特許 6393334 上流側ＤＣ／ＤＣコンバータを備える太陽光発電インバータ、およびパワー半導体の温度調節

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6393334

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】上流側ＤＣ／ＤＣコンバータを備える太陽光発電インバータ、およびパワー半導体の温度調節

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20180910BHJP

   H02M 3/00 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   H02M7/48 E

   H02M3/00 C

【請求項の数】17

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-539903(P2016-539903)

(86)(22)【出願日】2014年12月17日

(65)【公表番号】特表2017-510229(P2017-510229A)

(43)【公表日】2017年4月6日

(86)【国際出願番号】EP2014078186

(87)【国際公開番号】WO2015091625

(87)【国際公開日】20150625

【審査請求日】2017年8月25日

(31)【優先権主張番号】102013114271.0

(32)【優先日】2013年12月18日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ウンリュ，アレクサンダー

(72)【発明者】

【氏名】ボック，マルティン

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２４５０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０３１９９７２４（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８０４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６６９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３３２５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２０６１１４３（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ３／００，７／４８，Ｇ０５Ｆ１／６７，Ｈ０２Ｊ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータ（１２）を動作させるための方法において、前記インバータ（１２）の入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が入力側ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）および／または出力側インバータブリッジ（１６）によって設定され、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）は、前記入力側において接続可能な発電機（１１）が最大電力を出力するＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）に対応し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）内の第１の温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ）および前記インバータブリッジ（１６）内の第２の温度値（Ｔ_ＤＣＡＣ）が判定され、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）のうちの少なくとも一方が、それに対応付けられた制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）を超過する場合には、前記インバータ（１２）の前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が前記ＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）に対して変更される、方法において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）内の前記第１の温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ）のための前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}）の超過が判定され、および／または前記ＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）が規定の制限電圧（Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}）を下回る場合には、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）は前記ＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）に対して増大され、さもなければ、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）は前記ＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）に対して低減されることを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法において、前記制限電圧（Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}）が、前記インバータ（１２）のＤＣ電圧リンク回路（１５）の最小電圧の５０％〜１５０％、好ましくは８０％〜１２０％であることを特徴とする方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法において、前記ＤＣ電圧リンク回路（１５）の前記最小電圧が、ＡＣ電流（Ｉ_ＡＣ）をＡＣ電圧グリッド（１３）内へ供給するための最小必要リンク回路電圧（Ｕ_{ＺＷＫ，ｍｉｎ}）に対応することを特徴とする方法。

【請求項4】

請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記制限電圧（Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}）が、最大可能電力を有する動作の間に判定された前記温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）に応じて定義されることを特徴とする方法。

【請求項5】

請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、前記温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）が各々の場合において繰り返し判定され、それらに個々に対応付けられた前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）と比較されることを特徴とする方法。

【請求項6】

請求項５に記載の方法において、前記ＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）に対する前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）の変更の後に、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）のうちの少なくとも一方が、それに個々に対応付けられた前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）を依然として超過する場合には、入力電圧（Ｕ_ＰＶ）とＭＰＰ電圧（Ｕ_ＭＰＰ）との差が増大されることを特徴とする方法。

【請求項7】

請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）が全て、それらに個々に対応付けられた前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）を下回る場合には、前記インバータ（１２）の前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）がＭＰＰ追従方法によって設定され、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）のうちの一方が、それに対応付けられた前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）を超過する場合には、前記インバータ（１２）の前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）内の前記第１の温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ）に応じて、および／または前記インバータブリッジ（１６）内の前記第２の温度値（Ｔ_ＤＣＡＣ）に応じて設定されることを特徴とする方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法において、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）のうちの一方が、それに対応付けられた前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）を超過する場合には、温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）に応じて前記インバータ（１２）の前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）を設定するための温度依存調節が作動され、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）が全て、それらに個々に対応付けられた前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）を下回る場合には、前記温度依存調節は作動停止されることを特徴とする方法。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が、前記判定された温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）のうちの一方による前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}、Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）のうちの一方の超過のゆえに増大され、前記インバータ（１２）の前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）のための制限値（Ｕ_{ＰＶ，ｍａｘ}）および／または前記インバータ（１２）のＤＣ電圧リンク回路（１５）のリンク回路電圧（Ｕ_ＺＷＫ）のための制限値（Ｕ_{ＺＷＫ，ｍａｘ}）を超過する場合には、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が、特に、前記発電機（１１）が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）によって短絡されることによって、０へ低減されることを特徴とする方法。

【請求項10】

請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、前記インバータブリッジ（１６）内の前記第２の温度値（Ｔ_ＤＣＡＣ）のための前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}）の超過のゆえに、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が低減され、最小必要リンク回路電圧（Ｕ_{ＺＷＫ，ｍｉｎ}）を下回る間に、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）内における前記第１の温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ）のための前記制限値（Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}）の超過が判定された場合には、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が前記発電機（１１）の開回路電圧（Ｕ_０）へ増大されることを特徴とする方法。

【請求項11】

請求項８に記載の方法において、前記発電機（１１）の開回路電圧（Ｕ_０）が、前記インバータ（１２）の前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）のための制限値（Ｕ_{ＰＶ，ｍａｘ}）および／または前記インバータ（１２）のＤＣ電圧リンク回路（１５）のリンク回路電圧（Ｕ_ＺＷＫ）のための制限値（Ｕ_{ＺＷＫ，ｍａｘ}）を上回る場合には、前記入力電圧（Ｕ_ＰＶ）が、特に、前記発電機（１１）が前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）によって短絡されることによって、０へ低減されることを特徴とする方法。

【請求項12】

請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）内および／または前記インバータブリッジ（１６）内における前記温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）が温度モデルに基づいて判定され、前記温度モデルは、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）および／または前記インバータブリッジ（１６）に対応付けられた温度センサ（１９）の測定値を処理し、前記温度値（Ｔ_ＤＣＤＣ、Ｔ_ＤＣＡＣ）は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）および／または前記インバータブリッジ（１６）の半導体スイッチまたはその内部の温度を表すことを特徴とする方法。

【請求項13】

エネルギー発生装置（１０）のためのインバータ（１２）において、前記インバータ（１２）は、入力側ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）と、出力側インバータブリッジ（１６）と、制御信号（１８）を用いて前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）および前記インバータブリッジ（１６）を駆動するための制御デバイス（１７）と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）および前記インバータブリッジ（１６）に個々に対応付けられた温度センサ（１９）と、を備え、前記制御デバイス（１７）が、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法を実行するように構成されることを特徴とするインバータ（１２）。

【請求項14】

請求項１３に記載のインバータ（１２）において、発電機（１１）、特に、太陽光発電機が、前記インバータ（１２）に前記入力側において接続可能であることを特徴とするインバータ（１２）。

【請求項15】

請求項１３または１４に記載のインバータにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）が昇圧コンバータであることを特徴とするインバータ。

【請求項16】

請求項１３乃至１５の何れか１項に記載のインバータにおいて、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（１４）が少なくとも１つの半導体スイッチを含み、前記インバータブリッジ（１６）が少なくとも２つの半導体スイッチを含むことを特徴とするインバータ。

【請求項17】

請求項１３または１６に記載のインバータにおいて、前記インバータブリッジ（１６）が、前記出力側に配置されるフィルタインダクタンスを含むことを特徴とするインバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータを、特にエネルギー発生装置の一部として、動作させるための方法、および本方法を実行するためのインバータに関する。

【背景技術】

【0002】

インバータは、発電機によって発生された電力、例えば、太陽光発電機によって電気ＤＣ電流の形態で発生された電力を、ＡＣ電圧グリッド内へ供給するべくＡＣ電流に変換するための役目を果たす。この目的のために、インバータは、入力側ＤＣ−ＤＣコンバータおよび出力側インバータブリッジを備え、それらの内部で使用されるパワー半導体を用いて、発電機がその最大電力点（ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ、ＭＰＰ）において動作されることによって、発電機から最大可能電力が引き出されるように、インバータの入力電圧を設定する。入力電圧は、起こり得るＭＰＰの変化に追従させられる（ＭＰＰ追従（ｔｒａｃｋｉｎｇ）、略してＭＰＰＴ）。この場合には、インバータの構成要素内で生じる損失の結果、特に、パワー半導体内におけるスイッチング損失の結果、他の構成要素内におけるオーム損失の結果、および特にインダクタ内で生じる磁化反転損失の結果、インバータ内において、インバータの構成要素の加熱、特に、パワー半導体およびインダクタの加熱が生じ、過度の加熱のゆえに構成要素が破損する場合がある。

【0003】

したがって、インバータ内の温度を監視し、前記温度に対応付けられた制限値を超過すると、特に、発電機の電力、およびそれゆえ、同様に、インバータによって変換される電力を低減することによって、構成要素内で生じる電力損失を低減することが必要である。

【0004】

独国特許出願公開第１０２０１１００７９２９ Ａ１号明細書は、インバータを下方調節するための方法であって、インバータブリッジ内の温度を表す第１の測定変数、ＡＣ電圧グリッド内に供給される電力を表す第２の測定変数、およびさらなる測定変数が検出され、さらなる測定変数は、インバータの発電機端子における電圧、即ち、インバータの入力電圧を含んでもよい、方法を開示している。前記測定変数に応じて、低減された電力値が決定される。ＡＣ電圧グリッド内へ供給される電力はその電力値へ低減される。それは、特に、ＤＣ発電機によって発生される電流が最大発電機電流値へ低減されることによって、低減される。太陽光発電機の場合には、発電機によって発生されるＤＣ電流のこの低減は、インバータの入力電圧の増大に基づいて実行される。

【0005】

欧州特許出願公開第０８２７２５４ Ａ１号明細書は、太陽光発電機のためのインバータの出力を制御するための方法を開示している。この方法では、最大可能電力が、インバータによって処理される電力のための制限値を下回るならば、太陽光発電機から最大可能電力が引き出されるように、インバータの入力電圧が調節される。太陽光発電機の最大可能電力が制限値を超過する場合には、インバータの入力電圧は増大され、その後、太陽光発電機から引き出される電力が制限値に対応するように、調節される。その結果、インバータは過熱から保護される。

【0006】

米国特許出願公開第２０１３００７７３７２ Ａ１号明細書は、入力側ＤＣ−ＤＣコンバータを有する太陽光発電機のためのインバータを、低減された出力を有する動作点において動作させるための方法を開示している。この方法では、太陽光発電機のＭＰＰ出力が、インバータのために指定された最大許容電力を超過する場合には、太陽光発電機のＭＰＰ電圧を下回るか、または上回るインバータの入力電圧がＤＣ−ＤＣコンバータにより設定されることによって、低減された出力を有する動作点が設定される。この場合、太陽光発電機の開回路電圧がインバータの最大許容入力電圧を上回り、太陽光発電機の短絡電流が最大許容入力側ＤＣ電流を下回る場合には、ＭＰＰ電圧を下回る入力電圧を有する動作点が選ばれ、さもなければ、ＭＰＰ電圧を上回る入力電圧を有する動作点が選ばれる。本方法は、特に、過度に高い入力電圧による、および／または過度に高いＤＣ電流による、インバータの過負荷、および同時に、インバータのスイッチオフを防止することを可能にする。

【0007】

米国特許出願公開第２００９０２８５９９８号明細書は、インバータを動作させるための方法を開示している。インバータはＤＣ−ＤＣコンバータを介して入力側で発電機に接続され、インバータの入力電圧は、ＭＰＰ追従を用いて、発電機が最大電力を出力するＭＰＰ電圧に対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータ内の温度値が判定され、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の温度値が最大許容制限値を超過する場合には、ＭＰＰ追従は中止される。

【0008】

本発明は、ＭＰＰ電圧に対してインバータの入力電圧を変更することによって、インバータを熱過負荷から保護する問題に対処する。一方では、インバータの構成要素において生じる損失は正確に十分に低減され、他方では、入力側に接続された発電機の電力、およびそれゆえ、同様に、インバータの出力電力は最小限に低減されるのみである。

【0009】

解決策
問題は、独立特許請求項１の特徴を有するインバータを動作させるための方法、および特許請求項１３の特徴を有するインバータによって解決される。好ましい実施形態は従属特許請求項において定義される。

【発明の概要】

【0010】

インバータを動作させるための本発明に係る方法では、インバータの入力電圧が入力側ＤＣ−ＤＣコンバータおよび／または出力側インバータブリッジによって設定される。通常動作時には、入力電圧は、入力側において接続可能な発電機が最大電力を出力するＭＰＰ電圧に対応する。ＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値およびインバータブリッジ内の第２の温度値が判定される。判定された温度値のうちの少なくとも一方が、それに対応付けられた制限値を超過する場合には、インバータの入力電圧はＭＰＰ電圧に対して変更される。

【0011】

本発明に係る方法では、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値のための制限値の超過が判定され、および／またはＭＰＰ電圧が規定の制限電圧を下回る場合には、入力電圧はＭＰＰ電圧に対して増大される。さもなければ、入力電圧はＭＰＰ電圧に対して低減される。

【0012】

本発明は、インバータ内における過温度の場合に、インバータの個々の構成要素内で生じる電力損失を最適に低減し、その一方で同時に、発生されて送り込まれる電力を最大化する目的のために、発電機によって出力される電力が全面的に低減されることは十分でないという見識に基づく。むしろ、特に、インバータの出力電力が依然として最大化されるという点で最適である動作方法は、インバータのどの構成要素に過温度が特異的に存在しているのかを考慮しなければならない。過温度がＤＣ−ＤＣコンバータ内で判定された場合には、いずれにせよ、入力電圧を低減することができる。対照的に、過温度が、もっぱらＤＣ−ＤＣコンバータの外部、即ち、特に、インバータブリッジ内で判定された場合には、入力電圧の変更の方向はＭＰＰ電圧と制限電圧との比に依存する。制限電圧は、インバータの許容入力電圧範囲内、および特に、インバータによって設定可能なＭＰＰ電圧範囲内にある。

【0013】

具体的には、これは、例えば、インバータのＤＣ−ＤＣコンバータ内に過温度が存在し、ＤＣ−ＤＣコンバータがクロック制御方式で動作される場合には、入力電圧を低下させることは有利でないことを意味する。なぜなら、発電機によって発生されるＤＣ電流、並びにそれゆえ、特に、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ内におけるスイッチング損失およびオーム損失が上昇し得るからである。この場合には、むしろ、入力電圧の増大によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ内における電力損失の最適な低減がもたらされる。他方で、インバータブリッジ内に過温度が存在する場合には、例えば、インバータブリッジに入力側において存在する電圧を増大させることは有利でない。なぜなら、インバータブリッジ内におけるスイッチング損失は、インバータブリッジに入力側において存在する電圧に依存し、同様に増大し得るからである。この場合には、インバータブリッジに入力側において存在する電圧の低減によって、入力電圧の低減の結果として電力損失の最適な低減がもたらされる。

【0014】

それゆえ、本発明の１つの態様は、一方で、ＤＣ−ＤＣコンバータ内における過温度の場合には、入力電圧を増大させ、他方で、インバータブリッジ内における過温度の場合には、制限電圧に対するＭＰＰ電圧の位置を考慮しつつ、特定の動作状況において、電力損失の最適な低減をもたらすのは、入力電圧の増大であるのか、それとも低減であるのかを判断することを含む。

【0015】

本発明の一実施形態では、制限電圧は、インバータのＤＣ電圧リンク回路の最小電圧の５０％〜１５０％、好ましくは８０％〜１２０％である。この場合、ＤＣ電圧リンク回路の最小電圧は、ＡＣ電流をＡＣ電圧グリッド内へ供給するための最小必要リンク回路電圧に対応してもよい。

【0016】

制限電圧は、固定して規定されてもよいか、または任意選択的に、最大可能電力を用いた通常動作の間に判定された温度値に応じて定義される。その結果として達成され得ることは、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値およびインバータブリッジ内の第２の温度値が両方ともそれらのそれぞれの制限値に近いか、またはそれを上回る状況において、入力電圧を一方の方向または他方に変更する結果、逆効果が生じなくなることである。

【0017】

例として、ＭＰＰ電圧が制限電圧を下回っている間に、インバータブリッジ内における過温度のゆえに入力電圧の低減が実行されると、発電機によって発生されるＤＣ電流の増大がもたらされ、それゆえ、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータがクロック制御方式で動作される場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ内における電力損失の増大がもたらされる。ＤＣ−ＤＣコンバータ内における電力損失のこの増大の結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ内において過温度が生じるという影響が生じ得る。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値が、それに対応付けられた制限値に近いほど、ますますより高い制限電圧を優先して選択するべきである。特に、制限電圧は、この場合には、最小必要リンク回路電圧を上回ってもよい。

【0018】

他方で、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値が、それに対応付けられた制限値を大幅に下回る場合には、入力電圧の低減によって生じる、ＤＣ−ＤＣコンバータ内における電力損失のこのような増大は容認されてもよい。したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値が低いほど、ますますより低い制限電圧を優先して選択するべきである。この場合には、制限電圧は最小必要リンク回路電圧を下回ってもよい。

【0019】

要約すれば、これは、制限電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータ内の温度値に応じて設定されてもよく、それにより、インバータブリッジ内において過温度が発生した場合に望ましい入力電圧の低減が、この低減に関連付けられるＤＣ−ＤＣコンバータ内における電力損失の増大が容認され得る場合には、いずれにしても実行されることを意味する。

【0020】

本発明の一実施形態では、温度値は、各々の場合において繰り返し判定され、それらに個々に対応付けられた制限値と比較される。結果的に、インバータの構成要素は過温度の発生に関して継続的に監視されてもよい。過温度が判定された場合、−これによって開始された−ＭＰＰ電圧に対する入力電圧の変更の後に、その後、判定された温度値のうちの少なくとも一方が、それに個々に対応付けられた制限値を依然として超過する場合には、入力電圧とＭＰＰ電圧との差は増大されてもよい。その結果、構成要素が永続的な過温度のために破損しないことを確実にするべく、構成要素内で生じる電力損失はさらに低減され得る。特に、発電機がもはや電力を供給せず、その結果、電力損失がこれ以上インバータ内で全く生じなくなる入力電圧に達するまで、入力電圧とＭＰＰ電圧との差は繰り返し増大されてもよい。

【0021】

本発明のさらなる実施形態では、判定された温度値が全て、それらに個々に対応付けられた制限値を下回る場合には、インバータの入力電圧は、通常動作におけるＭＰＰ追従方法に基づいて設定される。判定された温度値のうちの一方が、それに対応付けられた制限値を超過する場合には、即ち、インバータ内における過温度が判定された場合には、インバータの入力電圧はＤＣ−ＤＣコンバータ内の第１の温度値に応じて、および／またはインバータブリッジ内の第２の温度値に応じて設定される。特に、判定された温度値のうちの一方が、それに対応付けられた制限値を超過する場合には、温度値に応じてインバータの入力電圧を設定するための温度依存調節が作動されてもよい。判定された温度値が全て、それらに個々に対応付けられた制限値を下回れば、温度依存調節は再び作動停止される。このような温度依存調節は、一方では、入力電圧の変更によってもたらされる、構成要素内で生じる電力損失の低減が、温度値を、それらに個々に対応付けられた制限値が永続的に超過されないように、低下または制限するのに十分であり、他方では、インバータの熱動作パラメータを考慮して発電機の電力を最大化するべく、入力電圧とＭＰＰ電圧との差、およびそれゆえ、同様に、発電機の瞬間電力と最大可能電力との差が最小化されることを確実にする。言うまでもなく、本実施形態では、温度値に対応付けられた制限値のうちの一方の超過およびアンダーシュートが交互に起こる場合に、例えば、固定した制限値の代わりに、温度値の対応するフィルタリング、またはヒステリシス帯を利用することによって、ＭＰＰ追従と温度依存調節とが行ったり来たり切り替わることを防止するための方策が提供されることになる。

【0022】

本発明の一実施形態では、判定された温度値のうちの一方による制限値のうちの一方の超過のゆえに入力電圧が増大され、入力電圧がインバータの入力電圧のための制限値および／またはリンク回路電圧のための制限値を超過する場合には、入力電圧は、特に、発電機がＤＣ−ＤＣコンバータまたは外部スイッチング要素により短絡されることによって、０へ低減されてもよい。その結果達成されることは、入力電圧はインバータのための許容量を超えて増大されず、同時に、インバータの構成要素は、永続的な過温度の結果生じる破損から保護されることである。

【0023】

本発明のさらなる実施形態では、インバータブリッジ内の第２の温度値のための制限値の超過のゆえに、入力電圧が低減され、最小必要リンク回路電圧を下回る間に、ＤＣ−ＤＣコンバータ内における第１の温度値のための制限値の超過が判定された場合には、入力電圧は発電機の開回路電圧へ増大されてもよい。これは、まずインバータブリッジ内の過温度が確認され、入力電圧が低減された場合のために、特に有利である。特に、入力電圧の低減、ならびに関連する、ＤＣ−ＤＣコンバータの作動、および／または発電機によって発生されるＤＣ電流の増大の結果、追加的な過温度がインバータブリッジ内に生じ得る。この過温度は、入力電圧を開回路電圧へ増大させることによって便宜的に抑制されてもよい。その理由は、特に、入力電圧をさらに低減すると、発電機によって発生されるＤＣ電流の関連する増大のゆえに、ＤＣ−ＤＣコンバータ内で生じる電力損失はむしろさらに増大するであろうからである。代替的に、発電機の開回路電圧が、インバータの入力電圧のための制限値および／またはリンク回路電圧のための制限値を上回る場合には、入力電圧は、特に、発電機がＤＣ−ＤＣコンバータにより短絡されることによって、０へ低減されてもよい。

【0024】

本発明の一実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータおよび／またはインバータブリッジ内の温度値は温度モデルに基づいて判定されてもよい。この場合には、温度モデルは、ＤＣ−ＤＣコンバータおよび／またはインバータブリッジに対応付けられた温度センサの測定値を処理してもよい。この場合には、温度値は好ましくは、ＤＣ−ＤＣコンバータおよび／またはインバータブリッジの半導体スイッチまたはそれらの内部における温度を表す。前記半導体スイッチは一般的に、最も高い電力損失が生じる構成要素であるとともに、温度が決定的に影響するインバータの構成要素でもあり、したがって、特に監視されなければならない。

【0025】

エネルギー発生装置のための本発明に係るインバータは、入力側ＤＣ−ＤＣコンバータと、出力側インバータブリッジと、制御信号を用いてＤＣ−ＤＣコンバータおよびインバータブリッジを駆動するための制御デバイスと、を備える。さらに、インバータは、ＤＣ−ＤＣコンバータおよびインバータブリッジに個々に対応付けられた温度センサを備える。本発明に係るインバータは、温度センサと連結した制御デバイスが、過温度が発生した場合に、インバータの入力電圧を変更するための本発明に係る方法を実行するように設計されるという事実によって特徴付けられる。

【0026】

本発明に係るインバータの１つの好ましい実施形態では、インバータに接続可能な発電機は太陽光発電機であり、および／またはＤＣ−ＤＣコンバータは昇圧コンバータである。昇圧コンバータは、発電機のＭＰＰ電圧が最小必要リンク回路電圧を下回る場合にのみ、作動される、即ち、クロック制御方式で動作されるため、昇圧コンバータはとりわけ本発明の利点から恩恵を受ける。この場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータは少なくとも１つの半導体スイッチを含んでもよく、インバータブリッジは少なくとも２つの半導体スイッチを含んでもよい。さらに、インバータブリッジは、出力側において配置されるフィルタインダクタンスを含んでもよい。フィルタインダクタンスのために、温度モデルに基づいてフィルタインダクタンスの温度値が判定される。フィルタインダクタンスの温度値はフィルタインダクタンス内の温度に固有のものであり、したがって、フィルタインダクタンスの温度値と、それに対応付けられた制限値との間の比較に基づいて、フィルタインダクタンスを過温度に関して監視することができる。本発明に係る、入力電圧の変更の方向の選択に関しては、この場合のフィルタインダクタンス内における過温度がインバータブリッジ内における過温度に対応する。

【0027】

以下において、図に示される好ましい例示的な実施形態に基づき、本発明をさらに説明し、記載する。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、インバータを有するエネルギー発生装置を示す。

【図2】図２は、太陽光発電機の電流−電圧特性曲線および電力−電圧特性曲線の単純化した図を示す。

【図3】図３は、本発明に係る方法の一実施形態をフロー図の形で示す。

【図4a】図４ａは、図２に係る特性曲線の単純化した例示的な図に基づいて、図３に係る方法の一実施形態を説明する。

【図4b】図４ｂは、図２に係る特性曲線の単純化した例示的な図に基づいて、図３に係る方法の一実施形態を説明する。

【図5】図５は、本発明に係る方法のさらなる実施形態をフロー図の形で示す。

【図6】図６は、図１に係るエネルギー発生装置内における温度および電圧の例示的な時間プロファイルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、太陽光発電機１１（ＰＶ発電機）によって提供された電力がインバータ１２によってＡＣ電圧グリッド１３内に供給される、エネルギー発生装置１０を示す。インバータ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、ＤＣ電圧リンク回路１５（リンク回路）と、インバータブリッジ１６（ＤＣ−ＡＣブリッジ）と、出力側において、フィルタインダクタンスと、フィルタキャパシタンスと、切断デバイスと、を備える。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、クロック制御方式で動作されてもよく、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内に配置されるインダクタンスと併せて、ＰＶ発電機１１における電圧Ｕ_ＰＶに対応する、入力電圧Ｕ_ＰＶと、リンク回路１５におけるリンク回路電圧Ｕ_ＺＷＫとの間の変圧をもたらす、少なくとも１つのスイッチング要素、特に、半導体スイッチを含む。インバータブリッジは、クロック制御方式で動作されてもよく、リンク回路１５において存在するＤＣ電圧Ｕ_ＺＷＫの、出力側ＡＣ電圧Ｕ_ＡＣへの変換をもたらす、少なくとも２つのスイッチング要素、特に、半導体スイッチを含む。それにより、入力側においてＰＶ発電機１１によって発生されたＤＣ電流Ｉ_ＤＣは、出力側ＡＣ電流Ｉ_ＡＣに変換される。

【0030】

ＤＣ−ＤＣコンバータ１４およびインバータブリッジ１６のスイッチング要素は制御デバイス１７によってスイッチングパルス１８を用いて駆動され、それにより、ＰＶ発電機１１によって入力側において発生されたＤＣ電流Ｉ_ＤＣは、出力側においてＡＣ電圧グリッド１３内に供給されることができるＡＣ電流Ｉ_ＡＣに最適に変換される。この目的のために、制御デバイス１７は、特に、リンク回路電圧Ｕ_ＺＷＫ、およびＰＶ発電機１１によって発生される電力Ｐ_ＰＶ＝Ｕ_ＰＶ×Ｉ_ＤＣを評価し、一方では、ＡＣ電圧グリッド１３内に電力を供給するために十分なリンク回路電圧Ｕ_ＺＷＫがリンク回路１５において存在し、他方では、ＰＶ発電機１１において存在する入力電圧Ｕ_ＰＶが、ＰＶ発電機１１が最大可能電力Ｐ_ＭＰＰを供給する、即ち、ＰＶ発電機１１における電圧Ｕ_ＰＶと、ＰＶ発電機１１によって発生されるＤＣ電流Ｉ_ＤＣとの積が最大になる電圧Ｕ_ＭＰＰに対応するように、スイッチングパルス１８に基づくＤＣ−ＤＣコンバータ１４のスイッチング要素のクロッキング、およびそれゆえ、Ｕ_ＰＶとＵ_ＺＷＫとの間の変圧を設定する。このように設定された動作点は一般的に最大電力点（ＭＰＰ）と呼ばれ、照射および周囲温度などの変化する周囲条件のゆえに、時間とともに変動し得る。したがって、制御デバイス１７は、入力電圧Ｕ_ＰＶをＰＶ発電機１１のＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに設定するための、特に、それをＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに追従させる（いわゆるＭＰＰ追従、略してＭＰＰＴ）ための好適なＭＰＰ追従方法を備える。

【0031】

インバータ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内、インバータブリッジ１６内、および任意選択的に、例えば、出力側フィルタインダクタンスなどのさらなる構成要素内の温度を検出するための温度センサ１９をさらに含む。この場合には、検出された温度から、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４および／またはインバータブリッジ１６の個々の構成要素のさらなる温度値Ｔ、特に、そこで用いられるスイッチング要素またはその内部における温度値Ｔが、温度モデルに基づいて判定されてもよい。これは、温度モデルは、測定された電圧、測定された電流、および／またはスイッチング要素のための駆動信号の規定の特性などのさらなるパラメータを考慮して、スイッチング要素の位置に対応しない位置において検出されるこのような温度を評価し、それらから、スイッチング要素またはその内部における温度を表す温度値を算出するという事実に基づく。しかし、原理上は、特に、温度センサ１９がスイッチング要素またはさらにその内部に直接配置されることによって、温度センサ１９はまた、検出された温度そのものを当該温度値Ｔとして用い得るように配置されてもよい。

【0032】

判定された温度値Ｔは、例えば、制御デバイス１７によって監視され、過熱の結果生じるインバータの構成要素に対する損傷を回避するために、それらに個々に対応付けられた制限値と比較される。判定された温度値Ｔのうちの１つが、それに対応付けられた制限値を超過する場合、即ち、インバータ１２の構成要素のうちの１つにおいて過温度が存在する場合には、影響を受けた構成要素における電力損失を低減するか、またはこれで十分でない場合には、インバータの動作を少なくとも一時的に止めるために、好適な対応策が取られなければならない。

【0033】

構成要素において生じる電力損失はさまざまな因子に依存し得る。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４および／またはインバータブリッジ１６内のスイッチング要素としてのクロック制御半導体スイッチの場合には、電力損失は、スイッチング損失、即ち、スイッチングプロセスの間の損失、および導通損失、即ち、スイッチを流れる電流の導通の間の損失から構成される。スイッチング損失は、オフ状態では、スイッチを横切って降下する電圧に、オン状態では、スイッチを流れる電流に実質的に比例する。オン状態における導通損失は、スイッチを横切って降下する電圧（残留電圧もしくは順電圧）、およびスイッチを流れる電流に実質的に比例する。

【0034】

ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の少なくとも１つのスイッチング要素は、特に、降圧コンバータの場合には、ＰＶ発電機１１の端子とリンク回路１５の端子との間に直列に配置されるか、あるいは、特に、昇圧コンバータの場合には、ＰＶ発電機１１およびリンク回路１５のそれぞれの端子と並列に配置されてもよい。特に、リンク回路１５へのスイッチング要素の並列接続を含むＤＣ−ＤＣコンバータ１４としての昇圧コンバータの場合には、オフ状態においてスイッチング要素を横切って降下する電圧はリンク回路電圧Ｕ_ＺＷＫに対応する。

【0035】

オフ状態では、リンク回路１５の端子のうちの一方の電位と、ＡＣ電圧グリッド１３への接続のための端子のうちの一方の電位との瞬間的な差に対応する電圧は、インバータブリッジのスイッチング要素を横切って、特に、単相Ｈブリッジおよび三相Ｂ６もしくはＮＰＣブリッジのものを横切って降下する。この場合には、インバータ１２がＡＣ電圧グリッド１３内へ電力を供給することができるよう、リンク回路１５の電圧は、グリッドピーク電圧よりも高いか、またはＡＣ電圧グリッド１３の個々の相の電位間の最大差よりも高くなければならない。

【0036】

図２は、左側の図では、電流−電圧特性曲線２０の単純化した例示的な図を示し、右側の図では、ＰＶ発電機１１の電力−電圧特性曲線２１の単純化した例示的な図を示す。ＰＶ発電機１１は、例えば、昇圧コンバータの永続的にオンになったスイッチング要素のゆえに、その端子が短絡された場合、即ち、Ｕ_ＰＶが０に等しい場合に、最大短絡電流Ｉ_Ｋを発生する。このとき、ＰＶ発電機１１の出力Ｐ_ＰＶは０に等しい。電圧Ｕ_ＰＶが上がると、電流Ｉ_ＰＶはまず下がり、その一方で、ＰＶ発電機１１の出力Ｐ_ＰＶは上がる。電圧Ｕ_ＰＶ＝Ｕ_ＭＰＰにおいて、電流Ｉ_ＭＰＰが流れ、電圧Ｕ_ＰＶと電流Ｉ_ＰＶとの積はこの動作点において最大になる。即ち、ＰＶ発電機は最大電力点（ＭＰＰ）において動作される。電圧Ｕ_ＰＶがさらに増大した場合には、このとき、電流Ｉ_ＰＶはさらに下がり、電圧Ｕ_ＰＶがＰＶ発電機の開回路電圧Ｕ_０に対応する場合には、０に等しくなる。このとき、ＰＶ発電機１１の出力Ｐ_ＰＶは同様に０に等しい。

【0037】

原理上、ＰＶ発電機１１上に入射する放射パワーを最適に利用するためのインバータ１２は、発電機のＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対応する入力電圧Ｕ_ＰＶがその入力において存在し、それゆえ、ＰＶ発電機１１において存在するように、動作される。その結果、最大可能電力がＰＶ発電機１１からインバータ１２内へ流れ、インバータ１２によってＡＣ電流に変換され、インバータ１２内で生じる損失を差し引いて、ＡＣグリッド１３内へ供給される。ＭＰＰから、入力電圧Ｕ_ＰＶに対して左または右へ逸脱したどの他の動作点においても、ＰＶ発電機１１が発生する電力は低下する。インバータ１２の構成要素の切迫した過熱の場合には、入力電圧Ｕ_ＰＶに関してＭＰＰから逸脱した動作点を設定することが、従来技術から知られている。ここでは、インバータ１２によって変換される電力の低減のゆえに、インバータ１２の構成要素内における電力損失も同様に低減されることが前提とされている。

【0038】

図３は、特に、図１に係るインバータ１２を動作させるための、本発明に係る方法の一実施形態をフロー図の形で示す。まず、ステップＳ１は、インバータ１２内の温度および電圧を測定することを含む。この場合には、温度は、例えば、温度センサ１９を用いて検出される。測定される電圧は、特に、リンク回路１５の電圧Ｕ_ＺＷＫ、および入力電圧Ｕ_ＰＶを含む。インバータ１２が、ＭＰＰ追従が実行される通常動作状態になっている限り、入力電圧Ｕ_ＰＶは初め、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対応する。ステップＳ２は、ステップＳ１において測定された温度から、インバータ１２の個々の構成要素内の温度を表し、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の温度値Ｔ_ＤＣＤＣおよびインバータブリッジ１６の温度値Ｔ_ＤＣＡＣを含む温度値Ｔを判定することを含む。前記温度値Ｔを判定するために、ステップＳ１において検出されたデータと一緒にさらなる測定値が処理される温度モデルを用いることが可能である。

【0039】

ステップＳ３は、ステップＳ２において判定された温度値Ｔを、それらに個々に対応付けられた制限値Ｔ_ｍａｘと比較すること、即ち、インバータ１２内に過温度が存在するかどうかをチェックすることを含む。この場合には、特に、異なる種類のスイッチング要素がインバータ内で用いられる場合、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内ではＩＧＢＴが用いられ、インバータブリッジ１６内ではＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、またはその逆の場合には、判定される異なる温度値Ｔのため、およびそれゆえ、インバータ１２の異なる構成要素のための制限値Ｔ_ｍａｘは異なり得る。また、特に、異なる設計のスイッチング要素がインバータブリッジ１６の個々のブリッジ分岐線内で用いられる場合には、インバータブリッジ１６のスイッチング要素のための異なる制限値Ｔ_ｍａｘを用いることも可能である。

【0040】

ステップＳ３は、判定された温度値Ｔのうちのいずれかが、それに個々に対応付けられた制限値Ｔ_ｍａｘを超過するかどうかを判断することを含む。そうでない場合には、本方法はステップＳ４へ分岐し、インバータは通常動作状態で引き続き動作され、ＰＶ発電機１１はＭＰＰにおいて引き続き動作され、ＰＶ発電機の入力電圧Ｕ_ＰＶは依然としてＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対応する。その後、本方法はステップＳ１より継続される。即ち、本方法は、ステップＳ３において過温度が判定されない限り、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４を循環的に、または準連続的に進む。

【0041】

しかし、ステップＳ３において、判定された温度値Ｔのうちのいずれかが、それに個々に対応付けられた制限値Ｔ_ｍａｘを超過すると判定された場合には、このとき、本方法はステップＳ５へ分岐する。ステップＳ５は、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４のスイッチング要素またはその内部の温度を表してもよい、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対応付けられた温度値Ｔ_ＤＣＤＣが、それに対応付けられた制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を超過するかどうかをチェックすることを含む。そうである場合には、このとき、本方法はステップＳ６へ分岐する。ステップＳ６は、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して絶対値ΔＵ_ＰＶだけ増大された入力電圧Ｕ_ＰＶを設定することを含む。この目的のために、インバータ１２は、特に、制御デバイス１７によって、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、Ｕ_ＺＷＫとＵ_ＰＶとの間の変圧比が低減される変更された制御信号１８を受信するような仕方で、動作されてもよい。代替的に、または加えて、例えば、インバータブリッジ１６が、低減された電力をＡＣグリッド１３内へ供給することによって、リンク回路１５の電圧Ｕ_ＺＷＫ、およびそれゆえ、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が作動停止された状態では、同様に入力電圧Ｕ_ＰＶが増大されてもよい。

【0042】

しかし、ステップＳ５において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対応付けられた温度値Ｔ_ＤＣＤＣは、それに対応付けられた制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を超過しないと判定された場合、これは、逆に言えば、異なる温度値Ｔ、特に、インバータブリッジ１６に対応付けられ、インバータブリッジ１６のスイッチング要素内またはスイッチング要素の温度を表す温度値Ｔ_ＤＣＡＣは、それに個々に対応付けられた制限値Ｔ_ｍａｘを超過することを意味するが、その場合には、このとき、本方法はステップＳ７へ分岐する。

【0043】

ステップＳ７は、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰは制限電圧Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}を下回るかどうかをチェックすることを含む。そうである場合には、本方法はステップＳ６へ分岐する。ステップＳ６では、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して絶対値ΔＵ_ＰＶだけ増大される。しかし、ステップＳ７において、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰは制限電圧Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}を上回ると判定された場合には、このとき、本方法はステップＳ８へ分岐する。ステップＳ８は、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して絶対値ΔＵ_ＰＶだけ低減された入力電圧Ｕ_ＰＶを設定することを含む。この目的のために、インバータ１２は、特に、制御デバイス１７に基づいて、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が、Ｕ_ＺＷＫとＵ_ＰＶとの間の変圧比が増大される変更された制御信号１８を受信するような仕方で、動作されてもよい。代替的に、または追加的に、インバータブリッジ１６は、一瞬の間増大した電力をＡＣグリッド１３内へ供給してもよい。その結果、リンク回路１５の電圧Ｕ_ＺＷＫ、およびそれゆえ、特に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４が作動停止された状態では、同様に入力電圧Ｕ_ＰＶは減少し、インバータブリッジ１６は、リンク回路１５の電圧Ｕ_ＺＷＫが十分に減少した後には、ＭＰＰ出力に対して低減され、ＰＶ発電機１１によって発生された低減した電力に対応する電力をＡＣグリッド１３内へ供給する。

【0044】

以下のステップＳ６およびＳ８に関して、本方法はステップＳ１より継続される。即ち、本方法は、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３、ならびに、適切な場合には、Ｓ５およびＳ７を循環的に、または準連続的に進む。ステップＳ４およびＳ６においてそれぞれ実行されるＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対する入力電圧Ｕ_ＰＶの変更、ならびにその結果得られる、インバータ１２の構成要素内で生じる電力損失の低減が、温度値Ｔを、後者がもはや、それらに対応付けられた制限値Ｔ_{ｌｉｍｉｔ}を超過しない程度にまで減少させるのに十分である場合には、本方法は再びステップＳ３からステップＳ４へ分岐することになり、それにより、インバータは通常動作状態で動作され、ＰＶ発電機１１は、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対応する入力電圧Ｕ_ＰＶを用いてＭＰＰにおいて動作される。この場合には、確認された過温度のゆえに、いったん上方または下方への入力電圧Ｕ_ＰＶの変更の方向が採用されれば、過温度がインバータ１２内に存在する限り、その方向を維持することが勧められる。

【0045】

図４ａおよび図４ｂは、図２に係る特性曲線の単純化した例示的な図に基づいて、図３に係る方法の一実施形態を説明する。

【0046】

図４ａは、図３に係るステップＳ６の実行を示す。インバータ１２の通常動作状態では、ＰＶ発電機１１は、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対応する入力電圧Ｕ_ＰＶにおいて動作される。ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰは制限電圧Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}を下回る。次に、ステップＳ３において過温度が判定された場合には、このとき、ステップＳ５においてＤＣ−ＤＣコンバータ１４内に見つけられた過温度、またはステップＳ７において判定されたＵ_ＭＰＰとＵ_{ｌｉｍｉｔ}との間の関係のどちらかのゆえに、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して絶対値ΔＵ_ＰＶだけ増大される。

【0047】

図４ｂは、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰが制限電圧Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}を上回る、ＰＶ発電機１１の特性曲線を示す。過温度の発生時におけるこの場合に、図３に係るステップＳ６またはＳ８のどちらが実行されるのかは、インバータ１２内のどこで過温度が発生したのかに依存する。過温度がＤＣ−ＤＣコンバータ１４内で発生した場合には（Ｔ_ＤＣＤＣ＞Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}）、このとき、図３に係る本方法はステップＳ５からＳ６へ分岐し、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して絶対値ΔＵ_ＰＶだけ増大される。しかし、過温度は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内で生じるのではなく、それゆえ、特に、インバータブリッジ１６内で生じた場合には、このとき、図３に係る本方法は、ステップＳ６から、制限電圧Ｕ_{ｌｉｍｉｔ}に対するＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰの位置がチェックされるステップＳ７を経て、ステップＳ８へ分岐し、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して絶対値ΔＵ_ＰＶだけ低減される。

【0048】

図５は、本発明に係る方法のさらなる実施形態をフロー図の形で示す。図３に係る実施形態と比較すると、ステップＳ４、Ｓ６およびＳ８がステップＳ４’、Ｓ６’およびＳ８’によって置き換えられている。この場合には、インバータ１２内において過温度が判定されなければ、ステップＳ４’は、インバータにおいてＭＰＰ追従を作動させることを含む。この場合には、ＭＰＰ追従と同じ周期的タイミングを用いて、即ち、各々の新たなＭＰＰ追従ステップの前に、ステップＳ１〜Ｓ３を進み、ステップＳ３に従って、温度値Ｔを、それらに個々に対応付けられた制限値Ｔ_ｍａｘと比較し、その後、次のＭＰＰ追従ステップ（ステップＳ４’）を実行するか、または過温度が判定された場合には、ステップＳ５へ分岐することが適当である。

【0049】

ステップＳ３において過温度が判定され、ステップＳ５またはステップＳ７に係る条件が満たされたために、本方法がステップＳ６’へ分岐した場合には、ＭＰＰ追従の代わりにＴ_ＤＣＤＣ調節が作動される。この場合には、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して低減され、それゆえ、インバータ１２内で生じる電力損失は低減される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対応付けられた温度値Ｔ_ＤＣＤＣを調節変数として用い、ステップＳ６’では、入力電圧Ｕ_ＰＶは、実際値としてのＤＣ−ＤＣコンバータ１４内におけるそれぞれの現在の温度値Ｔ_ＤＣＤＣが設定点値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}へ調節されるように、設定される。この調節はロックされ、そのため、ステップＳ３において過温度が判定される限り、それは作動されたままとなる。ステップＳ３におけるヒステリシスの利用によって、温度値Ｔの全ての制限値Ｔ_ｍａｘのほんの一瞬のアンダーシュートが発生した場合に、Ｓ４’に係るＭＰＰ追従とステップＳ６’に係るＴ_ＤＣＤＣ調節とが行ったり来たり切り替わることが防止される。

【0050】

ステップＳ３において過温度が判定され、ステップＳ５またはＳ７に係る条件がいずれも満たされず、それにより、本方法がステップＳ８’へ分岐した場合には、ＭＰＰ追従の代わりにＴ_ＤＣＡＣ調節が作動される。この場合には、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して増大され、それにより、ＰＶ発電機１１によって発生される電力、およびそれゆえ、また、インバータ１２内で生じる電力損失は低減される。インバータブリッジ１６に対応付けられた温度値Ｔ_ＤＣＡＣを調節変数として用い、ステップＳ６’では、ＰＶ発電機１１における電圧Ｕ_ＰＶは、実際値としてのインバータブリッジ１６内におけるそれぞれの現在の温度値Ｔ_ＤＣＡＣが設定点値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＡＣ}へ調節されるように、設定される。この調節はロックされ、そのため、ステップＳ３において過温度が判定される限り、それは作動されたままとなる。ここでもまた、検出された温度もしくは判定された温度値Ｔの時間的平均化もしくはフィルタリング、またはステップＳ３におけるヒステリシスの利用によって、温度値Ｔの全ての制限値Ｔ_ｍａｘのほんの一瞬のアンダーシュートが発生した場合に、Ｓ４’に係るＭＰＰ追従とステップＳ６’に係るＴ_ＤＣＡＣ調節とが行ったり来たり切り替わることが防止される。

【0051】

図６は、上の図では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内の温度値Ｔ_ＤＣＤＣの例示的な時間プロファイル６０を示し、下の図では、図１に係るエネルギー発生装置のインバータ１２の入力電圧Ｕ_ＰＶの例示的な時間プロファイル６１を示す。期間ｔ＝０〜ｔ＝ｔ１内では、温度値Ｔ_ＤＣＤＣは、それらに対応付けられた制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を下回り、そのため、図３または図５に係るステップＳ３において他の過温度は確認されないと仮定すると、入力電圧Ｕ_ＰＶは、ＭＰＰ追従に基づいてＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに設定される。インバータ１２は通常動作モードで動作する。

【0052】

時点ｔ１において、例えば、１日のうちに上昇したインバータ１２の外部の周囲温度のゆえに、ならびに／あるいはＰＶ発電機１１によって、およびインバータ１２内で変換される電力の増大のゆえに、温度値Ｔ_ＤＣＤＣは、それに対応付けられた制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を超過する。そのため、図３に係るステップＳ６または図５に係るステップＳ６’において、入力電圧Ｕ_ＰＶはＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対して増大され、適切な場合には、Ｔ_ＤＣＤＣ調節が作動される。その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内で生じる電力損失は低減され、温度Ｔ_ＤＣＤＣの上昇は減速する。温度値Ｔ_ＤＣＤＣがＴ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を上回る限り、特に、ステップＳ６’に係るＴ_ＤＣＤＣ調節の状況では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内で生じる電力損失がある程度低減され、それにより、温度値Ｔ_ＤＣＤＣが再び制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}へ下がるまで、電圧Ｕ_ＰＶはさらに増大される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４に対応付けられた温度値Ｔ_ＤＣＤＣを調節変数として有し、電圧Ｕ_ＰＶを操作変数として有し、制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を設定点値として有する調節制御ループ内において、次に、電圧Ｕ_ＰＶは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４内のそれぞれの現在の温度値Ｔ_ＤＣＤＣが制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}に実質的に対応するように、設定される。ハッチングして示したヒステリシス帯内への制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}の若干のアンダーシュートは許容され、Ｔ_ＤＣＤＣ調節のゆえに、入力電圧Ｕ_ＰＶの、例えば比例した減少をもたらす。図５に係るフロー図では、ヒステリシス帯は、−ステップＳ６’においてＴ_ＤＣＤＣ調節を作動させた後に−ステップＳ３における制限値Ｔ_ｍａｘまたはステップＳ５におけるＴ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}を、ヒステリシス帯の幅の分だけ低減された制限値Ｔ_ｍａｘ’によって置き換えることによって、実現することができる。

【0053】

時点ｔ２を起点として、例えば、インバータ１２の構成要素内で生じる電力損失の十分な消散が熱放射によって確実にされるような程度まで下がった、インバータの外部の周囲温度のゆえに、温度値Ｔ_ＤＣＤＣは制限値Ｔ_{ｍａｘ，ＤＣＤＣ}未満へ下がり、ヒステリシス帯から下方へ出た。したがって、ステップＳ３において過温度はもはや判定されず、図３に係るステップＳ４において、ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに対応する入力電圧Ｕ_ＰＶが設定されるか、または図５に係る方法はステップＳ４’へ分岐し、それにより、ＭＰＰ追従が再び作動される。したがって、入力電圧Ｕ_ＰＶは再び最大電力の方向に導かれる。即ち、例えば、図４ａによれば、低減される。ＭＰＰ電圧Ｕ_ＭＰＰに達するとすぐに、インバータ１２は再び通常動作モードで動作する。

【0054】

本発明の有利な発展が、特許請求項、明細書および図面から明らかである。明細書の導入部において述べられている、特徴、および複数の特徴の組み合わせの利点は、単なる例示であり、代替的または累加的な効果を生じてもよく、利点は、必ずしも本発明に係る実施形態によって達成される必要はない。さらなる特徴を図面から収集することができる。本発明の異なる実施形態の特徴または異なる特許請求項の特徴の組み合わせが、特許請求項の選択された従属性の参照から離れ、同様に可能であり、ここで示唆される。これはまた、個別の図面に示されているか、またはそれらの説明において述べられているこうした特徴にも関係する。これらの特徴はまた、異なる特許請求項の特徴と組み合わせられてもよい。同様に、特許請求項において提示されている特徴は、本発明のさらなる実施形態のために省かれてもよい。

【符号の説明】

【0055】

１０ エネルギー発生装置
１１ 太陽光発電機
１２ インバータ
１３ ＡＣ電圧グリッド
１４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５ ＤＣ電圧リンク回路
１６ インバータブリッジ
１７ 制御デバイス
１８ 制御信号
１９ 温度センサ
２０ 電流−電圧特性曲線
２１ 電力−電圧特性曲線
６０、６１ 時間プロファイル
Ｓ１〜Ｓ８ 方法ステップ
Ｓ４’、Ｓ６’、Ｓ８’ 方法ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6】