JP2012504864A - ソーラー・パネル・アレイの監視・制御用ネットワーク構成 - Google Patents
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Abstract
Description
1つ以上のPVモジュールを有するソーラー・パネルは、パネルの比較的大きい表面に入射する太陽光を比較的小さい表面の太陽電池又は直列接続された複数の太陽電池に集中させるための光学素子を更に有することができる。集中型光起電モジュール(CPV)と呼ばれるこのようなPVモジュールは、太陽光を集中させるための光学素子を備えていないシステムと比較してエネルギー効率が高い。従来技術によるCPVモジュールの例を図6に示す。図6のCPVモジュールの第1例600−1の小さいセグメントの透視図には基板608に取り付けられた複数の太陽電池604の上部に二次元配置された複数のレンズ602が示されている。基板608はCPVモジュール600−1の他のコンポーネントを構造的に支持するものであり、熱を消散するための構造体を更に有することができる。太陽電池604はレンズ602の焦点近傍に配置されている。隣接する太陽電池は導電体606により直列に接続されている。
過度に太陽光が照射されるとオーバーヒートにより太陽電池が損傷することがある。そのため、PVモジュールは太陽電池の温度を測定する装置を備えている。太陽光発電システムの運用者は、太陽の方向からソーラー・パネルを外すことにより、高温領域が検出されたPVモジュールの温度を下げることができる。特にCPVモジュールについては、比較的大きい収集面で収集された太陽光が比較的小さい太陽電池に集中されるため高温領域の監視が必要である。図6及び7に示す従来技術において、温度測定装置122が熱的に太陽電池604に接続されている。図示のように、温度センサーが多数の太陽電池に取り付けられている。温度測定装置の出力信号をシステム運用者が監視することにより、太陽電池の安全動作限界を超える温度が検出される。大規模ソーラー・パネルにおいては、PVモジュールにおける多数の位置の温度を監視する必要がある。
本発明によるネットワーク構成の実施の形態が直列接続された複数のインテリジェント・ノードを任意に有して成り、1つのインテリジェント・ノードの出力端子が次のインテリジェント・ノードの入力端子に接続されることによりインテリジェント・ノード・チェーンを形成している。この実施の形態を任意に拡張して並列接続又は木構造化した複数のインテリジェント・ノード・チェーンを含み、各インテリジェント・ノード・チェーンの出力を当該エリアのゲートウェイに電気的に接続すると共に、インバーター及び変圧器に電気的に接続することができる。ネットワークのエリアは1つのゲートウェイと通信するすべてのインテリジェント・ノードを含んでいる。更に、実施の形態は1つ以上のエリアとデータ及びコマンドを交換するよう構成された中央サーバーを有することができる。好ましい実施の形態において、ゲートウェイと中央サーバーとの通信が無線通信チャンネルを介して行われる。
インテリジェント・ノード100が受信したコマンドによって、バイパス・リレー104の切替え状態が選択的に変更される。第1の切替え状態において、PVモジュール130の電圧・電流出力が結合されたインテリジェント・ノード入力端子118の電圧・電流入力がバイパス・リレー104の第1切替え端子からその出力端子に接続される。第2の切替え状態において、入力端子118の電圧・電流入力であってバイパス・バス106によって搬送されたものがバイパス・リレー104の第2切替え端子からその出力端子に接続される。バイパス・リレー104の出力端子はインテリジェント・ノードの出力端子120に電気的に接続されている。バイパス・リレー104が第1の切替え状態にあるとき、PVモジュール130が発電した電力はインテリジェント・ノード100の出力端子120における電圧・電流出力に寄与する。バイパス・リレー104が第2の切替え状態にあるとき、PVモジュール130からの電力はインテリジェント・ノード100の電圧・電流出力から除外される。いずれの切替え状態においても、インテリジェント・ノード入力端子118において受信された電力、データ、及びコマンドはインテリジェント・ノードの出力端子120に接続される。
例えば、夜間、曇天時、あるいは保守又は修理時など、インテリジェント・ノード内のコンポーネントがPVモジュールから十分な電力を受けていないときでもインテリジェント・ノードを稼動させることが好ましい。従って、ノード・コントローラの実施の形態は蓄電池や大容量コンデンサーのようなエネルギー蓄積モジュール及びエネルギー蓄積モジュールの消費エネルギーを補充するための充電回路を任意に備えることができる。図1〜3の例におけるノード・コントローラは充電器150から充電電流・電圧を受けるよう構成されたエネルギー蓄積モジュール148を備えている。充電器150はインテリジェント・ノード出力端子120に電気的に接続された線から入力電圧・電流を受け、それをエネルギー蓄積モジュール148の再充電に適した出力電流・電圧に変換する。
ゲートウェイ204のPLCインターフェースがエリア電力・データ・バス212に電気的に接続されている。ゲートウェイ204の無線XCVRによりゲートウェイ204とエリア200内のインテリジェント・ノードとの間におけるもう1つの通信手段が提供される。ゲートウェイ204の無線XCVR及びPLCインターフェースはエリア200内のインテリジェント・ノードとの冗長通信手段を構成している。他のエリアのデータ及びコマンドを排除するよう更にゲートウェイ204を構成することもできる。
例えば、夜間や保守又は修理時など、エリア内のPVモジュールが発電していないときもインテリジェント・ノードを稼動させることが好ましい。従って、電力バックアップ・システムを備えることにより、インテリジェント・ノードがエリア電力・データ・バスに送電していないとき、ゲートウェイ及び関連インテリジェント・ノードを稼動させることができる。エリア電力・データ・バス212に接続された電力バックアップ・システム218を図4に示す。例えば、電力バックアップ・システムは蓄電池、発電機、あるいは送電グリッドへの接続を含むがこれに限定されない。図1〜3のエネルギー蓄積モジュール148のようなノード・コントローラのエネルギー蓄積モジュールの再充電に電力バックアップ・システム218を任意に使用することができる。
102 ソーラー・パネル
104 バイパス・リレー
106 バイパス・バス
108 ノード・コントローラ
110 電力線通信(PLC)インターフェース
112 無線トランシーバー
118 インテリジェント・ノード入力端子
120 インテリジェント・ノード出力端子
130 光起電(PV)モジュール
144 コンセントレータ
148 エネルギー蓄積モジュール
150 充電器
200 エリア
204 ゲートウェイ
302 中央サーバー
Claims (29)
- 複数のソーラー・パネルを監視・制御するためのネットワーク構成であって、
インテリジェント・ノード入力端子と、
第1切替え端子及び第2切替え端子を有するバイパス・リレーと、
前記インテリジェント・ノード入力端子に電気的に接続された入力及び前記バイパス・リレーの前記第1切替え端子に電気的に接続された出力を有するPVモジュールと、
前記インテリジェント・ノード入力端子及び前記バイパス・リレーの前記第2切替え端子に電気的に接続されたバイパス・バスと、
を備えたインテリジェント・ノードを有して成るネットワーク構成において、
前記インテリジェント・ノードがバイパス・コマンドを受信するよう構成され、前記インテリジェント・ノードが前記バイパス・コマンドを受信したとき、前記バイパス・リレーが前記バイパス・バスを選択することを特徴とするネットワーク構成。 - 前記インテリジェント・ノードが少なくとも2つの冗長通信手段を更に有して成ることを特徴とする請求項1記載のネットワーク構成。
- 第1冗長通信手段が無線トランシーバーであることを特徴とする請求項2記載のネットワーク構成。
- 第2冗長通信手段が電力線通信回路であることを特徴とする請求項3記載のネットワーク構成。
- 前記インテリジェント・ノードがソーラー・パネルを更に有して成ることを特徴とする請求項4記載のネットワーク構成。
- 前記インテリジェント・ノードが、前記ソーラー・パネルの位置を制御するよう構成されたノード・コントローラを更に有し、該ノード・コントローラが複数の電気信号入力端子及び複数の電気信号出力端子を有することを特徴とする請求項5記載のネットワーク構成。
- 前記インテリジェント・ノードが、エネルギー蓄積モジュール及び前記PVモジュールの出力電圧を前記エネルギー蓄積モジュールの充電電圧に変換するよう構成された充電器を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された第1出力端子を有する電圧測定装置を更に有し、該電圧測定装置が、前記PVモジュールの出力電圧を測定し測定電圧に関する信号を前記第1出力端子に出力するよう構成されて成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された第2出力端子を有する電流測定装置を更に有し、該電流測定装置が、前記PVモジュールの出力電流を測定し測定電流に関する信号を前記第2出力端子に出力するよう構成されて成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された出力端子を有する温度測定装置を更に有し、該温度測定装置が、前記PVモジュールの温度を読み取るよう構成されて成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された出力端子を有する太陽光強度測定装置を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された出力端子を有する表面清浄度測定装置を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された出力端子を有する反射率測定装置を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された出力端子を有する方位角測定装置を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラの前記複数の電気信号入力端子の1つに電気的に接続された出力端子を有する仰角測定装置を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 制御入力を有し、前記ソーラー・パネルに回転可能に連結された仰角モーターと、
前記ノード・コントローラに設けられた前記仰角モーターの制御入力に電気的に接続された第1モーター制御出力端子と、
を更に有して成ることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。 - 制御入力を有し、前記ソーラー・パネルに回転可能に連結された方位角モーターと、
前記ノード・コントローラに設けられた前記方位角モーターの制御入力に電気的に接続された第2モーター制御出力端子と、
を更に有して成ることを特徴とする請求項16記載のネットワーク構成。 - 前記ソーラー・パネル、前記方位角モーター、及び前記仰角モーターがコンセントレータを形成し、前記ノード・コントローラに電気的に接続された別の少なくとも1つのコンセントレータを更に有して成ることを特徴とする請求項17記載のネットワーク構成。
- 前記ノード・コントローラが前記第1冗長通信手段、前記第2冗長通信手段、又は該第1及び第2通信手段からデータ及びコマンドを受信できることを特徴とする請求項6記載のネットワーク構成。
- 少なくとも2つの直列接続されたインテリジェント・ノードから成るノード・チェーンを更に有して成ることを特徴とする請求項19記載のネットワーク構成。
- 無線トランシーバー及び電力線通信回路を備えたゲートウェイを更に有して成ることを特徴とする請求項20記載のネットワーク構成。
- 前記ゲートウェイ及び前記ノード・チェーンに電気的に接続されたエリア電力・データ・バスと、
前記エリア電力・データ・バス、前記ゲートウェイ、及び前記ノード・チェーンから成るエリアと、
を更に有して成ることを特徴とする請求項21記載のネットワーク構成。 - 前記エリア電力・データ・バスに電気的に接続された電力バックアップ・システムを更に有して成ることを特徴とする請求項22記載のネットワーク構成。
- 前記エリアが、前記エリア電力・データ・バスに電気的に接続された入力と、インバーター出力とを有するインバーターを更に有して成ることを特徴とする請求項22記載のネットワーク構成。
- 前記エリアが前記インバーター出力に電気的に接続された入力を有する変圧器を更に有して成ることを特徴とする請求項24記載のネットワーク構成。
- 前記エリアが前記エリア電力・データ・バスに電気的に接続された複数のノード・チェーンを更に有して成ることを特徴とする請求項25記載のネットワーク構成。
- 前記ゲートウェイと通信するよう構成された無線トランシーバーを有する中央サーバーを更に有して成ることを特徴とする請求項25記載のネットワーク構成。
- 前記エリアと前記中央サーバーとの間に冗長通信手段を更に有して成ることを特徴とする請求項24記載のネットワーク構成。
- 少なくとも2つのエリアを有して成ることを特徴とする請求項28記載のネットワーク構成。
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