーマ（ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）と呼ぶこともできる。

一方、タップインダクタＴ１の１次側と２次側は、図示のように互いに接続される。これによって、タップインダクタコンバータは非絶縁タイプのコンバータであり得る。

一方、３つのタップインダクタコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃを、図示のように互いに並列接続させてインターリービング（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）方式で駆動する場合、入力電流成分が並列に分岐するので、各タップインダクタコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃを介して出力される電流成分のリップル（ｒｉｐｐｌｅ）が減少する。

一方、各タップインダクタコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃは、出力される交流電源の電力必要値に対応して適応的に動作することが可能である。

例えば、電力必要値が約９０Ｗ〜１３０Ｗである場合、第１コンバータ６１１ａのみ動作したり、電力必要値が約１９０Ｗ〜２３０Ｗである場合、第１及び第２コンバータ６１１ａ，６１１ｂのみ動作したり、電力必要値が約２９０Ｗ〜３３０Ｗである場合、第１〜第３インターリービングコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃが全て動作したりすることができる。すなわち、各タップインダクタコンバータ６１１ａ，６１１ｂ，６１１ｃが選択的に動作することができる。このような選択的動作は、制御部５５０によって制御可能である。

インバータ部５４０は、コンバータ部５３０でレベル変換された直流電源を交流電源に変換する。図では、フルブリッジインバータ（ｆｕｌｌ−ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ）を例示する。すなわち、それぞれ互いに直列接続される上アームスイッチング素子Ｓａ，Ｓｂ及び下アームスイッチング素子Ｓ’ａ，Ｓ’ｂが一対をなし、総２対の上、下アームスイッチング素子が互いに並列（Ｓａ＆Ｓ’ａ，Ｓｂ＆Ｓ’ｂ）に接続される。各スイッチング素子Ｓａ，Ｓ’ａ，Ｓｂ，Ｓ’ｂにはダイオードが逆並列に接続される。

インバータ部５４０内のスイッチング素子は、制御部５５０からのインバータスイッチング信号に基づいて、ターンオン／オフ動作を行う。これによって、所定の周波数を有する交流電源が出力される。好ましくは、グリッド（ｇｒｉｄ）の交流周波数と同じ周波数（約６０Ｈｚ又は５０Ｈｚ）を有することが好ましい。

フィルタ部５６０は、インバータ部５４０から出力される交流電源を滑らかにするために、ローパスフィルタリング（ｌｏｗｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を行う。そのために、図では、インダクタＬｆ１，Ｌｆ２を例示しているが、様々な例が可能である。

一方、コンバータ入力電流感知部Ａは、コンバータ部５３０に入力される入力電流ｉｃ１を感知し、コンバータ入力電圧感知部Ｂは、コンバータ部５３０に入力される入力電圧ｖｃ１を感知する。感知された入力電流ｉｃ１及び入力電圧ｖｃ１は制御部５５０に入力可能である。

一方、コンバータ出力電流感知部Ｃは、コンバータ部５３０から出力される出力電流ｉｃ２、すなわち、ｄｃ端電流を感知し、コンバータ出力電圧感知部Ｄは、コンバータ部５３０から出力される出力電圧ｖｃ２、すなわち、ｄｃ端電圧を感知する。感知された出力電流ｉｃ２及び出力電圧ｖｃ２は制御部５５０に入力可能である。

一方、インバータ出力電流感知部Ｅは、インバータ部５４０から出力される電流ｉｃ３を感知し、インバータ出力電圧感知部Ｆは、インバータ部５４０から出力される電圧ｖｃ３を感知する。感知された電流ｉｃ３及び電圧ｖｃ３は制御部５５０に入力される。

一方、制御部５５０は、図７のコンバータ部５３０のスイッチング素子Ｓ１を制御する制御信号を出力することができる。特に、制御部５５０は、感知された入力電流ｉｃ１、入力電圧ｖｃ１、出力電流ｉｃ２、出力電圧ｖｃ２、出力電流ｉｃ３、または出力電圧ｖｃ３のうち少なくとも１つに基づいて、コンバータ部５３０内のスイッチング素子Ｓ１のターンオンタイミング信号を出力することができる。

一方、制御部５５０は、インバータ部５４０の各スイッチング素子Ｓａ，Ｓ’ａ，Ｓｂ，Ｓ’ｂを制御するインバータ制御信号を出力することもできる。特に、制御部５５０は、感知された入力電流ｉｃ１、入力電圧ｖｃ１、出力電流ｉｃ２、出力電圧ｖｃ２、出力電流ｉｃ３、または出力電圧ｖｃ３のうち少なくとも１つに基づいて、インバータ部５４０の各スイッチング素子Ｓａ，Ｓ’ａ，Ｓｂ，Ｓ’ｂのターンオンタイミング信号を出力することができる。

一方、制御部５５０は、太陽電池モジュール１００に対する最大電力地点を演算し、それによって、最大電力に該当する直流電源を出力するようにコンバータ部５３０を制御することができる。

図７Ｂは、図６の電力変換モジュールの内部回路図の他の例である。

図７Ｂの電力変換モジュール７００は、図７Ａの電力変換モジュール７００と同様に、バイパスダイオード部５１０、コンバータ部５３０、ｄｃ端キャパシタＣ１、インバータ部５４０、制御部５５０、及びフィルタ部５６０を含むことができる。

ただし、図７Ｂは、コンバータ部５３０内のインターリービングコンバータとしてフライバックコンバータを例示する。図では、コンバータ部５３０が、第１フライバックコンバータ〜第３フライバックコンバータ６１２ａ，６１２ｂ，６１２ｃを備える場合を例示する。

特に、第１フライバックコンバータ〜第３フライバックコンバータ６１２ａ，６１２ｂ，６１２ｃは、非絶縁タイプのタップインダクタコンバータとは異なり、絶縁タイプであって、インターリービング動作によって、それぞれ変換された直流電源をｄｃ端キャパシタＣ１に出力する。

そのうち第１フライバックコンバータ６１２ａは、トランスフォーマＴ１１、トランスフォーマＴ１１の１次側と接地端との間に接続されるスイッチング素子Ｓ１１、及びトランスフォーマＴ１１の２次側に接続されて一方向導通を行うダイオードＤ１１を含む。一方、ダイオードＤ１１の出力端、すなわち、カソード（ｃａｔｈｏｄｅ）と接地端との間に、ｄｃ端キャパシタＣ１が接続される。一方、トランスフォーマＴ１１の１次側と２次側は反対の極性を有する。

図８Ａ及び図８Ｂは、図６の電力変換モジュールの動作方法を説明する図である。

まず、図８Ａを参照すると、本発明の実施例に係る電力変換モジュール７００のコンバータ部５３０は、太陽電池モジュール１００からの直流電源を擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）に変換することができる。

図７Ａのようにコンバータ部５３０がタップインダクタコンバータであるか、または図７Ｂのようにコンバータ部５３０がフライバックコンバータである場合、スイッチング素子（Ｓ１又はＳ１１）のスイッチングオン／オフによって、全波整流された直流電源のような包絡線を有する擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）に変換することができる。これによって、キャパシタＣ１には擬似直流電源が格納され得る。

一方、インバータ５４０は、擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）の入力を受け、スイッチング動作を行って交流電源として出力する。具体的に、全波整流された直流電源のような包絡線を有する擬似直流電源（ｐｓｅｕｄｏ ｄｃ ｖｏｌｔａｇｅ）を用いて、＋と−を有する交流電源に変換して出力することができる。特に、系統周波数に対応する交流電源に変換して出力することができる。

次に、図８Ｂを参照すると、本発明の実施例に係る電力変換モジュール７００のコンバータ部５３０は、太陽電池モジュール１００からの直流電源をレベル変換して、具体的に、昇圧して、昇圧された直流電源に変換することができる。

図７Ａのようにコンバータ部５３０がタップインダクタコンバータであるか、または図７Ｂのようにコンバータ部５３０がフライバックコンバータである場合、スイッチング素子（Ｓ１又はＳ１１）のスイッチングオン／オフによって、直流電源Ｖｐを昇圧された直流電源に変換することができる。これによって、キャパシタＣ１には昇圧された直流電源が格納され得る。

インバータ５４０は、昇圧された直流電源の入力を受け、スイッチング動作を行って交流電源として出力する。特に、系統周波数に対応する交流電源に変換して出力することができる。

図９Ａ及び図９Ｂは、図７Ａのタップインダクタコンバータの動作を説明するために参照される図である。

第１タップインダクタコンバータ６１１ａの動作を簡略に説明すると、スイッチング素子Ｓ１がターンオン（ｏｎ）される場合、図９Ａのように、入力電圧Ｖｐｖ、タップインダクタＴ１の１次側、及びスイッチング素子Ｓ１による閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）が形成され、第１電流Ｉ１が閉ループ上に流れることになる。このとき、タップインダクタＴ１の２次側は、１次側と反対の極性を有するので、ダイオードＤ１は導通せず、オフ（ｏｆｆ）される。これによって、入力電圧ＶｐｖによるエネルギーがタップインダクタＴ１の１次側に格納される。

次に、スイッチング素子Ｓ１がターンオフ（ｏｆｆ）される場合、図９Ｂのように、入力電圧Ｖｐｖ、タップインダクタＴ１の１次側、２次側、ダイオードＤ１、及びキャパシタＣ１による閉ループ（ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ）が形成され、第２電流Ｉ２が閉ループ上に流れることになる。すなわち、タップインダクタＴ１の２次側は、１次側と反対の極性を有するので、ダイオードＤ１は導通する。これによって、入力電圧Ｖｐｖ、タップインダクタＴ１の１次側及び２次側に格納されたエネルギーが、ダイオードＤ１を経てキャパシタＣ１に格納され得る。

このように、コンバータ部５３０は、入力電圧Ｖｐｖ、タップインダクタＴ１の１次側及び２次側に格納されたエネルギーを用いることによって、擬似直流電源、または高効率且つ高電圧の直流電源を出力することができる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、図６のコンバータ部で入力電源を用いて擬似直流電源を出力することを説明するために参照される図である。

図６及び図１０Ａを参照すると、コンバータ部５３０内の第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃは、直流である入力電源Ｖｐｖを用いて、擬似直流電源を出力する。

具体的に、コンバータ部５３０は、太陽電池モジュール１００から約３２Ｖ〜３６Ｖの直流電源を用いて、ピーク値が約３３０Ｖである擬似直流電源を出力する。

そのために、制御部５５０は、検出される入力電源Ｖｐｖ及び検出される出力電源Ｖｄｃに基づいて、第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃのスイッチング素子のデューティを決定する。

特に、入力電圧Ｖｐｖが低いほど、第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃのスイッチング素子のデューティが大きくなり、入力電圧Ｖｐｖが高いほど、スイッチング素子のデューティが小さくなる。

一方、目標出力電源Ｖｄｃが低いほど、第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃのスイッチング素子のデューティが小さくなり、目標出力電源Ｖｄｃが高いほど、スイッチング素子のデューティが大きくなる。例えば、目標出力電源Ｖｄｃがピーク値である約３３０Ｖである場合、スイッチング素子のデューティが最も大きくなり得る。

図１０Ａでは、このようなデューティ可変によって出力される擬似直流電源波形Ｖｓｌｖを例示し、このような擬似直流電源波形は、目標サイン波形Ｖｓｉｎに追従することを例示する。

一方、本発明では、擬似直流電源波形Ｖｓｌｖがより正確に全波整流波形Ｖｓｉｎに追従するようにするために、コンバータ部５３０のスイッチング周波数を可変するものとする。

図１０Ｂのように、コンバータ部５３０のスイッチング周波数を固定とする場合の擬似直流電源波形Ｖｓｌｆと目標サイン波形Ｖｓｉｎとの誤差（ΔＥ２）が、図１０Ａのコンバータ部５３０のスイッチング周波数を可変する場合の擬似直流電源波形Ｖｓｌｖと目標サイン波形Ｖｓｉｎとの誤差（ΔＥ１）よりもさらに大きくなる。

本発明では、このような誤差を低減するために、コンバータ部５３０のスイッチング周波数を可変する。すなわち、第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃのスイッチング素子のスイッチング周波数を可変する。

制御部５５０は、目標サイン波形Ｖｓｉｎの変化率が大きくなるほど、コンバータ部５３０のスイッチング周波数が大きくなるように、すなわち、スイッチング周期が小さくなるように設定し、目標サイン波形Ｖｓｉｎの変化率が小さくなるほど、コンバータ部５３０のスイッチング周波数が小さくなるように、すなわち、スイッチング周期が大きくなるように制御することができる。

図１０Ａでは、目標サイン波形Ｖｓｉｎの上昇区間に、スイッチング周期がＴａに設定され、目標サイン波形Ｖｓｉｎのピーク区間に、スイッチング周期がＴａよりも大きいＴｂに設定される場合を例示する。すなわち、スイッチング周期Ｔａに該当するスイッチング周波数が、スイッチング周期Ｔｂに該当するスイッチング周波数よりも高いことを例示する。これによって、擬似直流電源波形Ｖｓｌｖと目標サイン波形Ｖｓｉｎとの誤差（ΔＥ１）を低減することができる。

一方、図１０Ａのスイッチング周波数の可変に対して、スイッチング素子のスイッチングモード技法で説明することも可能である。これについては、図１１及び図１２を参照する。

図１１及び図１２は、スイッチング素子のスイッチングモードによるスイッチング周波数の可変を説明するために参照される図である。

まず、図１１の（ａ）は、インターリービングコンバータのスイッチング素子のデューティ波形図の一例を例示する。図面を参照すると、第１スイッチング周期Ｔｆ１内の第１デューティｄｕｔｙ１の間、スイッチング素子がターンオンされ、その後にターンオフされ、第２スイッチング周期Ｔｆ２内の第２デューティｄｕｔｙ２の間、スイッチング素子がターンオンされ、その後にターンオフされる。図では、第１デューティｄｕｔｙ１が第２デューティｄｕｔｙ２よりも大きい場合を例示する。

一方、図１１の（ａ）は、インターリービングコンバータのスイッチング周期が固定であり、スイッチングモードとしてＤＣＭ（Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）が適用される場合を例示する。

インターリービングコンバータのスイッチング周期が固定であり、スイッチングモードとしてｄｃｍが適用される場合、図１１の（ｂ）のようなスイッチング素子に流れる電流波形Ｉｄｃｍが例示され得る。スイッチング素子のターンオンによって、スイッチング素子に流れる電流が増加し、スイッチング素子のターンオフによって、電流が減少することになる。

図１１の（ｃ）は、ｄｃｍによるインターリービングコンバータのスイッチング素子に流れる実際の電流波形を例示し、図１１の（ｄ）は、ｄｃｍによるインターリービングコンバータのスイッチング素子の両端のスイッチング電圧を例示する。

一方、スイッチング素子のターンオフの後、次のスイッチング周期が行われる前に、インターリービングコンバータ内の共振区間１１０５が発生し得る。このとき、ｄｃｍによりスイッチング素子を動作させると、スイッチング素子の両端のスイッチング電圧が０にならない区間１１０７が発生する。したがって、スイッチング素子に対する零電圧スイッチング（ｚｅｒｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＺＶＳ）が行われないことで、インターリービングコンバータの効率が低下する。

本発明では、このような点を解決するために、スイッチングモードとして、ｄｃｍの代わりに、ＣＲＭ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）モードを使用する。ＣＲＭは、ＢＣＭ（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）モードまたはＴＭ（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）モードとも言える。

ＣＲＭは、インターリービングコンバータのスイッチング素子がターンオフされた後、スイッチング素子に流れる電流が０になるたびにスイッチング周期が始まるモードを意味する。これによって、ＣＲＭは、スイッチング周期のデューティに応じて、スイッチング周期を可変することができる。

図１２の（ａ）は、インターリービングコンバータのスイッチング素子のデューティ波形図の一例を例示する。図面を参照すると、第１スイッチング周期Ｔｆａ内の第１デューティｄｕｔｙ１の間、スイッチング素子がターンオンされ、その後にターンオフされ、第２スイッチング周期Ｔｆｂ内の第２デューティｄｕｔｙ２の間、スイッチング素子がターンオンされ、その後にターンオフされる。図では、第１デューティｄｕｔｙ１が第２デューティｄｕｔｙ２よりも大きい場合を例示する。

一方、図１２の（ａ）は、デューティの可変に応じてインターリービングコンバータのスイッチング周期が可変されることから、スイッチングモードとして、スイッチング周波数が可変するＣＲＭが適用される場合を例示している。

スイッチングモードとして、スイッチング周波数が可変するＣＲＭが適用される場合、図１２の（ｂ）のようなスイッチング素子に流れる電流波形Ｉｃｒｍが例示され得る。スイッチング素子のターンオンによって、スイッチング素子に流れる電流が増加し、スイッチング素子のターンオフによって、電流が減少することになる。そして、スイッチング素子に流れる電流が０になると、すなわち、ゼロクロッシング（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓｉｎｇ）となると、新しいスイッチング周期が始まる。

図１２の（ｃ）は、ｃｒｍによるインターリービングコンバータのスイッチング素子に流れる実際の電流波形を例示し、図１２の（ｄ）は、ｃｒｍによるインターリービングコンバータのスイッチング素子の両端のスイッチング電圧を例示する。

一方、スイッチング素子のターンオフの後、インターリービングコンバータ内の共振区間１１０５が発生し得る。このとき、ｃｒｍによりスイッチング素子を動作させると、共振区間１１０５の発生にもかかわらず、スイッチング素子の電流が０になる時点を決定し、すなわち、ゼロクロッシング（ｚｅｒｏ ｃｒｏｓｓｉｎｇ）となる時点に、スイッチング素子をターンオンすることができる。すなわち、新しいスイッチング周期を始めることができる。これによって、スイッチング素子に対する零電圧スイッチング（ｚｅｒｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＺＶＳ）を行うことができ、インターリービングコンバータの効率を向上させることができる。

これによって、本発明では、ｃｒｍをベースとして、インターリービングコンバータのスイッチング素子のスイッチング周波数を可変する。

一方、図６のように、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃが用いられる場合、第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃが、それぞれ位相差をもって動作することになる。

このとき、スイッチング周波数可変が適用された状態で、第１〜第３インターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの動作区間に対して一定の位相差、例えば、１２０°に設定する場合、スイッチング周期が長くなる場合に出力パワーが低下するという問題が発生することがある。これについては、図１４及び図１５を参照して記述する。

図１３は、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃにおいて、スイッチング周波数を固定する場合を例示する。

図面を参照すると、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃのスイッチング周期が、それぞれＰｅｒｉｏｄ Ａ、Ｐｅｒｉｏｄ Ｂ、Ｐｅｒｉｏｄ Ｃとして全て同一であり、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの動作区間の差である位相差は、一定の間隔であることがわかる。

また、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの動作区間は、各スイッチング周期内の一部の区間（ΔＤｕｔｙ Ａ、ΔＤｕｔｙ Ｂ、ΔＤｕｔｙ Ｃ）であり、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの動作区間は、ＰＷＭ割り込み信号（ＰＷＭ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ ｓｉｇｎａｌ）により開始されてもよい。

このとき、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの動作区間でのデューティが全て同一であれば、図示のように、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの平均パワー（ａｖｅｒａｇｅ）は全て同一となる。

すなわち、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃのスイッチング周波数を固定し、位相差を固定する場合には、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの平均パワーがほぼ一定であるという利点がある。

しかし、スイッチング周波数を可変した状態で、位相差を固定する場合には、瞬間的に出力電力が低下するという問題点がある。これについては、図１４を参照して記述する。

図１４は、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃにおいて、スイッチング周波数可変、及び位相差を固定する場合を例示する。

図面を参照すると、時点０から９Ｔｖまではスイッチング周期が３Ｔｖで固定であり、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの位相（ｐｈａｓｅ ａ、ｐｈａｓｅ ｂ、ｐｈａｓｅ ｃ）の位相差は、Ｔｖであることがわかる。

次に、時点９Ｔｖにおいて、スイッチング周期が可変されて、スイッチング周期が９Ｔｖに３倍増加する場合が例示される。このような場合、第１インターリービングコンバータは、以前のスイッチング周期と対比して、３Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作するが、第２インターリービングコンバータは、第１インターリービングコンバータの可変されたデューティ（３Ｔｖ）を考慮して、以前のスイッチング周期と対比して、５Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作する。第３インターリービングコンバータも、第２インターリービングコンバータの可変されたデューティ（３Ｔｖ）を考慮して、以前のスイッチング周期と対比して、７Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作する。

このときの第１インターリービングコンバータないし第３インターリービングコンバータの位相差は、スイッチング周期の可変にもかかわらず、それぞれ１２０度に固定される。すなわち、第１インターリービングコンバータが動作した後、それぞれ３Ｔｖ区間の後、６Ｔｖ区間の後に、第２インターリービングコンバータと第３インターリービングコンバータが動作する。

このようなスイッチング周期可変区間１３１０，１３２０では、第１インターリービングコンバータに比べて、第２インターリービングコンバータと第３インターリービングコンバータによって出力されるパワーが減少する。したがって、コンバータ部５３０の出力電流または出力電圧が瞬間的に低下する。

このような点を解決するために、本発明の実施例では、複数のインターリービングコンバータにおいて、スイッチング周期の可変時に、インターリービングコンバータ間の出力不平衡を解消するために、複数のインターリービングコンバータの動作区間に対する位相を可変する。これについては、図１５を参照して記述する。

図１５は、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃにおいて、スイッチング周波数可変、及び位相差を可変する場合を例示する。

図面を参照すると、時点０から９Ｔｖまではスイッチング周期が３Ｔｖで固定であり、３つのインターリービングコンバータ６１０ａ，６１０ｂ，６１０ｃの位相（ｐｈａｓｅ ａ、ｐｈａｓｅ ｂ、ｐｈａｓｅ ｃ）の位相差は、Ｔｖであることがわかる。

次に、時点９Ｔｖにおいて、スイッチング周期が可変されて、スイッチング周期が９Ｔｖに３倍増加する場合が例示される。このような場合、第１インターリービングコンバータは、以前のスイッチング周期と対比して、３Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作し、スイッチング周期可変区間１４１０において、第２インターリービングコンバータは、スイッチング周期可変時点である９Ｔｖより３Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作し、第３インターリービングコンバータは、スイッチング周期可変時点である９Ｔｖより６Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作することができる。

すなわち、図１４とは異なり、制御部５５０は、可変された周期に対応して、第１インターリービングコンバータないし第３インターリービングコンバータの位相差を可変する。図によれば、第１インターリービングコンバータと第２インターリービングコンバータとの位相差、及び第２インターリービングコンバータと第３インターリービングコンバータとの位相差が、１２０度から４０度に可変される。

制御部５５０は、スイッチング周期が増加する場合、各インターリービングコンバータ間の位相差が減少するように位相を可変することができる。これと同様に、スイッチング周期が減少する場合、各インターリービングコンバータ間の位相差が増加するように、例えば、１２０度から１３０度などに増加するように位相を可変することができる。

一方、制御部５５０は、スイッチング周期が増加する場合、各インターリービングコンバータ間の動作区間の位相が重なる領域が発生するように、特に増加するように、位相を可変することができる。図では、約２Ｔｖ区間の間、第１インターリービングコンバータと第２インターリービングコンバータとの動作区間が重なることを例示する。

一方、スイッチング周期の可変後、時点１８Ｔｖにおいて、第１インターリービングコンバータは、以前のスイッチング周期と対比して、９Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作するが、第２インターリービングコンバータは、以前のスイッチング周期と対比して、９．１Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作し、第３インターリービングコンバータも、以前のスイッチング周期と対比して、９．１Ｔｖの後に、３Ｔｖ区間の間動作することができる。

制御部５５０は、可変された周期後に、順次に、各コンバータ内の位相差が基準位相差に近接するように位相差を可変することができる。図によれば、時点１８Ｔｖの後に、第１インターリービングコンバータと第２インターリービングコンバータとの位相差、及び第２インターリービングコンバータと第３インターリービングコンバータとの位相差が、４０度から約４１度に増加することがわかる。

このように、順次に位相差を再び元の基準位相差である１２０度に近接するようにすることによって、電流歪みを防止することができ、上述した第２インターリービングコンバータと第３インターリービングコンバータの出力低下も防止することができる。

一方、このような位相可変は、少なくとも２つのインターリービングコンバータが用いられる場合に適用可能である。例えば、２つのインターリービングコンバータが用いられる場合にも、位相を可変することができる。

一方、図１０Ａ〜図１５でのスイッチング周波数可変及び位相可変は、コンバータ部５３０に適用可能であり、特に、図７Ａのように、コンバータ部５３０がタップインダクタコンバータであるか、または図７Ｂのように、コンバータ部５３０がフライバックコンバータである場合に適用可能である。

一方、上述した電力変換装置７００における複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変しながら、位相差を可変する技法は、図１の太陽光システム１０以外に、以下の図１６〜図１９Ｂでの電力変換モジュール（７０１又は７０２）のような場合にも適用可能である。

図１６は、本発明の他の実施例に係る太陽光システムの構成図の一例である。

図面を参照すると、図１６の太陽光システム２０は、図１の太陽光システム１０とほぼ同一であるが、ジャンクションボックス２０１がバイパスダイオードのみを備え、太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎと分離される別途の電力変換モジュール７０１ａ，７０１ｂ，．．．，７０１ｎが、コンバータ部、制御部、及びインバータ部を備えることに違いがある。

すなわち、各太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎは、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎ、及び各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎの背面に付着され、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎからの直流電源をバイパスダイオードを経て出力するジャンクションボックス２０１ａ，２０１ｂ，．．．，２０１ｎを備えることができる。

そして、別途の電力変換モジュール７０１ａ，７０１ｂ，．．．，７０１ｎは、それぞれのジャンクションボックス２０１ａ，２０１ｂ，．．．，２０１ｎの出力端と電気的に接続され、入力される直流電源を変換して、交流電源に変換して出力することができる。

別途の電力変換モジュール７０１ａ，７０１ｂ，．．．，７０１ｎは、互いに並列接続されて、系統（グリッド）に生成された交流電源を供給することができる。

図１７Ａは、図１６の電力変換モジュールの内部回路図の一例であり、図１７Ｂは、図１６の電力変換モジュールの内部回路図の他の例である。

図面を参照すると、図１７Ａの電力変換モジュール７０１は、図７Ａの電力変換モジュール７００とほぼ同一であるが、バイパスダイオード部５１０を備えていないことに違いがある。

これによって、電力変換モジュール７０１は、コンバータ部５３０、ｄｃ端キャパシタＣ１、インバータ部５４０、制御部５５０、及びフィルタ部５６０を含むことができる。一方、コンバータ部５３０は、インターリービングコンバータとして、タップインダクタコンバータを備えることができる。

図１７Ｂの電力変換モジュール７０１は、図７Ｂの電力変換モジュール７００とほぼ同一であるが、バイパスダイオード部５１０を備えないことに違いがある。一方、図１７Ｂのコンバータ部５３０は、インターリービングコンバータとして、フライバックコンバータを備えることができる。

図１８は、本発明の更に他の実施例に係る太陽光システムの構成図の一例である。

図面を参照すると、図１８の太陽光システム３０は、図１の太陽光システム１０とほぼ同一であるが、ジャンクションボックス２０１がバイパスダイオード、コンバータ部、制御部などを備え、インバータ部を備えないことに違いがある。すなわち、インバータ部は、別途の電力変換モジュール１２１０内に備えられ、電力変換モジュール１２１０は、太陽光モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎと分離されることに違いがある。

すなわち、各太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎは、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎ、及び各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎの背面に付着され、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎからの直流電源を電力変換して、電力変換された直流電源を出力するジャンクションボックス２０２ａ，２０２ｂ，．．．，２０２ｎを備えることができる。このとき、出力される直流電源は、擬似直流電源または昇圧された直流電源であってもよい。

そして、別途の電力変換モジュール１２１０は、それぞれのジャンクションボックス２０２ａ，２０２ｂ，．．．，２０２ｎの出力端と電気的に接続され、入力される直流電源を変換して、交流電源に変換して出力することができる。

そして、別途の電力変換モジュール１２１０は、系統（グリッド）に生成された交流電源を供給することができる。

図１９Ａは、図１８の第１及び第２電力変換モジュールの内部回路図の一例であり、図１９Ｂは、図１８の第１及び第２電力変換モジュールの内部回路図の他の例である。

図面を参照すると、図１９Ａの第１電力変換モジュール７０２は、バイパスダイオード部５１０、コンバータ部５３０、ｄｃ端キャパシタＣ１、コンバータ制御部５５１、及びフィルタ部５６０を含むことができ、別途の第２電力変換モジュール１２１０は、インバータ部５４０及びインバータ制御部５５２を備えることができる。

コンバータ部５３０は、インターリービングコンバータとして、タップインダクタコンバータを備えることができる。

図１９Ｂの電力変換モジュール７０２は、バイパスダイオード部５１０、コンバータ部５３０、ｄｃ端キャパシタＣ１、コンバータ制御部５５１、及びフィルタ部５６０を含むことができ、別途の第２電力変換モジュール１２１０は、インバータ部５４０及びインバータ制御部５５２を備えることができる。一方、図１９Ｂのコンバータ部５３０は、インターリービングコンバータとして、フライバックコンバータを備えることができる。

本発明に係る電力変換装置及びそれを備える太陽光モジュールは、上記のように説明された実施例の構成と方法が限定されて適用されるものではなく、上記実施例は、様々な変形が可能なように各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わされて構成されてもよい。

また、以上では本発明の好ましい実施例について図示し、説明したが、本発明は、上述した特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱せずに当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変形実施が可能なことは言うまでもなく、このような変形実施は、本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはならない。

Claims (20)

1. 太陽電池モジュールからの直流電源を変換し、複数のインターリービングコンバータを含むコンバータ部と、
   前記コンバータ部を制御する制御部とを含み、
   前記制御部は、
   前記複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変し、前記スイッチング周期の可変に対応して、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することを特徴とする、電力変換装置。
2. 前記制御部は、
   前記スイッチング周期が増加した場合、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差が、前記スイッチング周期が増加する前の、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差よりも小さくなるように、前記複数のコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、
   前記スイッチング周期の可変後、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差が、順次に、基準位相差に近接するように、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、
   前記スイッチング周期が増加した場合、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間の重なり領域を増加させることを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記コンバータ部から出力される電圧を格納するキャパシタと、
   前記キャパシタに格納された電圧を用いて、前記交流電源を出力するインバータ部と、
   前記インバータ部からの前記交流電源をフィルタリングして出力するフィルタ部とをさらに含み、
   前記制御部は、
   前記コンバータ部及び前記インバータ部を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記太陽電池モジュールからの前記直流電源が入力される少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに含み、
   前記コンバータ部は、
   前記バイパスダイオードからの前記直流電源を電力変換し、
   前記電力変換装置は、
   前記太陽電池モジュールの背面に付着されるジャンクションボックス内に備えられることを特徴とする、請求項１又は５に記載の電力変換装置。
7. 前記コンバータ部に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
   前記コンバータ部に入力される入力電流を検出する入力電流検出部と、
   前記コンバータ部から出力される出力電圧を検出するｄｃ端電圧検出部とをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記コンバータ部は、
   前記バイパスダイオードからの前記直流電源を電力変換して、擬似直流電源を出力することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
9. 前記インターリービングコンバータは、
   タップインダクタコンバータを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
10. 前記インターリービングコンバータは、
    フライバックコンバータを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
11. 前記コンバータ部は、
    少なくとも３つのインターリービングコンバータを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。
12. 複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールと、
    前記太陽電池モジュールの背面に付着され、前記太陽電池モジュールから供給される直流電源を電力変換して出力する電力変換モジュールを備えるジャンクションボックスとを含み、
    前記電力変換モジュールは、
    前記太陽電池モジュールからの前記直流電源が入力される少なくとも１つのバイパスダイオードと、
    前記バイパスダイオードからの前記直流電源を変換し、複数のインターリービングコンバータを含むコンバータ部と、
    前記コンバータ部を制御する制御部とを含み、
    前記制御部は、
    前記複数のインターリービングコンバータのスイッチング周期を可変し、前記スイッチング周期の可変に対応して、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することを特徴とする、太陽光モジュール。
13. 前記制御部は、
    前記スイッチング周期が増加した場合、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差が、前記スイッチング周期が増加する前の、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差よりも小さくなるように、前記複数のコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
14. 前記制御部は、
    前記スイッチング周期の可変後、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差が、順次に、基準位相差に近接するように、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間に対する位相差を可変することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
15. 前記制御部は、
    前記スイッチング周期が増加した場合、前記複数のインターリービングコンバータ間の動作区間の重なり領域を増加させることを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
16. 前記電力変換モジュールは、
    前記コンバータ部から出力される電圧を格納するキャパシタと、
    前記キャパシタに格納された電圧を用いて、前記交流電源を出力するインバータ部と、
    前記インバータ部からの前記交流電源をフィルタリングして出力するフィルタ部とをさらに含み、
    前記制御部は、
    前記コンバータ部及び前記インバータ部を制御することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
17. 前記電力変換モジュールは、
    前記コンバータ部に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出部と、
    前記コンバータ部に入力される入力電流を検出する入力電流検出部と、
    前記コンバータ部から出力される出力電圧を検出するｄｃ端電圧検出部とをさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
18. 前記コンバータ部は、
    前記バイパスダイオードからの前記直流電源を電力変換して、擬似直流電源を出力することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
19. 前記インターリービングコンバータは、
    タップインダクタコンバータを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。
20. 前記インターリービングコンバータは、
    フライバックコンバータを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光モジュール。

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