專利名稱：電力變換裝置以及發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力變換裝置以及發(fā)電裝置，特別是涉及以不穩(wěn)定的電源作為供電源的電力變換。
背景技術(shù)：
已知眾多的輸出不穩(wěn)定的電源。例如，基于溫度的電力變動劇烈的燃料電池，基于日照的電力變動大的太陽能電池，基于風(fēng)力的電力變動大的風(fēng)力發(fā)電機等是不穩(wěn)定電源的代表例。
這些電源由于輸出不穩(wěn)定，因此不能夠直接利用其發(fā)電電力。從而，作為在這些電源低輸出時補充電力的裝置，一般采用把這些電源連接到商用電力系統(tǒng)(以下稱為「系統(tǒng)」)的方法。例如，為了把太陽能發(fā)電裝置連接到100V的系統(tǒng)中，把太陽能電池單元串聯(lián)連接使得可以得到所需要的電壓(140V左右)，成為把串聯(lián)連接的太陽能電池單元連接到系統(tǒng)連接型的逆變器的形態(tài)。
為了利用不穩(wěn)定電源，如上述那樣，需要補充低輸出時的電力的裝置。因此存在發(fā)電裝置的成本提高的問題。在考慮到削減成本的情況下，特別成問題的是不穩(wěn)定電源的串聯(lián)連接。
該問題在電源電壓低的太陽能電池單元或者燃料電池單元中是很嚴重的。太陽能電池電單元的輸出電壓是0.5～1.8V左右，在連接到100V的系統(tǒng)中的情況下，需要至少串聯(lián)連接數(shù)十個太陽能電子單元。在把其適用在大規(guī)模的太陽能發(fā)電裝置中的情況下，進而需要并聯(lián)連接多個串聯(lián)連接了太陽能電池單元的串聯(lián)體，在其布線作業(yè)方面需要過多的工夫，并且大幅度地提高太陽能發(fā)電裝置的成本。
發(fā)明者們?yōu)榱私档桶l(fā)電裝置的成本，提出了在不穩(wěn)定電源單位中配置電力變換器，在電力變換器中輸入低電壓但比較大電流的電力，盡可能減少大幅度提高成本的布線作業(yè)的發(fā)電裝置。但是，對于不穩(wěn)定的電源，哪一種電力變換器的運轉(zhuǎn)效率高，能夠構(gòu)筑低成本的發(fā)電裝置是未知的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了分別或者集中解決上述問題而產(chǎn)生的，目的在于在輸出電壓不穩(wěn)定的電源中提供最佳的電力變換裝置。
在這樣的目的下，本發(fā)明的理想實施例示出用于對輸出電壓不穩(wěn)定的電源的輸出進行電力變換的電力變換器，該電力變換器包括，一次繞組是2或者3匝的變壓器；切換從上述電壓供給的直流電力，供給到上述變壓器中，把上述電源的輸出電壓升高到數(shù)十～數(shù)百倍的變換器。
本發(fā)明其它的特征以及優(yōu)點將從以下根據(jù)附圖的描述中明確，其中，在所有的附圖中相同的參考號碼表示相同或者相似的部分。


圖1是示出使用單元變換器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的概要。
圖2是示出單元變換器的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖3是單元變換器的外觀圖。
圖4示出DC/DC變換器以及逆變器的結(jié)構(gòu)。
圖5示出作為以太陽能電池的溫度為參數(shù)的太陽能電池的IV特性的一個例子。
圖6按照不同輸入電力繪出了實施例1中的DC/DC變換器的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
圖7按照不同輸入電力繪出了實施例2中的DC/DC變換器的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
圖8按照不同輸入電力繪出了比較例1中的DC/DC變換器的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
圖9示出隨著外部溫度以及日照量的變遷。
圖10示出太陽能電池單元的最佳動作點電壓。
圖11示出各個單元變換器的每30分鐘的累積電力。
圖12示出各個單元變換器的一天的累積電力。
圖13按照不同輸入電力繪出了實施例3中的DC/DC變換器的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
圖14按照不同輸入電力繪出了實施例4中的DC/DC變換器的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
圖15按照不同輸入電力繪出了比較例2中的DC/DC變換器的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
圖16示出隨著外部溫度以及日照量的變遷。
圖17示出太陽能電池單元的最佳動作點電壓。
圖18示出各個單元變換器的每30分鐘的累積電力。
圖19示出各個單元變換器的一天的累積電力。
圖20～25是分別示出在實施例1，實施例2，比較例1，實施例3，實施例4以及比較例2中使用的變壓器的規(guī)格的表。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施形態(tài)的發(fā)電裝置。
以下，作為不穩(wěn)定電源以使用太陽能電池單元的發(fā)電裝置為代表進行說明，而不穩(wěn)定電源不限于太陽能電池單元，也可以是上述的燃料電池或者風(fēng)力發(fā)電機等隨著溫度、濕度、日照、風(fēng)力等環(huán)境條件電力變動大的電源。
另外，以下由于是把太陽電池單元與電力變換器組合起來的發(fā)電裝置，因此把該發(fā)電裝置稱為「單元變換器」。
概要發(fā)明者們對于單元變換器進行了最佳的電力變換器的研究。
首先，如果考慮到電力變換器的輸入是低電壓，則需要使用變壓比大的變壓器。為了得到高電力變換效率而且實現(xiàn)小型化、低成本，變壓器的一次繞組匝數(shù)最好很少，因此最初考慮理想的是1匝。即，這是因為如果一次繞組是1匝，則能夠把二次繞組的匝數(shù)作為最小，由一次以及二次繞組的電阻成分產(chǎn)生電力損失(銅損)成為最低。
然后，發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了在變壓器的一次繞組的匝數(shù)、輸入電壓以及變換效率之間具有密切的關(guān)系。特別是，在不穩(wěn)定電源的情況下，得到了這樣的認識，即，由于其輸出電壓變化很大，因此電力變換器的輸出的累積電力有時在一次繞組為1匝的情況下并沒有成為最佳。
結(jié)構(gòu)圖1示出使用單元變換器的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的概要。
圖1所示的太陽能發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成為經(jīng)過插座55能夠把從單元變換器1輸出的交流電力反潮流地輸入到系統(tǒng)51中。系統(tǒng)51經(jīng)過買賣電表52，連接到分電盤53。在買賣電表52中包括累積從系統(tǒng)51向負載54供給的電力的買電電表，以及累積從太陽能發(fā)電系統(tǒng)反潮流地輸入到系統(tǒng)51的電力的賣電電表。在分電盤53中連接著向負載54供給電力的插座55，從單元變換器1輸入交流電力的插座55等多插座。
單元變換器圖2是示出單元變換器1的結(jié)構(gòu)的框圖，圖3是單元變換器1的外觀圖。
單元變換器1由太陽能電池單元7，配置在太陽能電池單元7的非感光面(背面)的DC/DC變換器9以及逆變器21構(gòu)成，把太陽能電池單元7的輸出電力(直流電力)變換為100V的交流電力，經(jīng)過與插座55對應(yīng)的插頭32輸出。
太陽能電池單元在單元變換器1中使用的太陽能電池單元7中，能夠使用非晶硅系列，多晶硅系列，單晶硅系列等太陽能電池。作為單元變換器1的輸入電壓，能夠把太陽能電池單元串聯(lián)連接得到理想的0.8～1.8V范圍的電壓。但是，如果使用疊層型太陽能電池單元，則由于能夠容易地得到0.8～1.8V范圍的電壓，不需要串聯(lián)連接太陽能電池單元因此更理想。作為疊層型太陽能電池單元，已熟知串聯(lián)構(gòu)造或者三層單元構(gòu)造。
另外，太陽能電池單元7的電力容量最好是以下的范圍。
太陽能電池的變換效率是10％左右。如果加大太陽能電池單元7的體積，則由于太陽能電池單元與電力變換器之間的距離加長，相應(yīng)地布線電阻增加，損失增大。況且，原本輸出電壓低的太陽能電池7的大型化將增大電流，使太陽能電池單元7與電力變換器之間的布線的損失急劇增加。換言之，即使盡可能縮短太陽能電池單元7與電力變換器之間的距離，加粗布線，為了抑制布線中的損失，在太陽能電池單元7的大容量化(大型化)方面也存在極限。
另一方面，在太陽能電池單元7中安裝了電力變換器的情況下，為了抑制布線中的損失，需要盡可能在太陽能電池單元7的附近配置電力變換器。如果使太陽能電池單元7小容量化(小型化)，則難以配置電力變換器，在此基礎(chǔ)上，還將增加為了得到必要的電力而所需要的單元變換器1的數(shù)量，增大太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本。
從而，太陽能電池單元7的電力容量從損失與成本的關(guān)系出發(fā)自然成為5～40W的范圍。
DC/DC變換器以及逆變器DC/DC變換器9把太陽能電池單元7的輸出電壓升壓，供給到逆變器21，而為了有效地利用太陽能電池單元7的比較小的發(fā)電電力，要求效率高而且損失低。
圖4示出DC/DC變換器9以及逆變器21的結(jié)構(gòu)。
DC/DC變換器9的柵極驅(qū)動電路46把相位相反的2個柵極驅(qū)動信號供給到構(gòu)成推挽開關(guān)電路的開關(guān)元件33以及34中，而柵極驅(qū)動信號(矩形波)的占空比是固定的。柵極驅(qū)動信號的占空比作為推挽開關(guān)電路的最大占空比的50％時變換效率最高。把柵極驅(qū)動信號的占比取為固定是為了簡化柵極驅(qū)動電路46，降低成本以及提高可靠性。另外，開關(guān)頻率根據(jù)由開關(guān)產(chǎn)生的損失以及變壓器小型化的折衷關(guān)系，設(shè)定在20k～數(shù)百kHz之間。
單元變換器1如上述那樣，輸入電壓低而且輸入電流大。因此，在DC/DC變換器9的全部損失中，一次側(cè)導(dǎo)通時的損失所占的比例非常大。如果把DC/DC變換器9的輸入電壓以及輸出電壓取為相同，則若使導(dǎo)通占空比成為一半，則在導(dǎo)通時流過開關(guān)元件的電流成為2倍。從而，如公式(1)所示，如果減小導(dǎo)通占空比驅(qū)動開關(guān)元件33以及34，則增加一次側(cè)的損失。
L＝Is2·R·D…(1)這里，L是一次側(cè)的損失Is是開關(guān)元件中流過的電流R是電阻值D是導(dǎo)通占空比例如，如果把導(dǎo)通占空比取為一半(D/2)，則開關(guān)元件中流過的電流成為2倍(2·Is)，一次側(cè)的導(dǎo)通時的損失由下式所示成為2倍。
L＝(2·Is)2·R·D/2＝4Is2·R·D/2＝2·Is2·R·D即，在DC/DC變換器9中，通過把柵極驅(qū)動信號的占空比固定為最大值的50％(或者，為了防止由于開關(guān)元件的延遲引起的開關(guān)元件33以及34雙方導(dǎo)通的期間，小于50％)，能夠使一次側(cè)損失成為最小。另外，由于DC/DC變換器9的二次側(cè)的電壓充分高(與100V的系統(tǒng)連接的情況下是140V左右)，二次側(cè)的電流與一次側(cè)相比較充分小(例如1/140左右)，因此與一次側(cè)相比，發(fā)生的損失的比例小。
另外，開關(guān)元件33以及34由于太陽能電池7的輸出電壓低，因此最好使用導(dǎo)通電阻低的毛斯夫。當(dāng)前，作為單極型元件的毛斯夫在導(dǎo)通電阻低的方面特別出色。
輸入電容器32最好使用等效串聯(lián)電阻(ESR)小，高頻特性出色的OS電容器(三洋電機制造)，使得DC/DC變換器9的供電源視為電壓源。除此以外，還能夠使用疊層陶瓷電容器，鉭電解電容器等ESR小的電容器。通過輸入電容器32，DC/DC變換器9的供電源被視為電壓源，把DC/DC變換器9稱為所謂的電壓型變換器。
變壓器15的變壓比(繞組比)在太陽能電池單元7的運行電壓最小時，進行設(shè)定使得在逆變器21中供給逆變器21用于輸出交流電壓100V所必需的直流電壓(例如140V以上)。另外，在使DC/DC變換器9的開關(guān)電路以最大占空比50％進行動作的情況下，DC/DC變換器9的輸出電壓成為在輸入電壓上乘以變壓器15的變壓比的值。
實施形態(tài)的變壓比的范圍由于采用考慮了輸出目標的最小電壓為48V的通信用直流電源，最大電壓為交流200V輸出的電壓變動的380V，作為輸入源的太陽能電池的最佳范圍是0.8V～1.8V，因此變壓器15的變壓比是25～500倍左右。
另外，雖然變壓器15的匝數(shù)越大，太陽能電池單元7低輸出時的電力變換效率越提高，但是反之在太陽電池單元7高輸出時顯現(xiàn)出使電壓變換效率降低的狀態(tài)。發(fā)明者們根據(jù)溫度變化或者日照變動，為了改善連接了其輸出電壓大幅度變動的不穩(wěn)定電源的電力變換器的變換效率的累積值(以下稱為「累積變換效率」)，發(fā)現(xiàn)了最好使變壓器15的一次繞組的匝數(shù)為2～3匝。
如果使一次繞組的匝數(shù)為2～3匝，則與1匝相比較，具有一次繞組的長度成為2～3倍的缺點。進而，由于繞組區(qū)域恒定，因此分配給每一匝繞組的繞組截面積成為1/2～1/3，其結(jié)果，一次繞組的電阻值大約成為4～9倍。但是，由于變壓器的磁芯的磁通密度成為1/2～1/3，因此降低變壓器的鐵損。另外，DC/DC變換器9總體的一次側(cè)損失除去上述的變壓器15的鐵損以及一次繞組的銅損以外，還有由開關(guān)元件33以及34的導(dǎo)通電阻產(chǎn)生的損失或者布線中的損失，因此盡管變壓器15的一次繞組的電阻值成為4倍，但DC/DC變換器9總體的損失也不會成為4倍。另外，所謂匝數(shù)，指的是作為磁通的通路的磁芯與作為電流的通路的電線相交鏈的數(shù)量。
單元變換器的動作在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，在DC/DC變換器9中從太陽能電池單元7輸入直流電力，所輸入的直流電力由輸入電容器32平滑，通過由柵極驅(qū)動電路46，開關(guān)元件33以及34和變壓器15構(gòu)成的升壓電路升壓。從變壓器15的二次繞組輸出的電力由二極管橋36整流，由濾波電路37濾波了以后，供給到逆變器21。
另外，由于固定DC/DC變換器9的開關(guān)電路的占空比，因此輸入電壓與輸出電壓之比始終為恒定。從而，DC/DC變換器9的輸出電壓用公式(2)表示，如果太陽能電池單元7的動作點電壓變動，則DC/DC變換器9的輸出電壓也變動。
Vd＝Tr×Vop…(2)這里，Vd是DC/DC變換器9的輸出電壓Vop是太陽能電池單元7的動作點電壓Tr是升壓比逆變器21的控制電路53由輸入電壓檢測器54以及輸入電流檢測器55，監(jiān)視從DC/DC變換器9輸入的電壓以及電流，通過脈寬調(diào)制(PWM)控制逆變器橋52的開關(guān)動作。通過該控制，控制DC/DC變換器9的輸出電壓以及電流，其結(jié)果，能夠控制太陽能電池單元7的動作點電壓以及電流。換言之，控制電路53通過進行使DC/DC變換器9與太陽能電池單元7組合在一起的最大電力跟蹤控制，有效地利用太陽能電池單元7的發(fā)電電力。
輸入到逆變器21的直流電力由包括逆變器橋52以及串聯(lián)電感器的濾波器58變換為交流電力，供給到插頭32。
監(jiān)視逆變器21的輸入電壓以及電流，PWM控制逆變器橋52的方法已知公用的多個方法，而在這里說明其一個例子。
用單芯片程序處理器等構(gòu)成的控制電路53如以下那樣生成供給到由橋式連接的4個開關(guān)元件構(gòu)成的逆變器橋52的開關(guān)控制信號。
控制電路53由輸入電壓檢測器54以及輸入電流檢測器55，檢測輸入電壓以及輸入電流，設(shè)定太陽能電池單元7的最佳動作點電壓的指令值。然后，把最佳動作點電壓的指令值與輸入電壓進行比較，生成輸入誤差信號。
另一方面，控制電路53由具有帶通濾波器的交流電壓檢測器56，檢測連接點的基本頻率成分的電壓。而且，把輸入誤差信號與表示檢測出的基本頻率成分的電壓的信號進行乘法運算，生成表示控制目標值的電流指令值信號。進而，把電流指令值信號與表示由輸出電流檢測器57檢測出的交流電流的信號進行運算，生成電流誤差信號。
作為控制電路53的一部分的柵極控制電路把電流誤差信號與數(shù)十kHz左右的基準三角波信號進行比較，生成PWM開關(guān)信號，供給到逆變器橋52的各個開關(guān)元件中。
通過這樣的最大電力跟蹤控制以及反饋控制，逆變器21從太陽能電池單元7以及DC/DC變換器9抽取出最大電力，輸出具有與系統(tǒng)51相同的電流相位而且功率因數(shù)為1的交流電力。
以下，示出本發(fā)明的代表性的實施例，從與比較例的比較結(jié)果檢驗其效果。
實施例以下說明的各實施例中的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的形態(tài)與圖1相同，單元變換器4的結(jié)構(gòu)與圖4相同。
實施例1實施例1是作為太陽能量電池單元7，使用疊層了非晶型和微晶層的薄膜太陽能電池的例子。另外，疊層太陽能電池的構(gòu)造或者制造方法，集電電極的安裝方法等由于與本發(fā)明的本質(zhì)無關(guān)，因此省略詳細的說明，而公開在特開平11-243219號公報或者特開平8-139439號公報等中。
太陽電池單元7的單個單元性能在額定日照(光譜AM1.5，100mW/cm2，單元溫度55℃)中，是輸出1.0V，15.0A。在一片太陽能電池單元7中安裝DC/DC變換器9，做成發(fā)電裝置。
變壓器如果把太陽能電池單元7的最小運行電壓定為0.8V，則在把100V的系統(tǒng)作為連接目標時的升壓比可以是0.8∶140＝1∶175，而為了留有余量，變壓器15的變壓比(一次繞組數(shù)二次繞組數(shù))取為1∶200。另外，DC/DC變換器9的開關(guān)頻率取為40kHz，占空比固定為50％。
由于DC/DC變換器9是推挽結(jié)構(gòu)，因此如果把變壓器15的兩個一次繞組的匝數(shù)記為P1以及P2，二次繞組的匝數(shù)記為S1，則繞組比P1∶P2∶S1成為1∶1∶200。圖20示出在實施例1中使用的變壓器15的標準。
輸出特性太陽能電池單元7的輸出電壓根據(jù)周圍溫度或者日照等環(huán)境時刻發(fā)生變化，輸入了太陽能電池單元7的發(fā)電電力的DC/DC變換器9的輸入電壓也隨著環(huán)境發(fā)生很大變化。
圖5示出以太陽能電池的溫度為參數(shù)的太陽能電池的IV特性的一個例子。雖然太陽能電池根據(jù)其種類而不同，但是如果其電壓降低則動作變壓具有升高的傾向。當(dāng)然，根據(jù)日照量動作電壓發(fā)生變化。
圖6按照不同輸入電力繪出實施例1中的DC/DC變換器9的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。另外，表示各特性的曲線不重合那樣，分為低日照時(輸入電力為1～8W)和高日照時(輸入電力為9～15W)的兩種情況示出。另外，DC/DC變換器9的電力變換效率η用公式(3)表示。
η[％]＝(Vo·Io/Vi·Ii)×100…(3)這里，Vo是DC/DC變換器9的輸出電壓Io是DC/DC變換器9的輸出電流Vi是DC/DC變換器9的輸入電壓Ii是DC/DC變換器9的輸入電流雖然根據(jù)環(huán)境的變化，輸入電壓發(fā)生變化，但是如圖6所示，在大約0.8～1.2V的范圍內(nèi)，顯示出穩(wěn)定的高變換效率(80～95％)。
實施例2實施例2是把DC/DC變換器9中使用的變壓器15的一次繞組取為3匝的情況。圖21示出實施例2中使用變壓器15的標準。
圖7與圖6相同，是按照不同輸入電力繪出了實施形態(tài)2中的DC/DC變換器9的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
與實施例1相比較，實施例2的DC/DC變換器9大致示出低日照時(輸入電力為1～8W)的變換效率良好，高日照時(輸入電力為9～15W)的變換效率降低的傾向。
比較例1為了示出實施例1以及實施例2的有效性，作為比較例1，制作組裝了一次繞組為1匝的變壓器15的DC/DC變換器9。圖22示出在比較例1中使用的變壓器15的標準。
圖8與圖6以及圖7相同，是按照不同輸入電力繪出了比較例1中的DC/DC變換器9的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
與實施例1以及實施例2相比較，比較例1的DC/DC變換器9雖然在額定時(1V，15W輸入時)的變換效率出色，但是特別是在輸入電壓高的情況下變換效率低。從而，可以預(yù)測在早晚的太陽能電池單元7的溫度低、日照弱的情況下，或者在氣溫低的冬季等變換效率降低。
比較試驗圖9～圖12示出把某一天中的實施例1、2以及比較例1的單元變換器1的累積電力進行比較的結(jié)果，圖9示出外部溫度以及日照量的變遷，圖10示出太陽能電池單元7的最佳動作點電壓(換言之，DC/DC變換器9的輸入電壓的變遷)，圖11示出各個單元變換器1的每30分鐘的累積電力，圖12示出各個單元變換器1的一天的累積電力。
如圖11所示，把一次繞組做成2、3匝的實施例1、2與一次繞組為1匝的比較例1相比較，在低日照時示出出色的輸出特性。另外，雖然從圖11難以了解，但是如果把相同的日照條件的午前與午后進行比較，則午前中的單元變換器1的溫度低的時間帶的輸出差。這一點如圖6～圖8所示，是因為在太陽能電池單元7的溫度低，太陽能電池單元7的輸出電壓高(輸入電壓高)的情況下，比較例1的變換效率低。
合計圖11所示的每30分鐘的累積電力，作為一天的累積電力的是圖12。如圖12所示，實施例1、2與比較例1相比較，雖然除去早晚后的白天的發(fā)電量差，但是早晚的發(fā)電量多，一天的累積電力實施例1、2大于比較例1。另外，圖9到圖12中示出晴天時的數(shù)據(jù)，而陰天時，一天的實施例1、2的發(fā)電量大多超過比較例1的發(fā)電量。另外，即使是晴天時，在早晚或者單元變換器1的溫度低的冬季等，由于實施例1、2的發(fā)電量超過比較例1的發(fā)電量，因此能夠預(yù)測實施例1、2與比較例1相比較，一年的發(fā)電量多。
進而，與圖8所示的變換效率特性相比較，圖6以及圖7所示的變換效率特性由于對于輸入電壓的變化穩(wěn)定，因此通過把一次繞組做成2～3匝，也能夠期待擴大太陽能電池單元7的動作點電壓的范圍的效果。
實施例3實施例3在太陽能電池單元7中使用了把包括非晶硅的光電變換層疊層了三層的太陽能電池單元。這種太陽能電池單元的制造方法公開在特開平6-21494號公報等中。
太陽能電池單元7的性能在額定日照(光譜AM1.5，100mW/cm2，單元溫度55℃)中，輸出是1.5V，30W。另外，太陽電池單元7的最佳動作點電壓根據(jù)環(huán)境(日照，溫度)的變化，在1.2～1.8V之間變化。
DC/DC變換器9與其它的實施例相同，由推挽電路構(gòu)成，其開關(guān)頻率是40kHz，占空比固定為50％。其中，由于太陽能電池單元7的電壓與實施例1不同，因此改變所使用的變壓器15的變壓比。
變壓器由于太陽能電池單元7的最佳動作點電壓的最小值是1.2V，因此把以100V的系統(tǒng)51作為連接目標的升壓比是1.2∶140＝1∶117，為了有余量，把變壓器15的變壓比取為1∶133。圖23示出在實施例3中使用的變壓器15的標準。
輸出特性圖13按照不同輸入電壓繪出實施例3中的DC/DC變換器9的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
雖然輸入電壓根據(jù)環(huán)境的變化而變化，但是如圖13所示，在大約1.2～1.8的范圍內(nèi)，顯示出穩(wěn)定的高變換效率(90～95％)。
實施例4實施例4與實施例3相同使用太陽能電池單元7，把在DC/DC變換器9中使用的變壓器15的一次繞組做成3匝。圖24是示出實施例4中使用的變壓器15的標準。
圖13按照不同輸入電壓繪出實施例4中的DC/DC變換器9的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
與實施例3相比較，實施例4的DC/DC變換器9大致顯示出在低日照時(輸入電力為1～8W)的變換效率良好，高日照時(輸入電力為9～15W)的變換效率降低的傾向。
比較例2為了顯示實施例3以及實施例4的有效性，作為比較例2制作組裝了一次繞組為1匝的變壓器15的DC/DC變換器9。圖25示出在比較例2中使用變壓器15的標準。
圖15與圖13以及圖14相同，按照不同輸入電力繪出比較例2中的DC/DC變換器9的電力變換效率與輸入電壓的關(guān)系。
與實施例3以及實施例4相比較，比較例2的DC/DC變換器9雖然額定時(1.5V，30W輸入時)的變換效率出色，但是特別是在輸入電壓高的情況下變換效率低。從而，可以預(yù)測在早晚的太陽能電池單元7的溫度低、日照弱的情況下，或者在氣溫低的冬季等變換效率降低。
比較試驗圖16～圖19示出把某一天中的實施例3、4以及比較例2的單元變換器1的累積電力進行比較的結(jié)果，圖16示出外部溫度以及日照量的變遷，圖17示出太陽能電池單元7的最佳動作點電壓(換言之，DC/DC變換器9的輸入電壓的變遷)，圖18示出各個單元變換器1的每30分鐘的累積電力，圖19示出各個單元變換器1的一天的累積電力。
如圖18所示，把一次繞組做成2、3匝的實施例3、4與一次繞組為1匝的比較例2相比較，在低日照時示出出色的輸出特性。另外，雖然從圖18難以了解，但是如果把相同的日照條件的午前與午后進行比較，則午前中的單元變換器1的溫度低的時間帶的輸出差大。這一點如圖13～圖15所示，是因為在太陽能電池單元7的溫度低，太陽能電池單元7的輸出電壓高(輸入電壓高)的情況下，比較例2的變換效率低。
合計圖18所示的每30分鐘的累積電力，作為一天的累積電力的是圖19。如圖19所示，實施例3、4與比較例2相比較，雖然除去早晚后的白天的發(fā)電量差，但是早晚的發(fā)電量多，一天的累積電力實施例3、4大于比較例2。另外，圖16～圖19中示出晴天時的數(shù)據(jù)，而陰天時，一天中的實施例3、4的發(fā)電量大多超過比較例2的發(fā)電量。另外，即使是晴天時，在早晚或者單元變換器1的溫度低的冬季等，由于實施例3、4的發(fā)電量超過比較例2的發(fā)電量，因此能夠預(yù)測實施例3、4與比較例2相比較，一年的發(fā)電量多。
進而，與圖15所示的變換效率特性相比較，圖13以及圖14所示的變換效率特性由于對于輸入電壓的變化穩(wěn)定，因此通過把一次繞組做成2～3匝，也能夠期待擴大太陽能電池單元7的動作點電壓的范圍的效果。
這樣，如果依據(jù)本實施形態(tài)，則在以輸出電壓不穩(wěn)定的電源作為輸入的電力變換器中，通過把用于把從不穩(wěn)定的電源輸出的直流電力升壓的變壓器的一次繞組做成2或者3匝，能夠提高發(fā)電裝置一天的累積電力(換言之，一天的變換效率)。特別是，在作為不穩(wěn)定電源使用太陽能電池的變換器中，能夠有效地利用太陽能電池的發(fā)電電力。
權(quán)利要求
1.一種電力變換器，用于對輸出電壓不穩(wěn)定的電源的輸出進行電力變換，其特征在于包括一次繞組是2或者3匝的變壓器；開閉從上述電源供給的直流電力，從而供給到上述變壓器中，把上述電源的輸出電壓升壓為數(shù)十到數(shù)百倍的變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于上述變換器把上述電源的輸出電壓升壓為25到500倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于上述電源是太陽能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于上述電源是單一單位的太陽能電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于上述變換器進行固定頻率而且固定占空比的開閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于還包括通過使上述變換器的輸出電壓幾乎成為恒定的開閉動作，把從上述變換器輸出的直流電力變換為交流電力的逆變器。
7.一種發(fā)電裝置，其特征在于包括輸出電壓不穩(wěn)定的電源；權(quán)利要求1所述的電力變換器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其特征在于具有與額定輸出電力相對應(yīng)數(shù)量的上述電力變換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其特征在于還包括通過使上述變換器的輸出電壓幾乎為恒定的開閉動作，把從上述變換器輸出的直流電力變換為交流電力，并且作為上述發(fā)電裝置的輸出的逆變器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其特征在于上述發(fā)電裝置連接到商用電力系統(tǒng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其特征在于上述電源是太陽能電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)電裝置，其特征在于上述電源是單一單位的太陽能電池。
全文摘要
在太陽能電池單元單位中配置電力變換器，在電力變換器中輸入低電壓、比較大電流的電力，能夠盡可能減少大幅度提高發(fā)電裝置的成本的布線作業(yè)，為此，對于太陽能電池那樣不穩(wěn)定電源，希望能夠構(gòu)筑運行效率出色，低成本的發(fā)電裝置的電力變換器，作為這樣的電力變換器，提供開閉從太陽能電池單元供給的直流電力，供給到變壓器中，把太陽能電池單元的輸出電壓升壓為數(shù)十到數(shù)百倍的DC/DC變換器，這時，變換器的一次繞組做成2或者3匝。
文檔編號H02J3/04GK1474492SQ0312756
公開日2004年2月11日 申請日期2003年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者近藤博志, 竹原信善, 善 申請人:佳能株式會社