JP2889844B2 - 太陽エネルギを交流電力に変換する変換回路 - Google Patents
太陽エネルギを交流電力に変換する変換回路Info
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- Inverter Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽エネルギを交流電力
に変換する変換回路に係り、特に変換した交流電力を家
庭用交流電源の補助として供給するための変換回路に関
する。
に変換する変換回路に係り、特に変換した交流電力を家
庭用交流電源の補助として供給するための変換回路に関
する。
【０００２】
【従来の技術】既存の技術による太陽エネルギから電力
への変換は、例外的な限られた用途を除けば経済的に実
現されなかつた。利用者に便利なソリツドステート光電
セルまたはソーラーセル（太陽電池）は、１）蓄電池と
の組み合わせでさらに便利になり、その場でまたは後に
使用する直流電源として使用され、２）インバータ回路
と組み合わせて（家庭用）電力線に交流電力を供給する
のに使用される。これらの用途およびその他の用途はソ
ーラーセル当業者には周知となつている。ソーラーセル
がいまだに高価であるのに加えて、必要とされる電池お
よび／または回路のコストは、太陽発電用のシステムコ
ストを消費者の手の届かないほどに押し上げている。ソ
ーラーセルの一般価格はいまだに１ワツトあたり１０ド
ルである。電池と回路のコストは一般にソーラーセルの
コスト以上である。高効率低価格のソーラーセルを作成
しようと多くの試みがなされ、１ワツトあたり約２ドル
の価格とすることが計画されている。
への変換は、例外的な限られた用途を除けば経済的に実
現されなかつた。利用者に便利なソリツドステート光電
セルまたはソーラーセル（太陽電池）は、１）蓄電池と
の組み合わせでさらに便利になり、その場でまたは後に
使用する直流電源として使用され、２）インバータ回路
と組み合わせて（家庭用）電力線に交流電力を供給する
のに使用される。これらの用途およびその他の用途はソ
ーラーセル当業者には周知となつている。ソーラーセル
がいまだに高価であるのに加えて、必要とされる電池お
よび／または回路のコストは、太陽発電用のシステムコ
ストを消費者の手の届かないほどに押し上げている。ソ
ーラーセルの一般価格はいまだに１ワツトあたり１０ド
ルである。電池と回路のコストは一般にソーラーセルの
コスト以上である。高効率低価格のソーラーセルを作成
しようと多くの試みがなされ、１ワツトあたり約２ドル
の価格とすることが計画されている。
【０００３】一般にインバータは、直流電圧供給源で動
作開始するように設計される。すなわちソーラーセル出
力は、電池または少なくとも超大型コンデンサに蓄電／
電圧調整される。そこで電子チヨツパは、変圧器または
一連の電圧二倍器を介してチヨツパ電圧を所望の電圧へ
昇圧しようとする。パルス整形回路は、増幅されたチヨ
ツパ電圧を所望の正弦波、例えば交流２２０Ｖに整形す
る（蓄電池からこの交流出力までの回路部分は、無停電
電源装置またはＵＰＳの一部として現在でも商業的に利
用されている。ＵＰＳはさらに整流またはコンバータ回
路を含み、これが家庭用交流電力を電池に充電するため
の直流へ変換している）。地区商業交流電力線へ電力を
提供するには、正弦波の位相を電力線と同期させ、電力
線が交流電力を吸収できるようにしなければならない。
前記シーケンスを図１に図示してある。
作開始するように設計される。すなわちソーラーセル出
力は、電池または少なくとも超大型コンデンサに蓄電／
電圧調整される。そこで電子チヨツパは、変圧器または
一連の電圧二倍器を介してチヨツパ電圧を所望の電圧へ
昇圧しようとする。パルス整形回路は、増幅されたチヨ
ツパ電圧を所望の正弦波、例えば交流２２０Ｖに整形す
る（蓄電池からこの交流出力までの回路部分は、無停電
電源装置またはＵＰＳの一部として現在でも商業的に利
用されている。ＵＰＳはさらに整流またはコンバータ回
路を含み、これが家庭用交流電力を電池に充電するため
の直流へ変換している）。地区商業交流電力線へ電力を
提供するには、正弦波の位相を電力線と同期させ、電力
線が交流電力を吸収できるようにしなければならない。
前記シーケンスを図１に図示してある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ソーラーセルからの電
気エネルギーは多くの変換段階を通さねばならず、それ
ぞれの段階では効率を１００％にできないことは理解さ
れるべきである。つまり多数の段階が関連すると、コス
トが高くつくばかりか効率が低くなる。チヨツパ、増幅
器、整形回路および同期回路を機能させるために必要な
エネルギを提供する上でもいくらかの損失がある。参考
文献１のカナダ国特許は、１９７７年に発行された日本
国優先権日付を１９７３年とするもので、チヨツパ・ス
イツチとしてＳＣＲを使用し、中央論理回路で時刻制御
される初期型のＵＰＳを示している。パルス整形はＬＣ
（インダクタ・コンデンサ）同調負荷を使用して実現し
ており、変圧器で増幅している。高調波を減少させ、よ
りよい位相制御を実現するために、参考文献２および参
考文献３のような精巧なチヨツパおよびパルス整形技術
が導入された。ある種の回路は非常に複雑であるが、基
本的には図１に図示したような機能は、同一かまたはわ
ずかな変更に留まつている。
気エネルギーは多くの変換段階を通さねばならず、それ
ぞれの段階では効率を１００％にできないことは理解さ
れるべきである。つまり多数の段階が関連すると、コス
トが高くつくばかりか効率が低くなる。チヨツパ、増幅
器、整形回路および同期回路を機能させるために必要な
エネルギを提供する上でもいくらかの損失がある。参考
文献１のカナダ国特許は、１９７７年に発行された日本
国優先権日付を１９７３年とするもので、チヨツパ・ス
イツチとしてＳＣＲを使用し、中央論理回路で時刻制御
される初期型のＵＰＳを示している。パルス整形はＬＣ
（インダクタ・コンデンサ）同調負荷を使用して実現し
ており、変圧器で増幅している。高調波を減少させ、よ
りよい位相制御を実現するために、参考文献２および参
考文献３のような精巧なチヨツパおよびパルス整形技術
が導入された。ある種の回路は非常に複雑であるが、基
本的には図１に図示したような機能は、同一かまたはわ
ずかな変更に留まつている。
【０００５】参考文献 １．タミルら（Tamil, et al）１９７７年０９月０６日
付「電力変換システム（Power Conversion System
）」，カナダ国特許第１０１６９９８号 ２．Ｄ・Ｍ・バトラー（D.M. Butler ）１９７８年２月
２１日付「ソーラーコンバータ」，米国特許第４，０７
５，０３４号 ３．Ｊ・Ａ・ボビア，Ｇ・Ｅ・ブラウン，１９８８年５
月３日付「補助エネルギーシステムに基づく蓄電用電池
のインタフェース制御」，米国特許第４，７４２，２９
１号 本発明は、前述した無停電電源装置（ＵＰＳ）を発明の
対象としたものではなく、高効率かつ低価格な方法で、
太陽エネルギを、活きている交流電力線で制御され供給
される、補助交流電力として用いることのできる交流電
力に変換する変換回路を提供することを課題とする。
付「電力変換システム（Power Conversion System
）」，カナダ国特許第１０１６９９８号 ２．Ｄ・Ｍ・バトラー（D.M. Butler ）１９７８年２月
２１日付「ソーラーコンバータ」，米国特許第４，０７
５，０３４号 ３．Ｊ・Ａ・ボビア，Ｇ・Ｅ・ブラウン，１９８８年５
月３日付「補助エネルギーシステムに基づく蓄電用電池
のインタフェース制御」，米国特許第４，７４２，２９
１号 本発明は、前述した無停電電源装置（ＵＰＳ）を発明の
対象としたものではなく、高効率かつ低価格な方法で、
太陽エネルギを、活きている交流電力線で制御され供給
される、補助交流電力として用いることのできる交流電
力に変換する変換回路を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は太陽エネルギを
交流電力に変換する変換回路に係り、ほぼ同一の複数個
のソーラー光電セルと、照射時に、グループの短絡電流
が目的とする用途の値を超過するように、数個の前記セ
ルをグループとして並列接続する手段と、照射時に、連
結されるべき交流電力線のピーク電圧の絶対値より、接
続により形成されたアセンブリ全体として５〜２０％大
きな開放回路電圧を有するように前記並列接続したセル
のグループを直列に接続する手段と、それぞれが一つの
方向に電流を通すように作動でき、２個のユニツトの陽
極は第１の端子に電気的に接続され、他のユニツトの陰
極は第２の端子に接続され、残りの電極は、前記２個の
ユニツトの一方のユニツトが前記他の２個のユニツトの
一方のユニツトに第３の端子を介して接続され、前記２
個のユニツトの他方のユニツトが第４の端子を介して前
記他の２個のユニツトの他方のユニツトに接続されてい
る、ブリツジ構造に接続してある４個のスイツチング素
子ユニツトと、並列のソーラーセルの群を直列接続した
アセンブリを、前記ブリツジの第１のブリツジ端子には
前記アセンブリの正電圧端子が接続され、前記ブリツジ
の前記第２のブリツジ端子には前記アセンブリの負電圧
端子が接続される、前記アセンブリを前記ブリツジに接
続する手段と、前記ブリツジの前記第３と第４の端子を
変圧器の１次コイルの端子に接続する手段と、前記変圧
器の前記１次コイルの前記端子を前記交流電力線に差し
込み可能なプラグへ接続する手段と、前記変圧器は相互
に絶縁され前記１次コイルからも絶縁してある少なくと
も４個の低電圧２次出力コイルを有しており、前記ブリ
ツジの対向する２辺上のスイツチング素子が同相の交流
位相を有し他の２個のスイツチング素子の交流位相とは
１８０度ずれているように、２次出力コイルの各出力端
子を前記スイツチング素子の一対の制御電極に接続する
ための手段と、を組合せてなることを特徴とする。
交流電力に変換する変換回路に係り、ほぼ同一の複数個
のソーラー光電セルと、照射時に、グループの短絡電流
が目的とする用途の値を超過するように、数個の前記セ
ルをグループとして並列接続する手段と、照射時に、連
結されるべき交流電力線のピーク電圧の絶対値より、接
続により形成されたアセンブリ全体として５〜２０％大
きな開放回路電圧を有するように前記並列接続したセル
のグループを直列に接続する手段と、それぞれが一つの
方向に電流を通すように作動でき、２個のユニツトの陽
極は第１の端子に電気的に接続され、他のユニツトの陰
極は第２の端子に接続され、残りの電極は、前記２個の
ユニツトの一方のユニツトが前記他の２個のユニツトの
一方のユニツトに第３の端子を介して接続され、前記２
個のユニツトの他方のユニツトが第４の端子を介して前
記他の２個のユニツトの他方のユニツトに接続されてい
る、ブリツジ構造に接続してある４個のスイツチング素
子ユニツトと、並列のソーラーセルの群を直列接続した
アセンブリを、前記ブリツジの第１のブリツジ端子には
前記アセンブリの正電圧端子が接続され、前記ブリツジ
の前記第２のブリツジ端子には前記アセンブリの負電圧
端子が接続される、前記アセンブリを前記ブリツジに接
続する手段と、前記ブリツジの前記第３と第４の端子を
変圧器の１次コイルの端子に接続する手段と、前記変圧
器の前記１次コイルの前記端子を前記交流電力線に差し
込み可能なプラグへ接続する手段と、前記変圧器は相互
に絶縁され前記１次コイルからも絶縁してある少なくと
も４個の低電圧２次出力コイルを有しており、前記ブリ
ツジの対向する２辺上のスイツチング素子が同相の交流
位相を有し他の２個のスイツチング素子の交流位相とは
１８０度ずれているように、２次出力コイルの各出力端
子を前記スイツチング素子の一対の制御電極に接続する
ための手段と、を組合せてなることを特徴とする。
【０００７】
【実施例】図面を参照すると、図１は、交流電力システ
ムの補助電力としてソーラー光電出力を使用する最新の
技術の定性的説明を示しており、とくに説明をせずとも
自明の内容であろう。図２は、最新のソーラーセル技術
によつて設計した、半導体セルの本体層１０３と、その
頂部に配設したパターン化した金属電極１０１と底部に
配設した金属電極１０２とからなる光電セルの定性的説
明である。図３は数個の光電セルの概要図で、１番目の
セルには符号１０１１および１０２１、２番目のセルに
は符号１０１２および１０２２、などを付記してある頂
部電極と底部電極を有する数個の光電セルを並列に接続
して、電極２０１、２０２を備えた複合セルを形成して
いる。図４は、図３の複合セルを数個連結した状態の概
要図で、頂部電極２０１１および底部電極２０２１を有
する第１の複合セル、頂部電極２０１２および底部電極
２０２２を有する第２の複合セルなどを、その頂部の電
極と底部電極を直列に接続して、電極３０１、３０２を
備えたアセンブリを形成している。図５は図４に図示し
たアセンブリの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性図で、縦軸２
４を電流Ｉ、横軸２３を電圧Ｖとし、符号２２により特
性短絡電流を、符号２１により開放電圧を図示してあ
る。図６は本発明による実施例の概要図で、４個の有方
向性スイツチングユニツト３１、３２、３３、３４を各
辺に備えたブリツジに変圧器３１２を接続して、交流電
力線端子３１０、３１１が接続点３８，３９で変圧器３
１２に給電し、ブリツジの端子３，４でブリツジに給電
するようにしたブリツジ構成１−２−３−４を示し、ま
た図２〜図４に図示したソーラーセルアセンブリをダイ
オード３０４と接続点３５において直列に接続した電池
３０として図示して、該電池３０の負端子をブリツジの
端子２に接続しダイオード３０４の負端子をブリツジの
端子１に接続してある。
ムの補助電力としてソーラー光電出力を使用する最新の
技術の定性的説明を示しており、とくに説明をせずとも
自明の内容であろう。図２は、最新のソーラーセル技術
によつて設計した、半導体セルの本体層１０３と、その
頂部に配設したパターン化した金属電極１０１と底部に
配設した金属電極１０２とからなる光電セルの定性的説
明である。図３は数個の光電セルの概要図で、１番目の
セルには符号１０１１および１０２１、２番目のセルに
は符号１０１２および１０２２、などを付記してある頂
部電極と底部電極を有する数個の光電セルを並列に接続
して、電極２０１、２０２を備えた複合セルを形成して
いる。図４は、図３の複合セルを数個連結した状態の概
要図で、頂部電極２０１１および底部電極２０２１を有
する第１の複合セル、頂部電極２０１２および底部電極
２０２２を有する第２の複合セルなどを、その頂部の電
極と底部電極を直列に接続して、電極３０１、３０２を
備えたアセンブリを形成している。図５は図４に図示し
たアセンブリの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性図で、縦軸２
４を電流Ｉ、横軸２３を電圧Ｖとし、符号２２により特
性短絡電流を、符号２１により開放電圧を図示してあ
る。図６は本発明による実施例の概要図で、４個の有方
向性スイツチングユニツト３１、３２、３３、３４を各
辺に備えたブリツジに変圧器３１２を接続して、交流電
力線端子３１０、３１１が接続点３８，３９で変圧器３
１２に給電し、ブリツジの端子３，４でブリツジに給電
するようにしたブリツジ構成１−２−３−４を示し、ま
た図２〜図４に図示したソーラーセルアセンブリをダイ
オード３０４と接続点３５において直列に接続した電池
３０として図示して、該電池３０の負端子をブリツジの
端子２に接続しダイオード３０４の負端子をブリツジの
端子１に接続してある。
【０００８】図７は、シリコン制御整流子（ＳＣＲ）３
１５および図６の変圧器３１２の２次コイルの一つであ
るコイル３２８とを含む１個の有方向性スイツチングユ
ニツトの概要図で、前記コイル３２８は接続点３１８，
３２２で前記ダイオード３２６および抵抗３２７との直
列の組み合せと並列に接続され、一方前記ダイオード３
２６の負端子は接続点３２０で抵抗３２７と接続して、
接続点３１７と接続点３１８の間に抵抗を有するＳＣＲ
のゲート（接続点３１７に接続）およびカソード（接続
点３１６に接続）の間のネツトワーク接続を形成し、最
終的にはＳＣＲ３１５のアノードに陽極３１３を、接続
点３１６、３２１，３２２にブリツジの端子１またはダ
イオード３０４の負端子を接続するスイツチングユニツ
ト全体を形成している。図６において適切な接続を示し
たように、図７と同様に構成したスイツチングユニツト
をさらに３つ使用する。これらのユニツトにおいては符
号３２８で示したと同一のコイルを変圧器３１２の２次
コイルとして有する。そして、図６においてユニツト３
２，３３がＯＦＦの時にはユニツト３１，３４がＯＮに
なり、またはその逆に作動するように位相が構成され
る。以上の説明および図においてＳＣＲをスイツチング
素子の例として用いているが、必ずしもＳＣＲが最良ま
たは唯一の選択肢であると言う事ではない。前記スイッ
チング素子としては、電界効果型トランジスタ（ＦＲ
Ｔ）、シリコン制御整流子（ＳＣＲ）、バイポーラ・ト
ランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ
（ＩＧＢＴ）、ゲート・ターン・オフ・サイリスタ（Ｇ
ＴＯ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）からなる群の
うちのいずれかを用いることができる。その他のスイツ
チング素子も本発明の変換回路用としてＳＣＲより優れ
たＯＮ／ＯＦＦ機能を行えることがある。前記変圧器３
１２の２次コイル３２８に接続される制御回路は、前記
群のスイツチング素子のそれぞれのオンオフ制御に適合
する信号波形を有するようにされる。図８は、図７と同
じ機能を持たせるために、比較的簡単なダイオードと抵
抗のネツトワークに代えてゲート−カソード間の給電に
用いる他の実施例を示した概要図である。これには更な
る利点があることが当業者には理解されるであろう。図
６の実施例では、変圧器３１２は１個の１次コイルと４
個の独立の個々の２次コイルを結合させたが、その代り
に、１次コイルが並列接続された複数の絶縁変圧器を用
い、それぞれの１次コイルに独立した個々の２次コイル
を結合させ、これら２次コイルの個数が所要数（例えば
４個）になるように構成してもよい。図９は破線で交流
線電圧４１０を示し、図６の端子１，２間の電圧を全体
にわたる連続した曲線４９で示し、図６の端子３，４間
における電流波形を線４１−４２−４３−４４−４５−
４６−４７−４８を示したグラフである。
１５および図６の変圧器３１２の２次コイルの一つであ
るコイル３２８とを含む１個の有方向性スイツチングユ
ニツトの概要図で、前記コイル３２８は接続点３１８，
３２２で前記ダイオード３２６および抵抗３２７との直
列の組み合せと並列に接続され、一方前記ダイオード３
２６の負端子は接続点３２０で抵抗３２７と接続して、
接続点３１７と接続点３１８の間に抵抗を有するＳＣＲ
のゲート（接続点３１７に接続）およびカソード（接続
点３１６に接続）の間のネツトワーク接続を形成し、最
終的にはＳＣＲ３１５のアノードに陽極３１３を、接続
点３１６、３２１，３２２にブリツジの端子１またはダ
イオード３０４の負端子を接続するスイツチングユニツ
ト全体を形成している。図６において適切な接続を示し
たように、図７と同様に構成したスイツチングユニツト
をさらに３つ使用する。これらのユニツトにおいては符
号３２８で示したと同一のコイルを変圧器３１２の２次
コイルとして有する。そして、図６においてユニツト３
２，３３がＯＦＦの時にはユニツト３１，３４がＯＮに
なり、またはその逆に作動するように位相が構成され
る。以上の説明および図においてＳＣＲをスイツチング
素子の例として用いているが、必ずしもＳＣＲが最良ま
たは唯一の選択肢であると言う事ではない。前記スイッ
チング素子としては、電界効果型トランジスタ（ＦＲ
Ｔ）、シリコン制御整流子（ＳＣＲ）、バイポーラ・ト
ランジスタ、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ
（ＩＧＢＴ）、ゲート・ターン・オフ・サイリスタ（Ｇ
ＴＯ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（ＭＣＴ）からなる群の
うちのいずれかを用いることができる。その他のスイツ
チング素子も本発明の変換回路用としてＳＣＲより優れ
たＯＮ／ＯＦＦ機能を行えることがある。前記変圧器３
１２の２次コイル３２８に接続される制御回路は、前記
群のスイツチング素子のそれぞれのオンオフ制御に適合
する信号波形を有するようにされる。図８は、図７と同
じ機能を持たせるために、比較的簡単なダイオードと抵
抗のネツトワークに代えてゲート−カソード間の給電に
用いる他の実施例を示した概要図である。これには更な
る利点があることが当業者には理解されるであろう。図
６の実施例では、変圧器３１２は１個の１次コイルと４
個の独立の個々の２次コイルを結合させたが、その代り
に、１次コイルが並列接続された複数の絶縁変圧器を用
い、それぞれの１次コイルに独立した個々の２次コイル
を結合させ、これら２次コイルの個数が所要数（例えば
４個）になるように構成してもよい。図９は破線で交流
線電圧４１０を示し、図６の端子１，２間の電圧を全体
にわたる連続した曲線４９で示し、図６の端子３，４間
における電流波形を線４１−４２−４３−４４−４５−
４６−４７−４８を示したグラフである。
【０００９】ここで図２および図３を参照すると、原理
的には、電流の大きさについての必要条件は、十分な個
数のセルを複合セル内で並列接続すれば全て満たしうる
ことが明らかである。図４と図５から、原理的には、開
放回路電圧２１は十分な個数の複合セルを直列に使用し
てアセンブリを形成すると得られることが明らかで、こ
れによつて所望の短絡電流２２を供給することができる
ようになる。ここで図６と図７を参照する。端子３１
０、３８、３は明らかに電気的に同一の点である。スイ
ツチングユニツト３１，３４のゲート−カソード間のバ
イアスは、相互に電気的に絶縁されているが、共通点で
ある端子３１０−３８−３ではどちらも交流電圧と同位
相である。この共通点がプラス（他の共通点３１１−３
９−４に対して）の場合にスイツチングユニツト３１、
３４は導通しており、スイツチングユニツト３２、３３
は非導通である。この状態で、かつアセンブリ（電池）
３０の開放回路電圧２１が共通点３１０−３８−３での
電圧より大きいときは、共通点の瞬間電圧値Ｖに対応し
て図５の曲線上の値により与えられる値Ｉの電流が、プ
ラス側には端子３から端子３８さらに端子３１０へと、
またマイナス側には端子４から端子３９さらに端子３１
１へとながれる。逆に共通点３１０−３８−３がマイナ
スの場合には、スイツチングユニツト３１、３４は非導
通になると同時にユニツト３２、３３が導通状態にな
り、同様の電流Ｉがプラス側には端子４から端子３９さ
らに端子３１１へと、またマイナス側には端子３から端
子３８さらには端子３１０へとながれることになる。
的には、電流の大きさについての必要条件は、十分な個
数のセルを複合セル内で並列接続すれば全て満たしうる
ことが明らかである。図４と図５から、原理的には、開
放回路電圧２１は十分な個数の複合セルを直列に使用し
てアセンブリを形成すると得られることが明らかで、こ
れによつて所望の短絡電流２２を供給することができる
ようになる。ここで図６と図７を参照する。端子３１
０、３８、３は明らかに電気的に同一の点である。スイ
ツチングユニツト３１，３４のゲート−カソード間のバ
イアスは、相互に電気的に絶縁されているが、共通点で
ある端子３１０−３８−３ではどちらも交流電圧と同位
相である。この共通点がプラス（他の共通点３１１−３
９−４に対して）の場合にスイツチングユニツト３１、
３４は導通しており、スイツチングユニツト３２、３３
は非導通である。この状態で、かつアセンブリ（電池）
３０の開放回路電圧２１が共通点３１０−３８−３での
電圧より大きいときは、共通点の瞬間電圧値Ｖに対応し
て図５の曲線上の値により与えられる値Ｉの電流が、プ
ラス側には端子３から端子３８さらに端子３１０へと、
またマイナス側には端子４から端子３９さらに端子３１
１へとながれる。逆に共通点３１０−３８−３がマイナ
スの場合には、スイツチングユニツト３１、３４は非導
通になると同時にユニツト３２、３３が導通状態にな
り、同様の電流Ｉがプラス側には端子４から端子３９さ
らに端子３１１へと、またマイナス側には端子３から端
子３８さらには端子３１０へとながれることになる。
【００１０】上述の電圧および電流は、図９において破
線４１０、および線４１−４２−４３−４４−４５−４
６−４７−４８でグラフ的に図示してある。端子３と端
子４の間の、破線４９で示した電圧差は、図５の電流電
圧特性による任意の瞬間の前記電流に対応する。図８は
スイツチングユニツトのゲート−カソード間の給電を行
う上で考えられる別の方法を示す回路の概要図である。
前記スイツチングユニツトの挙動制御の当業者が回路を
さらに効率的になるように設計することができよう。さ
らに図６に示すダイオード３０４は、回路の他の部分か
らの電流がソーラーセルアセンブリに流れるのを防ぐた
めに用いていることが明らかである。したがつて図６に
示す本発明による変換回路は、セルに光が当たつた時に
交流電力線に交流電力を追加するだけで、受光量が不足
している時に交流電力線から電力を吸収することはな
い。
線４１０、および線４１−４２−４３−４４−４５−４
６−４７−４８でグラフ的に図示してある。端子３と端
子４の間の、破線４９で示した電圧差は、図５の電流電
圧特性による任意の瞬間の前記電流に対応する。図８は
スイツチングユニツトのゲート−カソード間の給電を行
う上で考えられる別の方法を示す回路の概要図である。
前記スイツチングユニツトの挙動制御の当業者が回路を
さらに効率的になるように設計することができよう。さ
らに図６に示すダイオード３０４は、回路の他の部分か
らの電流がソーラーセルアセンブリに流れるのを防ぐた
めに用いていることが明らかである。したがつて図６に
示す本発明による変換回路は、セルに光が当たつた時に
交流電力線に交流電力を追加するだけで、受光量が不足
している時に交流電力線から電力を吸収することはな
い。
【００１１】
【発明の作用および効果】本発明による太陽エネルギを
交流電力に変換する変換回路は、２次コイルを４つ有す
る変圧器と、４つのスイツチングユニツトと、直列ダイ
オードを含む。この変換回路にはソーラーセルを交流電
力線に接続するプラグ例えば２線式または３線式のプラ
グが含まれる。本発明の変換回路はこのように非常に単
純、安価、安全で自動的に動作し、効率も高い。本発明
の変換回路による電流波形は方形波交流波形に類似して
いるものの、基本周波数波形の大きさは、フーリエ解析
によれば「方形波の高さ」のほぼ４／π倍である。また
現代のコンピュータなどの負荷では、家庭用電力を電子
回路に必要な直流電力供給源に変換することが多いの
で、本発明の変換回路の方形波的な性質の方が交流エネ
ルギーを直流に変換する上でより効率的である。本発明
による変換回路は全ての交流電力線の対に応用すること
ができるので、３相電力線への補助としても、一つの位
相の対ごとに一つの変換回路を使用することにより、好
適に適用することができる。具体的にいえば、電流と電
圧の適用範囲に応じて、図６の変換回路の端子３１０、
３１１を３相交流電力線の単相対の２線にそれぞれ接続
して３相電力を供給することもでき、その際、３相用途
でしばしば見られるように、３相の異なる単相対に等し
くない量の電流を供給するように、図６ に示したよう
な変換回路を複数個組み合わせることもできる。」
交流電力に変換する変換回路は、２次コイルを４つ有す
る変圧器と、４つのスイツチングユニツトと、直列ダイ
オードを含む。この変換回路にはソーラーセルを交流電
力線に接続するプラグ例えば２線式または３線式のプラ
グが含まれる。本発明の変換回路はこのように非常に単
純、安価、安全で自動的に動作し、効率も高い。本発明
の変換回路による電流波形は方形波交流波形に類似して
いるものの、基本周波数波形の大きさは、フーリエ解析
によれば「方形波の高さ」のほぼ４／π倍である。また
現代のコンピュータなどの負荷では、家庭用電力を電子
回路に必要な直流電力供給源に変換することが多いの
で、本発明の変換回路の方形波的な性質の方が交流エネ
ルギーを直流に変換する上でより効率的である。本発明
による変換回路は全ての交流電力線の対に応用すること
ができるので、３相電力線への補助としても、一つの位
相の対ごとに一つの変換回路を使用することにより、好
適に適用することができる。具体的にいえば、電流と電
圧の適用範囲に応じて、図６の変換回路の端子３１０、
３１１を３相交流電力線の単相対の２線にそれぞれ接続
して３相電力を供給することもでき、その際、３相用途
でしばしば見られるように、３相の異なる単相対に等し
くない量の電流を供給するように、図６ に示したよう
な変換回路を複数個組み合わせることもできる。」
【００１２】本発明による変換回路は、交流線からの電
力を吸収しないことは確実であるが、ゲート駆動変圧器
に若干の損失があり環境へのパルス放射の可能性がある
ことから、安全対策として、夜間は変換回路を交流電力
線から切り離しておくべきだと示唆されよう。自動的に
回路遮断を行う別の自動制御回路を本発明の変換回路用
に設計できるが、これは本発明の一部に含まれるもので
はない。
力を吸収しないことは確実であるが、ゲート駆動変圧器
に若干の損失があり環境へのパルス放射の可能性がある
ことから、安全対策として、夜間は変換回路を交流電力
線から切り離しておくべきだと示唆されよう。自動的に
回路遮断を行う別の自動制御回路を本発明の変換回路用
に設計できるが、これは本発明の一部に含まれるもので
はない。
【００１３】上述の説明から、本回路において回路の簡
略化とコスト削減ひいては最大効率の実現のための手段
としてソーラーセル自体の電流供給源としての性質を用
いている点で最新技術による回路とは異なつていること
が明らかなはずである。太陽エネルギを交流電力供給源
の補助として用いる際のコストを最小限に抑え、効率を
最大限にあげるため、新規な「太陽電池から交流へ」ま
たは本発明による変換回路はソーラーセルの電流供給源
としての性質と、シリコンスイツチング素子の高能率ス
イツチング能力と、交流線の位相それ自体を使用してい
る。本発明による新規な変換回路は単純かつ安価で、自
動調節され、安全かつ効率的である。本発明はこれの好
適実施例の幾つかを参照して部分的に図示しまた説明し
たが、態様および詳細において本発明の趣旨および範囲
から逸脱することなく各種の変化が成しうることは当業
者には理解されよう。
略化とコスト削減ひいては最大効率の実現のための手段
としてソーラーセル自体の電流供給源としての性質を用
いている点で最新技術による回路とは異なつていること
が明らかなはずである。太陽エネルギを交流電力供給源
の補助として用いる際のコストを最小限に抑え、効率を
最大限にあげるため、新規な「太陽電池から交流へ」ま
たは本発明による変換回路はソーラーセルの電流供給源
としての性質と、シリコンスイツチング素子の高能率ス
イツチング能力と、交流線の位相それ自体を使用してい
る。本発明による新規な変換回路は単純かつ安価で、自
動調節され、安全かつ効率的である。本発明はこれの好
適実施例の幾つかを参照して部分的に図示しまた説明し
たが、態様および詳細において本発明の趣旨および範囲
から逸脱することなく各種の変化が成しうることは当業
者には理解されよう。
【図１】直流電圧供給源を変換して家庭用電力線の補助
の交流電力供給源として機能させるための最新技術のイ
ンバータ・コンバータ法を示す機能的ブロツク図であ
る。
の交流電力供給源として機能させるための最新技術のイ
ンバータ・コンバータ法を示す機能的ブロツク図であ
る。
【図２】光電セルの概要図である。
【図３】並列に接続した数個の光電セルの概要図であ
る。
る。
【図４】直列に接続した数個の光電セルの概要図であ
る。
る。
【図５】ソーラー光電池またはソーラーセルの定性的電
流電圧特性を示すグラフである。
流電圧特性を示すグラフである。
【図６】本発明による変換回路の家庭用電力線に接続す
るに適する一実施例の概要図である。
るに適する一実施例の概要図である。
【図７】図６に示した有方向性スイツチングユニツトの
概要図である。
概要図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明による変換回路のス
イツチング素子のゲート駆動回路の一例を示す回路図で
ある。
イツチング素子のゲート駆動回路の一例を示す回路図で
ある。
【図９】図６に示した本発明の一実施例においてその端
子で測定した電流および電圧波形である。
子で測定した電流および電圧波形である。
１，２，３，４ ブリツジの端子 ３０ ソーラーセルのアセンブリ ３１，３２，３３，３４ スイツチング素子 ３１０，３１１ ブリツジの入出力端子 ３１２ 変圧器 ３１４，３２６ ダイオード ３１５ ＳＣＲ
フロントページの続き (73)特許権者 595134814 １ Ｓｏｉ Ｐｒｅｍｉｅｒ，Ｓｒｉｎ ａｋａｒｉｎ Ｒｏａｄ，Ｐｒａｗｅ ｔ，Ｂａｎｇｋｏｋ 10260 Ｔｈａｉ ｌａｎｄ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02M 7/42 - 7/98 H02J 3/38
Claims (9)
- 【請求項１】 ほぼ同一の複数個のソーラー光電セル
と、 照射時にグループの短絡電流が交流電力供給先の関速値
を越えるように、数個のセルのグループに前記セルを並
列に接続する手段と、 個々のグループの開放回路電圧の総和が連結されるべき
前記交流電力線のピーク電圧の絶対値より５〜２０％大
きくなるように、並列接続したセルの前記グループを直
列に接続する手段と、 それぞれが一つの方向に電流を通過させるように動作で
き、２個のユニツトの陽極が第１の端子に電気的に接続
され、他のユニツトの陰極が第２の端子に電気的に接続
され、残りの電極は、前記２個のユニツトの一方のユニ
ツトが前記他の２個のユニツトの一方のユニツトに第３
の端子を介して接続され、前記２個のユニツトの他方の
ユニツトが第４の端子を介して前記他の２個のユニツト
の他方のユニツトに接続されているブリツジ構造に接続
した４個のスイツチング素子のユニツトと、 前記並列ソーラーセルを直列接続したグループのアセン
ブリを、該アセンブリの正電圧端子に前記ブリツジの前
記第１の端子を接続し、前記アセンブリの負電圧端子に
前記ブリツジの前記第２の端子を接続する、前記アセン
ブリを前記ブリツジに接続するための手段と、 前記ブリツジの前記第３と第４の端子を変圧器の１次コ
イルの端子に接続するための手段と、 前記変圧器の前記１次コイルの前記端子を前記交流電力
線に差し込み可能なプラグに接続するための手段と、 前記変圧器は相互に絶縁されかつ前記１次コイルからも
絶縁してある少なくとも４個の低電圧２次出力コイルを
有し、前記ブリツジの対向する２辺上のスイツチング素
子が同相の交流位相を有し他の２個のスイツチング素子
の交流位相とは１８０度ずれているように、前記２次出
力コイルの各出力端子を前記スイツチング素子の一対の
制御電極の両端に接続するための手段とよりなることを
特徴とする太陽エネルギを交流電力に変換する変換回
路。 - 【請求項２】 １次コイルが並列に接続され、独立した
個々の２次コイルが前記個々のスイツチング素子の制御
に用いられる一個以上の絶縁変圧器を含むことを特徴と
する請求項１に記載の変換回路。 - 【請求項３】 前記スイツチング素子がシリコン制御整
流子（ＳＣＲ）であることを特徴とする請求項１に記載
の変換回路。 - 【請求項４】 さらに、前記ソーラーセルのアセンブリ
と直列に接続されて前記ソーラーセルのアセンブリの電
流を前記ソーラーセルのアセンブリの前記正端子と前記
ブリツジの前記第１の端子との間に流すための、電圧と
電流範囲とを有する整流子を備えたことを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか１つに記載の変換回路。 - 【請求項５】 前記スイツチング素子は、電界効果型ト
ランジスタ（ＦＥＴ）、シリコン制御整流子（ＳＣ
Ｒ）、バイポーラ・トランジスタ、絶縁ゲート・バイポ
ーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、ゲート・ターン・オ
フ・サイリスタ（ＧＴＯ）、ＭＯＳ制御サイリスタ（Ｍ
ＣＴ）の群のうちのいずれかであることを特徴とする請
求項１ないし４のいずれか１つに記載の変換回路。 - 【請求項６】 前記変圧器の前記２次コイルに接続され
る制御回路は、前記の群のスイツチング素子のオンオフ
制御に適合する信号波形を有するようにされることを特
徴とする請求項５に記載の変換回路。 - 【請求項７】 電圧と電流の適用範囲に応じて、電力を
供給先の３相交流電力線の線の対の両端に連結される、
それぞれが請求項１ないし６のいずれか１つに記載の回
路を複数個備えたことを特徴とする太陽エネルギを交流
電力に変換する変換回路。 - 【請求項８】 等しくない量の供給電流を、３相用途で
しばしば見られるように３相の異なる単相対に供給する
ように、複数の変換回路を組み合わせたことを特徴とす
る請求項７に記載の変換回路。 - 【請求項９】 ほぼ同一の複数個のソーラー光電セルを
並列に接続した複数のグループを、さらに直列に接続し
たソーラーセルアセンブリと、 それぞれが一の方向に電流を通過させる有方向性スイツ
チング素子のユニツトの１個を４辺の各辺にそれぞれ接
続するとともに、対向する２辺に接続したスイツチング
素子の電流の通過方向を同一方向とするとともに、互い
に隣接する２辺に接続したスイツチング素子の電流の通
過方向を反対方向とするように配設したブリツジ回路
と、 前記ブリツジ回路の対向する位置にあり、かつ電流の通
過する方向を反対方向とするユニツトどうしを有する辺
を接続する第１と第２の端子間に前記ソーラーアセンブ
リを接続するとともに、該ソーラーアセンブリからの電
流を前記第１の端子と第２の端子間の一方向のみ通過さ
せる有方向性スイツチ手段と、 前記ブリツジ回路の残余の互いに対向する第３および第
４の端子間に、その両端を接続された１次コイルと、前
記有方向性スイツチング素子の４個のユニツトに接続さ
れてそれぞれ前記有方向性スイツチング素子のオン・オ
フ作動要素として作動する少くとも４個の２次コイルと
を有する変圧器と、 前記ブリツジ回路の第３および第４の端子に接続され、
前記ブリツジ回路を連結すべき交流電力線にプラグ接続
されるプラグを備えていることを特徴とする太陽エネル
ギを交流電力に変換する変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7243947A JP2889844B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | 太陽エネルギを交流電力に変換する変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7243947A JP2889844B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | 太陽エネルギを交流電力に変換する変換回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0965664A JPH0965664A (ja) | 1997-03-07 |
| JP2889844B2 true JP2889844B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=17111410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7243947A Expired - Fee Related JP2889844B2 (ja) | 1995-08-30 | 1995-08-30 | 太陽エネルギを交流電力に変換する変換回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2889844B2 (ja) |
-
1995
- 1995-08-30 JP JP7243947A patent/JP2889844B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0965664A (ja) | 1997-03-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |