JP2019062733A - 太陽光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は太陽光モジュールを提案する。【解決手段】 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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御部とを含み、コンバータは、第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、制御部は、第１区間の間、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御する。これによって、安定したパワー出力が可能になる。【選択図】 図６

Description

本発明は、太陽光モジュールに関し、より詳細には、安定したパワー出力が可能な太陽光モジュールに関する。
〔関連技術〕
本発明は、韓国特許出願第１０−２０１７−０１２２７８５号（出願日：２０１７年９月２２日）に基づくパリ条約４条の優先権主張を伴ったものであり、当該韓国特許出願に開示された内容に基づくものである。参考のために、当該韓国特許出願の明細書及び図面の内容は本願明細書の一部に包摂されるものである。
近年、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電気エネルギーに直接変換させ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又は並列に接続された状態を意味する。
一方、太陽光モジュールでコンバータ及びインバータを使用して交流電源をグリッドに出力する場合、太陽電池で生産される電力が低いと、電力変換をしてもパワーが低いという問題点がある。これによって、安定したパワー出力が可能な太陽光モジュールに対する研究が続けられている。
本発明の目的は、安定したパワー出力が可能な太陽光モジュールを提供することにある。
本発明の他の目的は、太陽光モジュール内のトランスフォーマの大きさを低減することができ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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御部とを含み、コンバータは、第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、制御部は、第１区間の間、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御する。
〔本発明の一の態様〕
本発明の一の態様は以下の通りである。
〔１〕 太陽光モジュールであって、
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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、
前記コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、
前記コンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備えてなり、
前記コンバータは、
前記第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、
前記フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、
前記トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、
前記制御部は、
第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御することを特徴とする、太陽光モジュール。
〔２〕 前記制御部は、
前記第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数の可変時に、前記フルブリッジスイッチング部と前記ハーフブリッジスイッチング部との間の第１位相差が可変されるように制御することを特徴とする、〔１〕に記載の太陽光モジュール。
〔３〕 前記制御部は、
前記第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数の可変時に、前記フルブリッジスイッチング部と前記インバータとの間の第２位相差が可変されるように制御することを特徴とする、〔１〕に記載の太陽光モジュール。
〔４〕 前記フルブリッジスイッチング部は、
互いに並列接続される第１及び第２スイッチング素子と、
前記第１及び第２スイッチング素子にそれぞれ直列接続される第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子とを備え、
前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子の間である第１ノードと、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の間である第２ノードとの間に、前記トランスフォーマの入力側が接続されることを特徴とする、〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔５〕 前記コンバータは、
前記トランスフォーマと前記ハーフブリッジスイッチング部との間に接続されるインダクタをさらに備えることを特徴とする、〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔６〕 前記ハーフブリッジスイッチング部は、
互いに直列接続される第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、
互いに直列接続される第１キャパシタ及び第２キャパシタとを含み、
前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の間である第３ノードと、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間である第４ノードとの間に、前記トランスフォーマの出力側が接続されることを特徴とする、〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔７〕 前記制御部は、
前記第１区間の間、前記インバータのスイッチング周波数が一定になるように制御することを特徴とする、〔１〕〜〔６〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔８〕 前記第１区間の間、前記インバータのスイッチング周波数よりも、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数がさらに大きいことを特徴とする、〔７〕に記載の太陽光モジュール。
〔９〕 前記制御部は、
第２区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部が第１スイッチング周波数で駆動するように制御し、
第３区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部が前記第１スイッチング周波数よりも低い第２スイッチング周波数で駆動するように制御し、
前記第２区間と前記第３区間との間に前記第１区間が配置されることを特徴とする、〔１〕〜〔８〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔１０〕 前記制御部は、
前記第２区間から前記第３区間への移動時に、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が小さくなるように制御し、
前記第３区間から前記第２区間への移動時に、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が大きくなるように制御することを特徴とする、〔９〕に記載の太陽光モジュール。
〔１１〕 前記制御部は、
前記太陽電池モジュールからの前記第１直流電源のレベルが低いほど、前記第２スイッチング周波数が低くなるように制御することを特徴とする、〔９〕又は〔１０〕に記載の太陽光モジュール。
〔１２〕 前記制御部は、
前記インバータの出力電圧のピークレベルが低くなるほど、前記第３区間が長くなるように制御することを特徴とする、〔９〕〜〔１１〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔１３〕 前記制御部は、
前記インバータの出力電圧の波形に応じて、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御することを特徴とする、〔１〕〜〔１２〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
〔１４〕 前記制御部は、
前記第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御し、前記スイッチング周波数の可変時に、前記インダクタに流れる電流波形の形状が一定になるように制御することを特徴とする、〔５〕に記載の太陽光モジュール。
〔１５〕 前記制御部は、
前記インバータの出力電圧の波形に応じて、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変される区間と、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が一定の区間とに分けられて駆動されるように制御することを特徴とする、〔１〕〜〔１４〕の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御部とを含み、コンバータは、第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、制御部は、第１区間の間、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御することによって、安定したパワー出力が可能になる。
一方、コンバータ内にフルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部が備えられることによって、トランスフォーマの巻線比（ｔｕｒｎ ｒａｔｉｏ）を低減することができ、これによって、トランスフォーマの大きさを低減できるようになる。結局、コンバータなどを含むジャンクションボックスの大きさを低減できるようになる。
一方、太陽電池モジュールからの第１直流電源のレベルが低いほど、第２スイッチング周波数が低くなるように制御することによって、入力される太陽電池モジュールからの直流電源が低い場合にも、出力できるパワーの範囲の制限なしに、安定したパワーの出力が可能である。
一方、インバータの出力電圧のピークレベルが低くなるほど、第３区間が長くなるように制御することによって、力変換を行って、安定に交流電源を出力できるようになる。
一方、インバータの出力電圧の波形に応じて、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御することによって、安定に交流電源を出力できるようになる。
一方、コンバータ及びインバータを介して２ステージで電力変換を行うことによって、力率を向上させることができる。
一方、上記目的を達成するための本発明の他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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御部とを含み、コンバータは、第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、制御部は、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数の可変時に、フルブリッジスイッチング部とハーフブリッジスイッチング部との間の第１位相差が可変されるように制御することによって、安定したパワー出力が可能になる。
一方、上記目的を達成するための本発明の更に他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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御部とを含み、コンバータは、第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、制御部は、インバータの出力電圧の波形に応じて、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変される区間と、フルブリッジスイッチング部及びハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が一定の区間とに分けられて駆動されるように制御することによって、安定したパワー出力が可能になる。
本発明の実施例に係る太陽光モジュールを含む太陽光システムの一例を示す図である。 本発明の実施例に係る太陽光モジュールを含む太陽光システムの他の例を示す図である。 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３の太陽光モジュール内のジャンクションボックスの内部の回路図を示す図である。 太陽光モジュールの電力変換装置の様々な例である。 本発明の実施例に係る太陽光モジュール内の電力変換装置の回路図である。 図６の電力変換装置の説明に参照される図である。 図３の太陽電池モジュールの分解斜視図である。
本明細書では、太陽光モジュールから出力される出力電力の損失を低減するための方案として、太陽光モジュールから出力される交流電流と交流電圧との位相差である力率（ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ）を制御する方案を提示する。
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、単に本明細書の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されてもよい。
図１は、本発明の実施例に係る太陽光モジュールを含む太陽光システムの一例を示した図である。
図面を参照すると、本発明の実施例に係る太陽光システム１０ａは、太陽光モジュール５０及びゲートウェイ８０を含むことができる。
太陽光モジュール５０は、太陽電池モジュール１００、及び太陽電池モジュールからの直流電源を電力変換して出力する電力変換装置（図６の５００）を含むジャンクションボックス２００を備えることができる。
ジャンクションボックス２００は、太陽電池モジュール１００の背面に取り付けられたり、または太陽電池モジュール１００と離隔して別途に設けられることも可能である。
一方、ジャンクションボックス２００から出力される交流電源をグリッドに供給するためのケーブルｏｌｎが、ジャンクションボックス２００の出力端に電気的に接続され得る。
一方、ゲートウェイ（ｇａｔｅｗａｙ）８０は、ジャンクションボックス２００とグリッド（ｇｒｉｄ）９０との間に位置することができる。
一方、ゲートウェイ８０は、ケーブルｏｌｎを介して流れる、太陽光モジュール５０から出力される交流電流ｉｏ及び交流電圧ｖｏを検出することができる。
一方、ゲートウェイ８０は、太陽光モジュール５０から出力される交流電流ｉｏと交流電圧ｖｏとの位相差に基づいて、力率の調整のための力率調整信号を出力することができる。
そのために、ゲートウェイ８０及び太陽光モジュール５０は、ケーブル３２３を用いて電力線通信（ＰＬＣ通信）などを行うことができる。
一方、太陽光モジュール５０内の電力変換装置（図６の５００）は、太陽電池モジュール１００から出力される直流電源を交流電源に変換して出力することができる。
そのために、太陽光モジュール５０内の電力変換装置（図６の５００）内に、コンバータ（図６の５３０）及びインバータ（図６の５４０）を備えることができる。
本発明では、電力変換装置（図６の５００）内のコンバータ５３０を介して、太陽電池モジュール１００からの直流電源のレベルを変換し、その後、インバータ５４０を介して、交流電源変換を行う、２ステージ（ｓｔａｇｅ）ベースの電力変換装置を記述する。
一方、本発明では、２ステージ（ｓｔａｇｅ）ベースの電力変換装置において安定したパワー出力を行うことができる方案を提示する。特に、入力される太陽電池モジュール１００からの直流電源が低い場合にも、出力できるパワーの範囲の制限なしに安定したパワー出力を行うことができる方案を提示する。
そのために、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、コンバータ５３０、インバータ５４０、及び制御部５５０を含むことができる。
特に、コンバータ５３０が、フルブリッジスイッチング部５３２、トランスフォーマ５３６、及びハーフブリッジスイッチング部５３８を備えることができる。
そして、本発明の実施例に係る制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することができる。これによれば、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変によって、安定したパワー出力が可能になる。
一方、本発明の他の実施例に係る制御部５５０は、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変時に、フルブリッジスイッチング部５３２とハーフブリッジスイッチング部５３８との間の第１位相差が可変されるように制御することができる。これによって、安定したパワー出力が可能になる。
一方、本発明の更に他の実施例に係る制御部５５０は、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃの波形に応じて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変される区間と、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が一定の区間とに分けられて駆動されるように制御することができる。これによって、安定したパワー出力が可能になる。
次に、図２は、本発明の実施例に係る太陽光モジュールを含む太陽光システムの他の例を示した図である。
図面を参照すると、本発明の実施例に係る太陽光システム１０ｂは、複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎ及びゲートウェイ８０を含むことができる。
図２の太陽光システム１０ｂは、図１の太陽光システム１０ａとは異なり、複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎが互いに並列接続される点で異なる。
複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎのそれぞれは、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎ、及び太陽電池モジュールからの直流電源を電力変換して出力する回路素子を含むジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎを備えることができる。
図面では、各ジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎが、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎの背面に取り付けられる場合を示したが、これに限定されない。各ジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎが、各太陽電池モジュール１００ａ，１００ｂ，．．．，１００ｎと離隔して別途に設けられることも可能である。
一方、各ジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎから出力される交流電源をグリッドに供給するためのケーブル３１ａ，３１ｂ，．．．，ｏｌｎが、各ジャンクションボックス２００ａ，２００ｂ，．．．，２００ｎの出力端に電気的に接続され得る。
一方、図２の複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎのそれぞれの制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することができる。
また、図２の複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎのそれぞれの制御部５５０は、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変時に、フルブリッジスイッチング部５３２とハーフブリッジスイッチング部５３８との間の第１位相差が可変されるように制御することができる。
また、図２の複数の太陽光モジュール５０ａ，５０ｂ，．．．，５０ｎのそれぞれの制御部５５０は、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃの波形に応じて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変される区間と、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が一定の区間とに分けられて駆動されるように制御することができる。
図３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る。
図面を参照すると、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、及び太陽電池モジュール１００の背面に位置するジャンクションボックス２００を含むことができる。
ジャンクションボックス２００は、陰影が発生するなどの場合、ホットスポットの防止のためにバイパスされる、少なくとも１つのバイパスダイオードを備えることができる。
図４などでは、図３の４つの太陽電池ストリングに対応して３つのバイパスダイオード（図４のＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ）を備える場合を例示する。
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から供給される直流電源を変換することができる。これについては、図４以下を参照して記述する。
一方、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池を備えることができる。
図面では、複数の太陽電池がリボン（図１３の１３３）によって一列に接続されて太陽電池ストリング１４０が形成される場合を例示する。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場合を例示する。一方、図示とは異なり、様々な変形が可能である。
一方、各太陽電池ストリングは、バスリボンによって電気的に接続されてもよい。図３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場合を例示する。
また、図３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場合を例示する。
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４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（図示せず）に電気的に接続され、第１〜第４導電性ライン（図示せず）は、太陽電池モジュール１００に形成された開口を介して、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４のＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ）と接続され得る。
このとき、太陽電池モジュール１００に形成された開口は、ジャンクションボックス２００が位置する領域に対応して形成され得る。
図４は、図３の太陽光モジュール内のジャンクションボックスの内部の回路図を示した図である。
図面を参照すると、ジャンクションボックス２００は、太陽電池モジュール１００からの直流電源を変換し、変換された電源を出力することができる。
特に、本発明と関連して、ジャンクションボックス２００は、交流電源を出力するための電力変換装置を備えることができる。
そのために、ジャンクションボックス２００は、コンバータ５３０、インバータ５４０、及びこれらを制御する制御部５５０を含むことができる。
また、ジャンクションボックス２００は、バイパスのためのバイパスダイオード部５１０、直流電源を蓄えるためのキャパシタ部５２０、及び出力される交流電源のフィルタリングのためのフィルター部５７０をさらに含むことができる。
一方、ジャンクションボックス２００は、外部のゲートウェイ８０との通信のための通信部５８０をさらに備えることができる。
一方、ジャンクションボックス２００は、入力電流検出部Ａ、入力電圧検出部Ｂ、コンバータ出力電流検出部Ｃ、コンバータ出力電圧検出部Ｄ、インバータ出力電流検出部Ｅ、及びインバータ出力電圧検出部Ｆをさらに備えることができる。
一方、制御部５５０は、コンバータ５３０、インバータ５４０、及び通信部５８０を制御することができる。
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（図示せず）の間にそれぞれ配置されるバイパスダイオードＤｃ，Ｄｂ，Ｄａ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も１つ少ないことが好ましい。
バイパスダイオードＤｃ，Ｄｂ，Ｄａは、太陽電池モジュール１００から、特に、太陽電池モジュール１００内の第１〜第４導電性ライン（図示せず）から太陽光直流電源の入力を受ける。そして、バイパスダイオードＤｃ，Ｄｂ，Ｄａは、第１〜第４導電性ライン（図示せず）のうちの少なくとも１つからの直流電源で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を経た直流電源は、キャパシタ部５２０に入力され得る。
キャパシタ部５２０は、太陽電池モジュール１００及びバイパスダイオード部５１０を経て入力される入力直流電源を蓄えることができる。
一方、図面では、キャパシタ部５２０が、互いに並列接続される複数のキャパシタＣａ，Ｃｂ，Ｃｃを備えるものとして例示するが、これとは異なり、複数のキャパシタが、直並列混合で接続されるか、または直列に接地端に接続されることも可能である。または、キャパシタ部５２０が１つのキャパシタのみを備えることも可能である。
コンバータ５３０は、バイパスダイオード部５１０及びキャパシタ部５２０を経た太陽電池モジュール１００からの入力電圧のレベルを変換することができる。
特に、コンバータ５３０は、キャパシタ部５２０に蓄えられた直流電源を用いて電力変換を行うことができる。
一方、本発明の実施例に係るコンバータ５３０は、図６を参照してより詳細に記述する。
一方、コンバータ５３０内のスイッチング素子は、制御部５５０からのコンバータスイッチング制御信号に基づいてターンオン／オフ動作することができる。これによって、レベル変換された直流電源が出力され得る。
インバータ５４０は、コンバータ５３０で変換された直流電源を交流電源に変換することができる。
図面では、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が一対となり、計２対の上、下アームスイッチング素子が互いに並列（ＳａとＳ’ａ，ＳｂとＳ’ｂ）に接続される。各スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂ，Ｓ’ａ，Ｓ’ｂには、ダイオードが逆並列に接続されてもよい。
インバータ５４０内のスイッチング素子Ｓａ，Ｓｂ，Ｓ’ａ，Ｓ’ｂは、制御部５５０からのインバータスイッチング制御信号に基づいてターンオン／オフ動作することができる。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得る。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。
一方、キャパシタＣは、コンバータ５３０とインバータ５４０との間に配置することができる。
キャパシタＣは、コンバータ５３０のレベル変換された直流電源を蓄えることができる。一方、キャパシタＣの両端をｄｃ端と呼ぶことができ、これによって、キャパシタＣは、ｄｃ端キャパシタと呼ぶこともできる。
一方、入力電流検出部Ａは、太陽電池モジュール１００からキャパシタ部５２０に供給される入力電流ｉｃ１を感知することができる。
一方、入力電圧検出部Ｂは、太陽電池モジュール１００からキャパシタ部５２０に供給される入力電圧Ｖｃ１を感知することができる。ここで、入力電圧Ｖｃ１は、キャパシタ部５２０の両端に蓄えられた電圧と同一であってもよい。
感知された入力電流ｉｃ１及び入力電圧Ｖｃ１は制御部５５０に入力され得る。
一方、コンバータ出力電流検出部Ｃは、コンバータ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検出部Ｄは、コンバータ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に入力され得る。
一方、インバータ出力電流検出部Ｅは、インバータ５４０から出力される電流ｉｃ３を感知し、インバータ出力電圧検出部Ｆは、インバータ５４０から出力される電圧ｖｃ３を感知する。検出された電流ｉｃ３及び電圧ｖｃ３は制御部５５０に入力される。
一方、制御部５５０は、コンバータ５３０のスイッチング素子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、検出された入力電流ｉｃ１、入力電圧Ｖｃ１、出力電流ｉｃ２、出力電圧ｖｃ２、出力電流ｉｃ３、及び出力電圧ｖｃ３のうちの少なくとも１つに基づいて、コンバータ５３０内のスイッチング素子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５４０の各スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂ，Ｓ’ａ，Ｓ’ｂを制御するインバータ制御信号を出力することができる。特に、制御部５５０は、検出された入力電流ｉｃ１、入力電圧ｖｃ１、出力電流ｉｃ２、出力電圧ｖｃ２、出力電流ｉｃ３、及び出力電圧ｖｃ３のうちの少なくとも１つに基づいて、インバータ５４０の各スイッチング素子Ｓａ，Ｓｂ，Ｓ’ａ，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、それに基づいて、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５３０を制御することができる。
一方、通信部５８０は、ゲートウェイ８０と通信を行うことができる。
例えば、通信部５８０は、電力線通信によって、ゲートウェイ８０とデータを交換することができる。
一方、通信部５８０は、ゲートウェイ８０に、太陽光モジュール５０の電流情報、電圧情報、電力情報などを伝送することもできる。
一方、フィルター部５７０は、インバータ５４０の出力端に配置することができる。
そして、フィルター部５７０は、複数の受動素子を含み、複数の受動素子のうちの少なくとも一部に基づいて、インバータ５４０から出力される交流電流ｉｏと交流電圧ｖｏとの間の位相差を調整することができる。
図５Ａ及び図５Ｂは、太陽光モジュールの電力変換装置の様々な例である。
まず、図５Ａの太陽光モジュールの電力変換装置６００ａは、キャパシタ部６２０、コンバータ６３０、インバータ６４０、及びフィルター部６７０を備える。
図５Ａのコンバータ６３０は、インターリーブフライバックコンバータを備えるもので、これによれば、トランスフォーマＴ１ａ，Ｔ２ａを使用するので、入力側と出力側が絶縁され、電圧変換率（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ）に優れるが、力率（ｐｆ）の制御が難しいという欠点がある。
次に、図５Ｂの太陽光モジュールの電力変換装置６００ｂは、キャパシタ部６２０ｂ、電力変換部６４０ｂ、及びフィルター部６７０ｂを備える。
図５Ｂの電力変換部６４０ｂは、フルブリッジインバータと関連するスイッチング素子Ｓ１ｂ〜Ｓ４ｂ以外に、追加で、ダイオードＤｂｂ及びスイッチング素子Ｓｂｂを備える。
図５Ｂの電力変換部６４０ｂによれば、力率（ｐｆ）の制御が可能であるが、非絶縁形態であって、電圧変換率（ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ）が低く、漏洩電流に対する規定を満たすために、別途の保護回路などが必要であるという欠点がある。また、スイッチング時に、ハードスイッチング（ｈａｒｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）によるハードスイッチング損失が発生して、電力変換効率が低いという欠点がある。
一方、本発明では、２ステージ（ｓｔａｇｅ）ベースの電力変換装置において、安定したパワー出力が可能な方案を提示する。また、出力電力の損失を低減する方案を提示する。
図６は、本発明の実施例に係る太陽光モジュール内の電力変換装置の回路図であり、図７乃至図１２は、図６の電力変換装置の説明に参照される図である。
図面を参照すると、本発明の実施例に係る太陽光モジュール１００内の電力変換装置５００は、図示されたコンバータ５３０及びインバータ５４０以外に、図４のバイパスダイオード部５１０、キャパシタ部５２０、制御部５５０、通信部５８０、入力電流検出部Ａ、入力電圧検出部Ｂ、コンバータ出力電流検出部Ｃ、コンバータ出力電圧検出部Ｄ、インバータ出力電流検出部Ｅ、及びインバータ出力電圧検出部Ｆを備えることができる。
一方、インバータ５４０の出力端に電磁波ノイズの低減のためのフィルター部５７０がさらに配置されてもよい。このときのフィルター部５７０は、少なくとも１つのインダクタを備えることができる。
以下では、図６に示されたコンバータ５３０、インバータ５４０などを中心に記述する。
本発明の実施例に係る太陽光モジュール１００内の電力変換装置５００は、複数の太陽電池１３０を備える太陽電池モジュール１００と、太陽電池モジュール１００から入力される第１直流電源Ｖｉｎのレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータ５３０と、コンバータ５３０からの直流電源を交流電源Ｖａｃに変換するインバータ５４０と、コンバータ５３０及びインバータ５４０を制御する制御部５５０とを含むことができる。
一方、本発明の実施例に係るコンバータ５３０は、第１直流電源Ｖｉｎに対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部５３２と、フルブリッジスイッチング部５３２の出力端に入力側ｎａ，ｎｂが接続されるトランスフォーマ５３６と、トランスフォーマ５３６の出力側ｎｃ，ｎｄに接続されるハーフブリッジスイッチング部５３８とを備えることができる。
一方、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することができる。これによって、入力される太陽電池モジュール１００からの直流電源Ｖｉｎが低い場合にも、出力できるパワーの範囲の制限なしに、安定したパワーの出力が可能である。
また、２ステージの電力変換装置内でスイッチング損失を低減できるようになる。
一方、太陽光モジュール１００内の電力変換装置５００内のコンバータ５３０は、トランスフォーマ５３６とハーフブリッジスイッチング部５３８との間に接続されるインダクタＬｒをさらに備えることができる。
このときのインダクタＬｒは、トランスフォーマ５３６とハーフブリッジスイッチング部５３８との間のエネルギー伝達のために必要である。
一方、インダクタＬｒは省略可能であり、ただし、トランスフォーマ５３６の漏れインダクタンス（Ｌｅａｋａｇｅ Ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）がその役割を代わりに果たすことができる。
図示のように、フルブリッジスイッチング部５３２は、互いに並列接続される第１及び第２スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、第１及び第２スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ直列接続される第３及び第４スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４とを備えることができる。
そして、第１スイッチング素子Ｑ１と第３スイッチング素子Ｑ３の間である第１ノードＮ１と、第２スイッチング素子Ｑ２と第４スイッチング素子Ｑ４の間である第２ノードＮ２との間に、トランスフォーマ５３６の入力側ｎａ，ｎｂが接続され得る。
一方、図示のように、ハーフブリッジスイッチング部５３８は、互いに直列接続される第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６と、互いに直列接続される第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２とを含むことができる。
このとき、第５スイッチング素子Ｑ５及び第６スイッチング素子Ｑ６と、第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２とは互いに並列接続され得る。
そして、第５スイッチング素子Ｑ５と第６スイッチング素子Ｑ６の間である第３ノードＮ３と、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の間である第４ノードＮ４との間に、トランスフォーマ５３６の出力側ｎｃ，ｎｄが接続され得る。
一方、制御部５５０は、フルブリッジスイッチング部５３２のスイッチングのためのスイッチング制御信号Ｓｆｂを出力することができる。
一方、制御部５５０は、ハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチングのためのスイッチング制御信号Ｓｈｂを出力することができる。
一方、制御部５５０は、インバータ５４０のスイッチングのためのスイッチング制御信号Ｓｉｃを出力することができる。
図７は、電力変換装置５００内の様々な波形に対して示した図である。
まず、図７の（ａ）は、インダクタＬｒに流れる電流Ｉｖｒを示した波形である。
次に、図７の（ｂ）は、フルブリッジスイッチング部５３２内のスイッチング素子Ｓ１に印加されるスイッチング制御信号Ｓｓ１を示した波形である。
次に、図７の（ｃ）は、ハーフブリッジスイッチング部５３８内のスイッチング素子Ｓ４に印加されるスイッチング制御信号Ｓｓ４を示した波形である。
次に、図７の（ｄ）は、インバータ５４０内のスイッチング素子Ｓａに印加されるスイッチング制御信号Ｓｓａを示した波形である。
次に、図７の（ｅ）は、インバータ５４０の出力である出力電流Ｉａｃを示した波形である。
一方、フルブリッジスイッチング部５３２のスイッチング制御信号Ｓｓ１とハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング制御信号Ｓｓ４を比較すると、フルブリッジスイッチング部５３２とハーフブリッジスイッチング部５３８との間の第１位相差Ｄｆａが発生することがわかる。
すなわち、フルブリッジスイッチング部５３２のスイッチング制御信号Ｓｓ１と、ハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング制御信号Ｓｓ４との間に、第１位相差Ｄｆａが発生し得る。
次に、フルブリッジスイッチング部５３２のスイッチング制御信号Ｓｓ１とインバータ５４０のスイッチング制御信号Ｓｓａを比較すると、フルブリッジスイッチング部５３２とインバータ５４０との間の第２位相差Ｄｆｂが発生することがわかる。
すなわち、フルブリッジスイッチング部５３２のスイッチング制御信号Ｓｓ１と、インバータ５４０のスイッチング制御信号Ｓｓａとの間に、第２位相差Ｄｆｂが発生し得る。
このとき、第２位相差Ｄｆｂが第１位相差Ｄｆａよりもさらに大きくなり得る。
一方、制御部５５０は、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃの波形に応じて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することができる。これについては、図８以下を参照して記述する。
一方、図８は、出力電圧Ｖａｃの波形による、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数を示す図である。
同図を参照すると、出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜は、およそ系統周波数である６０Ｈｚの２倍である１２０Ｈｚの周波数を有することができる。
一方、本発明では、太陽電池モジュール１００で生成される直流電源Ｖｉｎのレベルが低い場合にも安定に系統電圧が出力されるようにする方案を提示する。
そのために、本発明では、入力電圧Ｖｉｎの絶対値｜Ｖｉｎ｜又は出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜に基づいて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数を可変するものとする。
フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が一定の場合、出力できる出力パワーが制限的であるため、本発明では、安定したパワー出力のために、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数を可変するものとする。
スイッチング周波数が大きくなるほど、出力電力が小さくなり、スイッチング周波数が小さくなるほど、出力電力が増大するので、本発明では、このような特徴を用いてスイッチング周波数を可変することができる。
例えば、図示のように、入力電圧Ｖｉｎの絶対値｜Ｖｉｎ｜又は出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜に反比例してスイッチング周波数が可変されるように制御することができる。
図面では、Ｐａａ区間からＰａｂ区間が、出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜の周期に対応することを例示する。
具体的に、図面では、Ｐａａ区間及びＰｂ区間の間、出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜が次第に増加し、Ｐｃ区間中に出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜がピーク値を有し、Ｐｂｂ区間及びＰａｂ区間の間、出力電圧波形の絶対値｜Ｖａｃ｜が減少することを例示する。
一方、Ｐｂａ区間及びＰｂｂ区間を第１区間と呼び、Ｐａａ区間及びＰａｂ区間を第２区間と呼び、Ｐｃ区間を第３区間と呼ぶことができる。
一方、制御部５５０は、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃの波形に応じて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変される区間Ｐｂａ，Ｐｂｂと、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が一定の区間Ｐａａ，Ｐｃ，Ｐａｂとに分けられて駆動されるように制御することができる。
特に、制御部５５０は、第２区間Ｐａａ，Ｐａｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８が第１スイッチング周波数ｆａで駆動するように制御し、第３区間Ｐｃの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８が、第１スイッチング周波数ｆａよりも低い第２スイッチング周波数ｆｂで駆動するように制御することができる。
一方、第２区間Ｐａａ，Ｐａｂと第３区間Ｐｃとの間に第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂが配置され得る。
一方、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することができる。
特に、制御部５５０は、第２区間Ｐａａから第３区間Ｐｃへの移動区間であるＰｂａ区間の間、図示のように、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が小さくなるように制御することができる。
また、制御部５５０は、第３区間Ｐｃから第２区間Ｐａｂへの移動区間であるＰｂｂ区間の間、図示のように、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が大きくなるように制御することができる。
このように、出力電圧波形の一部の区間で、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数を可変することによって、コンバータ５３０が安定に電圧レベル変換を行うことができるようになる。
一方、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、インバータ５４０のスイッチング周波数ｆｃが、約１２０Ｈｚと一定になるように制御することができる。
一方、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変時に、１５０〜４０Ｋｈｚの間のスイッチング周波数を有するように制御することができる。
すなわち、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、インバータ５４０のスイッチング周波数ｆｃよりも、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数がさらに大きいことが好ましい。
一方、制御部５５０は、太陽電池モジュール１００からの第１直流電源Ｖｉｎのレベルが低いほど、第２スイッチング周波数ｆｂが低くなるように制御することができる。これによれば、スイッチング周波数が低くなるので、第１直流電源Ｖｉｎのレベルが低い場合、電力変換をさらに多く行うことができるようになり、結局、安定に一定の出力電圧波形を出力できるようになる。
一方、制御部５５０は、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃのピークレベルが低くなるほど、第３区間Ｐｃが長くなるように制御することができる。これによれば、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃのピークレベルが低くなるほど、スイッチング周波数ｆｂによる区間が長くなるので、出力電力を増大し得るようになる。
一方、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変時に、図７の（ｂ）に示したように、フルブリッジスイッチング部５３２とハーフブリッジスイッチング部５３８との間の第１位相差Ｄｆａが可変されるように制御することができる。
一方、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変時に、図７の（ｄ）に示したように、フルブリッジスイッチング部５３２とインバータ５４０との間の第２位相差Ｄｆｂが可変されるように制御することができる。
図９Ａ乃至図９Ｃは、図８のＰＡ，ＰＢ，ＰＣ 地点でのインダクタ電流波形（ＩＬｒａ，ＩＬｒａ，ＩＬｒａ）を示す図である。
まず、図９Ａを参照すると、ＰＡ地点は、第３区間Ｐｃ内の地点であって、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８が最低スイッチング周波数ｆｂで動作する。
このとき、ハーフブリッジスイッチング部５３８及びフルブリッジスイッチング部５３２のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値（Ｐｓｔａ，Ｐｓｔｂ）は、設定値（Ｓｅｔａ，Ｓｅｔｂ）よりも高くなり得る。
次に、図９Ｂを参照すると、ＰＢ地点は、第１区間Ｐｂｂ内の地点であって、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変される。
このとき、ハーフブリッジスイッチング部５３８のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値は、フルブリッジスイッチング部５３２のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値よりも大きくなる。
次に、図９Ｃを参照すると、ＰＣ地点は、第１区間Ｐｂｂ内の地点であって、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変される。
このとき、ハーフブリッジスイッチング部５３８のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値は、フルブリッジスイッチング部５３２のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値よりも大きくなる。
一方、図９Ｃのハーフブリッジスイッチング部５３８のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値は、図９Ｂのハーフブリッジスイッチング部５３８のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流値よりも小さくなり得る。
一方、図９Ａ乃至図９Ｃを参照すると、スイッチング周波数の可変時に、インダクタＬｒに流れる電流波形の形状が一定であることがわかる。
すなわち、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御し、スイッチング周波数の可変時に、インダクタＬｒに流れる電流波形の形状が一定になるように制御することができる。このとき、インダクタＬｒに流れる電流のレベルは、スイッチング周波数が高くなるほど、小さくなり得る。
すなわち、図９Ｂ及び図９Ｃを比較すると、図９Ｃの場合に、スイッチング周波数がさらに高いが、インダクタＬｒに流れる電流のレベルがさらに低くなることがわかる。
次に、図１０Ａは、トランスフォーマの出力側の電圧波形Ｖ´１とインダクタＬｒの両端の電圧波形Ｖ２を例示する。そして、インダクタＬｒに流れる電流波形も例示する。
なお、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に印加されるスイッチング制御信号の波形も例示する。
ここで、ｇは、Ｑ４スイッチング素子とＱ６スイッチング素子との間の位相差を示し、ｗは、Ｑ６スイッチング素子とＱ３スイッチング素子との間の位相差を示すことができる。
図１０Ａの各波形は、アクティブパワーモード（ａｃｔｉｖｅ ｍｏｄｅ）であって、図１０Ｂのように、コンバータ５３０からインバータ５４０に電流が流れる場合の波形を例示する。
次に、図１０Ｃは、トランスフォーマの出力側の電圧波形Ｖ´１とインダクタＬｒの両端の電圧波形Ｖ２を例示する。そして、インダクタＬｒに流れる電流波形も例示する。
なお、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に印加されるスイッチング制御信号の波形も例示する。
ここで、ｗは、Ｑ４スイッチング素子とＱ６スイッチング素子との間の位相差を示し、ｇは、Ｑ５スイッチング素子とＱ３スイッチング素子との間の位相差を示すことができる。
図１０Ｃの各波形は、リアクティブパワーモード（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｍｏｄｅ）であって、図１０Ｄのように、インバータ５４０からコンバータ５３０に電流が流れる場合の波形を例示する。
次に、図１１Ａは、フルブリッジスイッチング部５３２のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流の波形を例示し、図１１Ｂは、ハーフブリッジスイッチング部５３８のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流の波形を例示する。
制御部５５０は、スイッチング周波数の可変時に、フルブリッジスイッチング部５３２のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流とハーフブリッジスイッチング部５３８のＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流を分離して制御することができる。
そのために、制御部５５０は、次の数式１〜４を参照して、各時点τ０，τ１，τ２，τ３での電流値を演算することができる。
ここで、Ｖａｃは出力電圧であり、ｆｓはスイッチング周波数、Ｌτはインダクタンス、ｇ，ｗは位相差、Ｖｓｅｃは入力電圧Ｖｉｎを示すことができる。
一方、数式Ｉτ1_Com、Ｉτ2_Comは、それぞれＴ１，Ｔ２時点のスイッチＣｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ電流を示すことができる。
一方、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８の各スイッチング素子が、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）を行うために、数式５の条件を満たすことが好ましい。
一方、図１２は、入力電圧及び出力電圧とスイッチング周波数との関係を示す図である。
まず、図１２の（ａ）は、入力電圧Ｖｉｎに比例して、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数Ｆｓｗが可変されることを例示する。
これによって、制御部５５０は、入力電圧Ｖｉｎに比例して、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数Ｆｓｗが可変されるように制御することができる。
次に、図１２の（ｂ）は、出力電圧Ｖａｃに反比例して、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数Ｆｓｗが可変されることを例示する。
これによって、制御部５５０は、出力電圧Ｖａｃに反比例して、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数Ｆｓｗが可変されるように制御することができる。
上述した図６乃至図１２の説明によれば、制御部５５０は、第１区間Ｐｂａ，Ｐｂｂの間、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することによって、安定したパワー出力が可能になる。
一方、コンバータ５３０内にフルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８が備えられることによって、トランスフォーマ５３６の巻線比（ｔｕｒｎ ｒａｔｉｏ）を低減することができ、これによって、トランスフォーマ５３６の大きさを低減できるようになる。結局、コンバータ５３０などを含むジャンクションボックス２００の大きさを低減できるようになる。
一方、太陽電池モジュール１００からの第１直流電源Ｖｉｎのレベルが低いほど、第２スイッチング周波数ｆｂが低くなるように制御することによって、入力される太陽電池モジュール１００からの直流電源が低い場合にも、出力できるパワーの範囲の制限なしに、安定したパワーの出力が可能である。
一方、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃのピークレベルが低くなるほど、第３区間Ｐｃが長くなるように制御することによって、力変換を行って、安定に交流電源を出力できるようになる。
一方、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃの波形に応じて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変されるように制御することによって、安定に交流電源を出力できるようになる。
一方、コンバータ５３０及びインバータ５４０を介して２ステージで電力変換を行うことによって、力率を向上させることができる。
一方、本発明の他の実施例によれば、制御部５５０は、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数の可変時に、フルブリッジスイッチング部５３２とハーフブリッジスイッチング部５３８との間の第１位相差が可変されるように制御することによって、安定したパワー出力が可能になる。
一方、本発明の更に他の実施例によれば、インバータ５４０の出力電圧Ｖａｃの波形に応じて、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が可変される区間と、フルブリッジスイッチング部５３２及びハーフブリッジスイッチング部５３８のスイッチング周波数が一定の区間とに分けられて駆動されるように制御することによって、安定したパワー出力が可能になる。
図１３は、図３の太陽電池モジュールの分解斜視図である。
図１３を参照すると、図３の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及び第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、ＣｄＴｅ型又はＣＩＧＳ型太陽電池、薄膜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されてもよい。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とに接合可能である。
図面では、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が一列に接続されて太陽電池ストリング１４０が形成される場合を例示する。
これによって、図３で説明したように、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１３では、後面基板１１０が矩形状に示されているが、太陽電池モジュール１００が設置される環境に応じて、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）によって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。
本発明に係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することなく、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であることは勿論であり、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 (15)

  1. 太陽光モジュールであって、
    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から入力される第１直流電源のレベルを変換して、第２直流電源を出力するコンバータと、
    前記コンバータからの直流電源を交流電源に変換するインバータと、
    前記コンバータ及び前記インバータを制御する制御部と、を備えてなり、
    前記コンバータは、
    前記第１直流電源に対するスイッチングを行うフルブリッジスイッチング部と、
    前記フルブリッジスイッチング部の出力端に入力側が接続されるトランスフォーマと、
    前記トランスフォーマの出力側に接続されるハーフブリッジスイッチング部とを備え、
    前記制御部は、
    第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御することを特徴とする、太陽光モジュール。
  2. 前記制御部は、
    前記第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数の可変時に、前記フルブリッジスイッチング部と前記ハーフブリッジスイッチング部との間の第１位相差が可変されるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光モジュール。
  3. 前記制御部は、
    前記第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数の可変時に、前記フルブリッジスイッチング部と前記インバータとの間の第２位相差が可変されるように制御することを特徴とする、請求項１に記載の太陽光モジュール。
  4. 前記フルブリッジスイッチング部は、
    互いに並列接続される第１及び第２スイッチング素子と、
    前記第１及び第２スイッチング素子にそれぞれ直列接続される第３スイッチング素子及び第４スイッチング素子とを備え、
    前記第１スイッチング素子と前記第３スイッチング素子の間である第１ノードと、前記第２スイッチング素子と前記第４スイッチング素子の間である第２ノードとの間に、前記トランスフォーマの入力側が接続されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  5. 前記コンバータは、
    前記トランスフォーマと前記ハーフブリッジスイッチング部との間に接続されるインダクタをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  6. 前記ハーフブリッジスイッチング部は、
    互いに直列接続される第５スイッチング素子及び第６スイッチング素子と、
    互いに直列接続される第１キャパシタ及び第２キャパシタとを含み、
    前記第５スイッチング素子と前記第６スイッチング素子の間である第３ノードと、前記第１キャパシタと前記第２キャパシタの間である第４ノードとの間に、前記トランスフォーマの出力側が接続されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  7. 前記制御部は、
    前記第１区間の間、前記インバータのスイッチング周波数が一定になるように制御することを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  8. 前記第１区間の間、前記インバータのスイッチング周波数よりも、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数がさらに大きいことを特徴とする、請求項７に記載の太陽光モジュール。
  9. 前記制御部は、
    第２区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部が第１スイッチング周波数で駆動するように制御し、
    第３区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部が前記第１スイッチング周波数よりも低い第２スイッチング周波数で駆動するように制御し、
    前記第２区間と前記第３区間との間に前記第１区間が配置されることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  10. 前記制御部は、
    前記第２区間から前記第３区間への移動時に、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が小さくなるように制御し、
    前記第３区間から前記第２区間への移動時に、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が大きくなるように制御することを特徴とする、請求項９に記載の太陽光モジュール。
  11. 前記制御部は、
    前記太陽電池モジュールからの前記第１直流電源のレベルが低いほど、前記第２スイッチング周波数が低くなるように制御することを特徴とする、請求項９又は１０に記載の太陽光モジュール。
  12. 前記制御部は、
    前記インバータの出力電圧のピークレベルが低くなるほど、前記第３区間が長くなるように制御することを特徴とする、請求項９〜１１の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  13. 前記制御部は、
    前記インバータの出力電圧の波形に応じて、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御することを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
  14. 前記制御部は、
    前記第１区間の間、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変されるように制御し、前記スイッチング周波数の可変時に、前記インダクタに流れる電流波形の形状が一定になるように制御することを特徴とする、請求項５に記載の太陽光モジュール。
  15. 前記制御部は、
    前記インバータの出力電圧の波形に応じて、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が可変される区間と、前記フルブリッジスイッチング部及び前記ハーフブリッジスイッチング部のスイッチング周波数が一定の区間とに分けられて駆動されるように制御することを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載の太陽光モジュール。
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