JP2009099971A

JP2009099971A - 光電池モジュール用の汎用インターフェース

Info

Publication number: JP2009099971A
Application number: JP2008248829A
Authority: JP
Inventors: Martin Fornage; フォルネージマーティン; Matthew Kengi Meeker; ケンジミーカーマシュー
Original assignee: Enphase Energy Inc
Current assignee: Enphase Energy Inc
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-05-07
Also published as: US20090084426A1; EP2043160A2

Abstract

【課題】光電池（ＰＶ）モジュール用の汎用インターフェースを提供する装置を開示する。
【解決手段】装置は、出力電力モジュール１１４をＰＶモジュール１０２に機械的に結合する汎用保持プレート２０２を備えている。
【選択図】図２

Description

関連技術の説明

[0003]太陽電池パネルは、従来、商用電源が利用できない荒野又は人工衛星における遠隔施設のような、主に遠隔用途に配備されてきたものである。高コストの設備であるため、太陽電池パネルは、その他の電力の選択肢が利用できない場合を除いて、発電用の経済的な選択肢ではなかった。しかしながら、世界的なエネルギ需要の伸びが、エネルギコストの恒久的な増加をもたらしている。さらに、発電するため現在使用されている化石エネルギ埋蔵量が急速に枯渇していることは今や十分に明らかにされている。これら従来型の商用発電の支障の増加は、太陽電池パネルをより魅力的な購入の選択肢としている。

[0004]太陽電池パネル、又は、光電池（ＰＶ）モジュールは、受けた太陽光からのエネルギを直流（ＤＣ）に変換する。ＰＶモジュールは、自ら生成した電気エネルギを蓄積できないので、エネルギは、バッテリー若しくは揚水式水力発電貯蔵所のようなエネルギ蓄積システムへ分配されるか、或いは、負荷によって分配されなければならない。ある状況では、ＰＶモジュールは、発生されたＤＣ電流を交流（ＡＣ）に反転するインバータに結合されることがある。この反転は、ＤＣ−ＤＣ変換を実行する第１の段階と、ＤＣ−ＡＣ反転を行う第２の段階の２段階で行われる。ＤＣ−ＡＣインバータは、分散型（即ち、複数のＰＶモジュールに対し複数のインバータ）であることもあり、集中型（即ち、複数のＰＶモジュールに対し一つのインバータ）であることもある。さらに、分散型インバータシステムでは、第１の段階は分散型であり、第２の段階が集中型であることがあり、或いは、両方の段階が分散型であることもある。得られるＡＣ電力をその後に利用して、家庭用電気製品のような装置を駆動することができ、及び／又は、発電された電力を商用電力会社へ販売するために商用電力グリッドに結合することができる。或いは、ＰＶモジュールは、パネルからの出力電力を制御しＤＣ出力を発生するために、複数個のダイオードを備えるＤＣジャンクションボックスに結合されることもある。

[0005]ＰＶモジュールは、ＡＣ電力又はＤＣ電力を供給するために使用され得るものであるが、現行のＰＶモジュールの構成は、ＤＣ−ＡＣインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、又は、ＤＣジャンクションボックスがＰＶモジュールに互換可能に結合され、又は、ＰＶモジュールに一旦結合された後に容易に取り外され得るようなフレキシビリティを提供していない。例えば、ＤＣジャンクションボックスが製造中にＰＶモジュールに永久的に接着されることがあり、したがって、ＤＣジャンクションボックスは、ＰＶモジュールから容易に取り外し不可能となるか、又は、ＤＣ−ＡＣインバータと交換不可能となる。

[0006]したがって、ＰＶモジュール用の汎用インターフェースを提供する装置が当分野で必要とされている。

発明の概要

[0007]本発明の実施形態は、一般に、光電池（ＰＶ）モジュール用の汎用インターフェースを提供する装置に関するものである。この装置は、ＤＣ−ＡＣインバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、又は、ＤＣジャンクションボックスをＰＶモジュールに機械的に結合する汎用保持プレートを備える。

[0008]上述した本発明の特徴が詳細に理解され得るよう、上に簡単に要約した本発明のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行う。実施形態の幾つかについては、添付の図面に示してある。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、本発明は他の等しく効果的な実施形態を認めるので、添付の図面は本発明の範囲を限定しているものとみなされるべきでないことに注意されたい。

詳細な説明

[0011]図１は本発明の一以上の実施形態に係る発電用システム１００のブロック図である。同図は、無数の可能なシステム構成のうちの一つのバリエーションを表現しているに過ぎない。本発明は様々な環境及びシステムで機能し得る。

[0012]システム１００は、複数のＰＶモジュール１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_ｎを備えており、各ＰＶモジュール１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_ｎは、それぞれ太陽から受けた太陽エネルギをＤＣ電流に変換するＰＶセルアレイ１０４_１、１０４_２、．．．、１０４_ｎを備えている。各ＰＶセルアレイ１０４_１、１０４_２、．．．、１０４_ｎは、それぞれ、発生したＤＣ電流を一組の導電端子１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_ｎに供給する電極を介して当該導電端子１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_ｎに連結されている。ＰＶモジュール１０２_１、１０２_２、．．．、１０２_ｎ、ＰＶセルアレイ１０４_１、１０４_２、．．．、１０４_ｎ、及び、一組の導電端子１０６_１、１０６_２、．．．、１０６_ｎを、それぞれ、ＰＶモジュール１０２、ＰＶセルアレイ１０４、及び、一組の導電端子１０６と総称する。

[0013]一以上の実施形態では、各ＰＶセルアレイ１０４は、ＤＣ電流を発生するために直列接続された２４個のＰＶセル（図示せず）を含む三つのグループを備え、このＤＣ電流を四つの電極を介して一組の導電端子１０６に結合する。また、一以上の実施形態では、図２に関連して更に後述するように、四つの電極の各電極が、一組の導電端子１０６のうちの個別の端子に連結されることがある。

[0014]発電システム１００は、インターフェース１０８と総称する複数のインターフェース１０８_１、１０８_２、．．．、１０８_ｎを更に備えている。各インターフェース１０８は、１対１の対応関係でＰＶモジュール１０２に結合されている。また、出力電力モジュール１１４と総称する複数の出力電力モジュール１１４_１、１１４_２、．．．、１１４_ｎが、インターフェース１０８を介して、１対１の対応関係で一組の導電端子１０６に結合されている。

[0015]本発明の一実施形態では、インターフェース１０８は、ヒートスプレッダ１１０及び汎用インターフェース１１２とそれぞれ総称するヒートスプレッダ１１０_１、１１０_２、．．．、１１０_ｎ及び汎用インターフェース１１２_１、１１２_２、．．．、１１２_ｎを備えている。ある種の実施形態では、ヒートスプレッダ１１０は、汎用インターフェース１１２と一体のものであってもよく、或いは、ヒートスプレッダ１１０は、汎用インターフェース１１２と分離されていてもよい。ヒートスプレッダ１１０は、放熱を向上し、熱伝導によってＰＶセルの温度を均一化することにより、汎用インターフェース１１２の周りの温度変化を最小限に抑え、それによって、ＰＶモジュール１０２の温度に敏感なＰＶセルの全体を通じて均一な熱プロファイルを維持する。このようなＰＶセルの温度均一化は、汎用インターフェース１１２が汎用インターフェース１１２の近くでＰＶセルの放熱を制限し、ＰＶセルが様々な温度で動作し、ＰＶモジュール１０２の電力生産に悪影響を与える原因となることがないことを保証する。

[0016]各出力電力モジュール１１４は、ＰＶモジュール１０２によって発生された電力を二つの出力インターフェースを介してバス１１６に結合する。ある種の実施形態では、出力電力モジュール１１４は、ＤＣ−ＡＣインバータであり、ＰＶモジュール１０２によって発生されたＤＣ電力を２端子ＡＣ電力出力に反転する。このようなＤＣ−ＡＣインバータはマイクロインバータであってもよい。別の実施形態では、出力電力モジュール１１４は、ＤＣジャンクションボックスであり、ＰＶモジュール１０２によって発生されたＤＣ電力を制御し、２端子ＤＣ出力を生成するために複数個のダイオードを備える。更なる実施形態では、出力電力モジュール１１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、ＰＶモジュール１０２からのＤＣ電圧を増減し、電圧を２端子ＤＣ出力に供給する。各実施形態において、出力電力モジュール１１４は、インターフェース１０８に搭載可能であるフォームファクタを有している。

[0017]汎用インターフェース１１２は、モジュールが後に必要に応じてＰＶモジュール１０２から分離され得るように、出力電力モジュール１１４をＰＶモジュール１０２に結合するインターフェース機能を提供する。このようなインターフェースによって、出力電力モジュール１１４を、製造中に、及び／又は、現場環境において、ＰＶモジュール１０２に容易に結合し、及び／又は、ＰＶモジュール１０２から分離することが可能となり、それによって、機能しなくなった出力電力モジュール１１４を交換し、又は、必要に応じて出力電力モジュール１１４のタイプを変更するフレキシビリティが提供される。

[0018]図２は、本発明の一以上の実施形態に係るＰＶモジュール１０２、一組の導電端子１０６、ヒートスプレッダ１１０、汎用インターフェース１１２、及び、２種類の出力電力モジュール１１４を備える組立体２００の分解斜視図である。

[0019]ある種の実施形態では、一組の導電端子１０６が、ＰＶモジュール１０２の背面に搭載されている。ある種の実施形態では、一組の導電端子１０６は、導電端子２０１と総称する四つの「クイック接続」端子２０１_１、２０１_２、２０１_３及び２０１_４を備え、導電端子２０１の各々がＰＶセル１０４からの個別の電極に結合されている。別の実施形態は、より少数又はより多数の導電端子２０１を備えていてもよい。導電端子２０１は、ＰＶモジュール１０２によって発生されたＤＣ電流を供給するために、出力電力モジュール１１４に結合され得る。さらに、導電端子２０１の一部は、ＰＶモジュール１０２の内部バイパスダイオードを支持することができ、このような内部バイパスダイオードは、特に、低い太陽輻射条件の間に、ＰＶセルの逆電圧破壊を阻止する。

[0020]ヒートスプレッダ１１０は、一般に、接着剤を使用してＰＶモジュール１０２に接着される。或いは、ヒートスプレッダ１１０は、ＰＶモジュール１０２に直接的に結合されていなくてもよい。ヒートスプレッダ１１０は、プラスチック、金属等のような任意の熱導電性材料から製造し得る。ある種の実施形態では、ヒートスプレッダ１１０のアーキテクチャは、図２に示すように、一連の放熱「フィン」を含んでいてもよい。

[0021]汎用インターフェース１１２は、汎用保持プレート２０２を備えている。ある種の実施形態では、汎用保持プレート２０２はヒートスプレッダ１１０と一体のものであってもよい。或いは、汎用保持プレート２０２は、（図２に示すように）別個の要素であって、ヒートスプレッダ１１０に接着されていてもよい。また、汎用保持プレート２０２は、一組の導電端子１０６に永久に接着されていてもよい。汎用保持プレート２０２は、出力電力モジュール１１４が必要に応じて後に汎用インターフェース１１２から分離され得るように出力電力モジュール１１４を汎用インターフェース１１２に機械的に結合するために、「クリップ」としての機能を果たす一つ以上の平坦なストリップを備えている。また、汎用インターフェース１１２は、周辺シーリングガスケット２０４を備えており、当該ガスケット２０４は、汎用保持プレート２０２と出力電力モジュール１１４との間に保持されている。周辺シーリングガスケット２０４は、環境からユニットを保護し、ＰＶモジュール１０２と出力電力モジュール１１４との間に熱障壁を設ける。

[0022]ある種の実施形態では、出力電力モジュール１１４は、ＤＣ−ＡＣインバータ２０６を構成している。この場合、インバータ２０６は、マイクロインバータタイプのインバータであってもよい。ある種の実施形態では、出力電力モジュール１１４はＤＣジャンクションボックス２０８を構成する。ある種の実施形態では、出力電力モジュール１１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を構成する。汎用インターフェース１１２は、ＤＣ−ＡＣインバータ２０６、ＤＣジャンクションボックス２０８、又は、ＤＣ−ＤＣコンバータを、必要に応じて、ＰＶモジュール１０２に結合し、取り外すことを可能とする。また、このような結合は、製造環境又は現場環境の何れで行われてもよい。汎用インターフェース１１２は、ＰＶモジュールを多種多様の出力電力モジュールと共に使用することを可能とすることによって、フレキシブルな太陽電池システムの設計及び製造を容易なものとする。

[0023]上記の説明は本発明の実施形態を対象にしているが、本発明のその他の実施形態及び更なる実施形態は本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考え出し得るものであり、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載された事項によって定められる。

本発明の一以上の実施形態に係る発電用システムのブロック図である。本発明の一以上の実施形態に係るＰＶモジュール、導電端子の組、ヒートスプレッダ、汎用インターフェース、及び、２種類の出力電力モジュールを備える組立体の分解斜視図である。

符号の説明

１００…システム、１０２，１０２_１，１０２_２，．．．，１０２_ｎ…ＰＶモジュール、１０４，１０４_１，１０４_２，．．．，１０４_ｎ…ＰＶセルアレイ、１０６，１０６_１，１０６_２，．．．，１０６_ｎ…導電端子、１０８，１０８_１，１０８_２，．．．，１０８_ｎ…インターフェース、１１０，１１０_１，１１０_２，．．．，１１０_ｎ…ヒートスプレッダ、１１２，１１２_１，１１２_２，．．．，１１２_ｎ…汎用インターフェース、１１４，１１４_１，１１４_２，．．．，１１４_ｎ…出力電力モジュール、１１６…バス、２００…組立体、２０１…導電端子、２０１_１，２０１_２，２０１_３，２０１_４…クイック接続端子、２０２…汎用保持プレート、２０４…周辺シーリングガスケット、２０６…ＤＣ−ＡＣインバータ、２０８…ＤＣジャンクションボックス。

Claims

光電池（ＰＶ）モジュール用の汎用インターフェースを提供する装置であって、出力電力モジュールを前記ＰＶモジュールに機械的に結合する汎用保持プレートを備える装置。
前記出力電力モジュールが、前記汎用保持プレートに搭載可能なフォームファクタを有するＤＣ−ＡＣインバータ、前記フォームファクタを有するＤＣ−ＤＣコンバータ、又は、前記フォームファクタを有するＤＣジャンクションボックスのうちの少なくとも一つを構成する、請求項１に記載の装置。
前記ＰＶモジュールに搭載された少なくとも一つの導電端子を更に備え、
前記少なくとも一つの導電端子は、前記出力電力モジュールに着脱可能に結合可能である、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも一つの導電端子が、前記汎用保持プレートに永久に接着されている、請求項３に記載の装置。
前記汎用保持プレートが、前記出力電力モジュールを前記ＰＶモジュールに機械的に結合する少なくとも一つの締結デバイスを含む、請求項１に記載の装置。
前記少なくとも一つの締結デバイスがクリップである、請求項５に記載の装置。
前記汎用保持プレートと前記出力電力モジュールとの間に保持されたシーリングガスケットを更に備える、請求項１に記載の装置。
前記出力電力モジュールが、前記汎用保持プレートに着脱可能に結合される、請求項１に記載の装置。
光電池（ＰＶ）モジュールで発生された熱を放熱する装置であって、
出力電力モジュールを前記ＰＶモジュールに機械的に結合する汎用保持プレートと、
前記ＰＶモジュールと前記出力電力モジュールとの間に保持され、前記ＰＶモジュールに均一な熱プロファイルを提供するヒートスプレッダと、
を備える装置。
前記ヒートスプレッダが、前記ＰＶモジュールに接着されている、請求項９に記載の装置。
前記ヒートスプレッダが、放熱フィンを備える、請求項９に記載の装置。
前記ヒートスプレッダが、前記汎用保持プレートと一体である、請求項９に記載の装置。