JP2013510553A - 複数の入力から直流電力を結合するシステム - Google Patents

Abstract

【解決手段】 複数の直流電源を結合するシステムが提供される。前記システムは、発電素子のアレイ（例えば、ソーラーパネルアレイ）からの複数の給電を結合し、前記給電を単一電圧の出力に結合するように動作する。前記システムは、各入力からの電流を監視する電流モニタリングアセンブリを含み、特定の出力に関連する動作不良または他の問題があるかを評価する。分析を必要としている前記アレイにおける発電素子を知らせる警告または他の信号を操作者に提供することができる。
【選択図】 図９

Description

優先権の主張
本出願は、２００９年１１月９日付けで出願された米国仮特許出願第６１／２８０，７１０に対して優先権を主張する。本出願はまた、２０１０年７月１３日付で出願された米国仮特許出願第６１／３６３，８８３号に対して優先権を主張する。上記の出願の全ての内容はこの参照により本明細書に組み込まれる。

発明の属する分野
本発明は、複数の電源を結合して単一出力を提供する分野に関する。より具体的には、本発明は、複数のソーラーパネルまたは複数のソーラーパネルアレイによる発電電力を結合するシステムに関する。

個人および企業が電気代および温室効果ガスの排出を減らす方法を模索するに従い、ソーラーパネルを利用した電力生産は拡大を続けている。ソーラーパワー（太陽光発電）を利用した発電が増加するにつれて、ソーラーパワーを生産するのに使用されるアレイのサイズも増加する。前記エネルギーを利用するため、前記アレイの一部からの電気出力を結合しつつ、様々な部分の出力を監視してソーラーアレイの特定の部分に動作不良があるかを検知できることが望ましい。重大な損傷を与える可能性がある動作不良の１つに、アーク放電がある。大型のソーラーアレイは高電圧を発生するため、前記アレイの回路の１つで短絡が発生した場合、前記ソーラーパネルが太陽光に曝されている間、電線はアーク放電を生じる。前記電気アークは、絶縁体、コネクタ、または筐体を溶け落ちまたは融解させることが可能な極度の高温を発生して火災を引き起こすことがある。

本発明は、ソーラーパネルの複数の電源回路を結合して単一結合出力回路を作り出すシステムを提供する。前記システムはさらに、各電源回路からの各電流入力を監視する機構を提供する。より具体的には、前記システムは、出力回路を作り出す複数の光起電電源回路に接続される結合器アセンブリを含む。１若しくはそれ以上の電源回路からの出力は、バスバーに接続される。前記バスバーは複数の細長いフィンガーを含み、各細長いフィンガーは前記電源回路の少なくとも１つからの出力と電気的に連通している。前記バスバーの各フィンガーに隣接するセンサーは、前記バスバーのフィンガーを通る電流を検知する。前記センサーは、前記バスバーのそれぞれのフィンガーを通る電流量を示す信号を提供する。前記センサーは、前記バスバーフィンガーに隣接して搭載されるホール効果センサーであってもよく、当該ホール効果センサーは前記バスバーのフィンガーを通る電流によって生成される磁場に反応する。

別の観点に従って、前記ホールセンサーによって生成される信号は、各電源回路によって生成される電流量を測定するのと同時に、電源回路において問題である例えばアーク放電による故障などを検知するのに使用することができる。前記アセンブリはまた、故障が検知された場合、前記結合器アセンブリの出力の接続を切る接触器を含み、これによりアーク放電が発生している回路に流れる電流が遮断される。

前述の本発明の概要および好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことにより最も理解されるであろう。
図１は、直流電力を結合するシステムの正極入力アセンブリの斜視図である。 図２は、図１に図示する正極入力アセンブリの別の斜視図である。 図３は、図１に図示する正極入力アセンブリのバスバーおよび電流モニタリングアセンブリの部分斜視図である。 図４は、図３に図示するバスバーの斜視図である。 図５は、直流電力を結合するシステムの概略図である。 図６は、図５に図示する直流電力を結合するシステムの電流モニタリングアセンブリの概略図である。 図７は、図１に図示する正極入力アセンブリのカバーおよび基部の斜視図である。 図８は、直流電力を結合するシステムの別の実施形態の平面図である。 図９は、図８に図示するシステムの概略図である。

以下に図面を参照して、直流電力を結合するシステムは、一般に１０と示されている。前記システム１０は、複数の発電装置（例えば、図５にＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３、ＰＶ４として示されたソーラーパネル）から電源出力を受け取る結合器ボックス２０を含む。前記結合器ボックス２０は、例えば耐候性鋼または耐候性ガラス繊維ボックス２２などの筐体を含む。前記ボックス２２には、負極端子アセンブリ２４と正極端子アセンブリ３０とが搭載されている。前記発電装置ＰＶ１〜ＰＶ４は、前記正および負極端子アセンブリ２４、３０に接続されおり、当該装置が結合されて単一直流出力が生成される。

以下に図１〜６を参照して、前記システム１０の詳細を詳述する。発電素子は、電気を生成する任意の様々な装置である。本実施形態において、前記発電素子は、光起電（ＰＶ）セルである。より具体的には、前記発電素子は、複数のソーラーパネルである。前記結合器ボックス２０への各電気入力は、それぞれ単一のソーラーパネルからであってもよい。しかしながら、本実施形態では、複数のソーラーパネルからの出力は相互接続されて、単一電気出力が提供される。これらの相互接続されたソーラーパネルは、ストリングと呼ばれる。複数の前記ストリングは、ソーラーパネルのアレイを形成する。図５では、前記システムは、ＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３、およびＰＶ４として定義された４つのストリングを含む。ただし、ＰＶ１〜ＰＶ４は単一のパネルまたは複数のパネルを意味する。更に、本システムは特にソーラーパネルの用途に適しているが、ソーラー発電素子以外でも使用可能である。ソーラー用途以外においては、ＰＶ１〜ＰＶ４は別の発電素子を意味する。

図５において、各ストリング（ＰＶ１〜ＰＶ４）からの出力は、前記負極端子アセンブリ２４および前記正極端子アセンブリ３０に接続される。前記負極端子アセンブリ２４は、前記ストリングからの負極導体の全てに対する共通導体を提供する端子ブロックを有する。前記負極端子アセンブリ２４は、前記ストリングの１つから導体を受け取り保持するための複数のソケットと対応するコネクタを含む。更に、前記負極端子アセンブリ２４は、当該端子アセンブリからの出力負極導体に接続するための出力ラグ２６を含む。

以下に図１〜４を参照してより詳細に前記正極端子アセンブリ３０を説明する。前記正極端子アセンブリ３０は、複数の過電流保護素子（例えば、回路ブレーカーまたはヒューズ）に接続されるバスバー３０を含む。本実施形態において、前記過電流保護素子はヒューズであり、各ヒューズはヒューズホルダー３１に格納される。図１〜４は例示的な実施形態を示しており、前記正極端子アセンブリは８つの電力入力（例えば、８つのソーラーパネルストリングＰＶ１〜ＰＶ８）までの導体を受け入れるように構成されている。前記アセンブリは、前記正導体の全てが当該アセンブリの片面に接続されるように構成されてもよい。しかしながら、本実施形態での前記アセンブリは、一対の平行列のヒューズホルダー３１を有する両面構成となっている。以下で更に説明するように、各ヒューズホルダー３１の前面３７は、反対側のヒューズホルダーの列の前面と対向しており、これにより当該列の間にチャネルが形成され、且つ当該列はバスバー４０によって連結されている。

各ヒューズホルダー３１は、前記電力入力（例えば、ＰＶ１〜ＰＶ８）の１つから正極導体を受け入れるワイヤーソケット３２を含む。各ヒューズホルダーにあるコネクタ３４は、前記ワイヤーソケット３２内にワイヤーを保持するように動作する。例えば、前記コネクタは、前記ワイヤーを締め付けて固定し前記ソケット内に当該ワイヤーを保持するねじ込み素子である。同様に、前記ヒューズホルダー３１はまた、当該ヒューズホルダーを前記バスバーソケットに接続する第２のソケット３３を含む。各ヒューズホルダー３１の第２のコネクタ３５は、前記第２のソケット３３内に前記バスバーを保持するように動作する。本実施形態では、前記第２のコネクタ３５は前記ワイヤーコネクタ３４と類似しており、当該コネクタをねじ込むことにより前記バスバーを前記第２のソケット３３内に締め付けて固定する。前記正極端子アセンブリの例示的なヒューズホルダー３１は、Ｗｏｈｎｅｒによって、商品名ＡＭＢＵＳ ＥａｓｙＳｗｉｔｃｈ、パート番号３１１１０として製造されたヒューズホルダーである。

前記正極端子アセンブリ３０のバスバー４０が、図４に図示されている。前記バスバー４０は、例えば銅、アルミニウム、または他の高導電性材料などの導電素子である。前記バスバー４０は、中心導電本体４２と当該中心導電性部から突出する複数の細長いフィンガー４４とを含む。本実施形態において、前記フィンガーは前記中心本体の周囲に配設され、２列のフィンガーを形成している、しかし、前記バスバーは、前記フィンガーが前記中心本体の片側からのみ延出する、或いは端部の一方若しくは両方から延出するように構成することもできる。

本実施形態において、各列のフィンガーは、前記中心本体４２の端部に沿って互いに離間する複数の略平行なフィンガーを有する。前記フィンガー４４は細長い形状をしており、各フィンガーは２つの部分を有する。第１の部分は、前記ヒューズホルダーの１つのバスコネクタ３３の中に延出する端子端部である。第２の部分は、前記ヒューズホルダーの前面３７と前記バスバーの端部との間に延出する中間部分である。本実施形態において、前記フィンガーの中間部分は、少なくとも前記フィンガーの約１／４の長さであり、好ましくは少なくとも前記フィンガーの約１／３の長さである。このようにして、前記細長いフィンガーは、前記ヒューズホルダーの中に延出して当該ヒューズホルダーと電気的接続を形成しながら、一方で前記バスバーの中心本体を前記ヒューズホルダーから離すよう間隔を維持する。

上述したように、前記バスバーの各フィンガー４４はヒューズホルダーと接続するように構成され、前記ソーラーパネルのストリングの１つの正極導体と電気的に連通している。このようにして、前記バスバーの中心本体は、前記正極端子アセンブリに接続される前記ストリングの全てと電気的に連通し、これにより前記アセンブリに接続される前記ストリングによって生成される電力の全てが結合される。

前記バスバーと電気的に接続される出力ラグ４６は、当該バスバーからの単一出力接続を提供する。前記出力ラグ４６は、導体を受け入れるソケット４７と、前記出力ラグのソケットの中に出力導体を保持するための、例えば止めねじまたは他のねじ込み素子などのコネクタ４８とを含む。このようにして、前記出力導体は、前記ソーラーパネルのストリングから前記正極端子アセンブリに接続される結合された電流出力を提供することができる。前記正極出力導体および前記負極出力導体は、前記回路の下流要素と接続されることができる。例えば図５に示すように、前記結合器２０からの出力は、インバーター９０に接続されるようにすることができる。前記インバーター９０は、前記電力を直流から交流に変換する。前記結合器ボックス２０からの出力がインバーターに接続されてもよいが、前記システムは前記出力がインバーターに供給される回路に限定されない。例えば、前記出力は、別のＰＶ結合器または電力貯蔵装置（例えば、電池または電池アレイ）に接続されてもよい。

本実施形態において、前記システムはまた、前記正極端子アセンブリに流れる電流を監視する電流モニタリングアセンブリを含む。前記電流モニタリングアセンブリ５０は、前記回路に接続されるストリングの１つによって供給される電流の減少があるかを検知するように動作する。前記電流モニタリングアセンブリが閾値未満または期待値から有意に異なる電流を検知した場合、低電流が検出された問題のあるストリングを示す信号が提供される。

前記電流モニタリングアセンブリ５０は、センサーアセンブリ６０を含むことができる。前記センサーアセンブリ６０は複数のセンサー６４を含み、各センサーはソーラーパネルのストリングの１つから流れる電気的特徴を検知する。前記センサーは任意の様々な電流検知センサーでよいが、本実施形態では、前記電流検知センサーはホール効果センサー６４である。

前記ホール効果センサー６４は、前記バスバー４０に隣接して配置される回路基板６２に搭載される。前記センサー６４は、前記回路基板に沿って離間されており、各センサーは前記バスバーのフィンガー４４の１つに隣接して配置される。特に本実施形態において、前記センサー６４は離間されて、前記バスバーの隣接するフィンガー４４間の距離と実質的に同様の距離で互いに離間された２列のセンサーを形成する。このようにして、各センサーは当該センサーの１つに近接して当該それぞれのフィンガーの電流の変化を検知する。更に、各センサーは、前記残りのバスバーフィンガーのいずれよりもまたは前記バスバーの中心本体４２よりそれぞれのバスバーフィンガー４４に近い位置に配置され、監視する。

前記センサーは、制御素子または前記センサー６４からの信号を処理する信号処理素子を含む回路基板に搭載することができる。しかしながら、本実施形態では、前記システムは前記センサー基板から分離した制御基板を含み、前記センサー基板６２上のセンサー６４に電気的に接続されている。特に、前記センサー基板６２は、前記ホール効果センサー６４の各々からの出力信号に電気的な接続を提供するセンサー出力コネクタ６８を含む。センサー入力コネクタ５４は、前記センサー出力コネクタ６８と前記制御基板を接続する接続部を提供する。このようにして、各センサー６４と前記制御基板５２との間に電気経路が提供される。

前記制御基板５２は、前記センサー６４からの信号を処理して、前記信号が前記それぞれのバスバーフィンガーに接続されている前記ストリングの素子に問題があることを示す入力電流（または電圧）の変動を示すかどうかを検知することもできる。言い換えれば、ＰＶ１が第１のバスバーフィンガーに接続されて、前記第１のフィンガーに接続された前記センサー６４が所定の閾値未満の電流を検知した場合、次に前記制御基板は前記第１のセンサーからの信号を処理して、ソーラーパネルの前記第１のストリングに動作不良が生じている可能性がある旨の警告を操作者に提供することもできる。

前記制御基板は前記センサーからの信号を処理して、警告を操作者に提供するように設計することできるが、本実施形態では、前記制御基板はデータ通信素子と出力コネクタ５８とを含み、前記制御基板からの信号はデータロギング素子１００にエクスポートされる。例えば、前記制御基板は共通プロトコル（例えば、前記センサーデータを遠隔装置（例えば、ＭｏｄＢｕｓが可能なデータロガー、インバーター、または電力計）に通信するＭｏｄＢｕｓ）を使用して信号を提供する通信素子を含んでもよい。前記遠隔装置は前記制御基板からのデータを記録および／または分析して、前記データが１若しくはそれ以上の前記電力入力素子（例えば、ＰＶ１〜ＰＶ４）のエラーまたは動作不良を示すかを決定することができると同時に、動作不良があるかを決定するために分析されるべき入力素子を特定することもできる。次に、前記遠隔装置は前記検知された動作不良、および動作不良または他の性能問題があると思われる電力入力素子を示す信号または警告を操作者に提供する。

図１〜２を参照して、前記センサーアセンブリ６０および前記制御基板は、前記２列のヒューズホルダー３１の間に形成されたチャネル内で前記バスバーの中心本体４２の上に配置さ
れる。本実施形態において、前記センサーアセンブリ６０は、絶縁材料（例えばプラスチックなど）から形成されるベースプレート８０に接続される。前記ベースプレート８０は、前記バスバーの出力ラグ４６の底部を受け入れるように形成された中央チャネル８２を含む。前記ベースプレートの両側は略平面を形成しており、前記２つのヒューズホルダー３１間で前記バスバーの底面に対して据えることができるようになっている。前記センサーアセンブリ６０は、前記バスバーの上に配置され、複数の結合器（例えば、絶縁材料（例えばプラスチックなど）から形成されるねじなど）によって前記ベースプレート８０に接続される。このようにして、前記バスバー４０は、前記センサーアセンブリ６０と前記ベースプレート８０との間に挟まれる。

更に本実施形態において、薄い電気絶縁層６６が前記バスバー４０と前記センサーアセンブリ６０との間に配置される。前記絶縁層６６は、前記センサー６４を前記バスバーの中心本体４２の電流からまたは前記バスバーの隣接するフィンガー４４を通して流れる電流から絶縁する。前記絶縁層６６は様々な材料から形成され、本実施形態では薄いシートのマイカ（雲母）である。薄いシートのポリエステルを使用することもできる。

図１〜３に示すように、前記制御基板５２は、１若しくはそれ以上の絶縁性コネクタにより前記センサーアセンブリ６０と接続される。前記制御基板は、前記２列のヒューズホルダー３１の間に形成されるチャネル内で前記センサーアセンブリの上に配置される。或いは、前記制御基板は、前記バスバーまたは前記センサーアセンブリから遠く離れて配置されてもよい。

前記正極端子アセンブリ３０はまた、前記高電圧ＤＣバスバーからの電力を利用して、前記電流モニタリングシステム５０を動作させるように設計される電源装置を組み込んでもよい。特に、前記バスバーは、接地面に対して３００〜６００ボルトＤＣの電圧の標準状態のもとで機能することもできる。前記電源装置は、前記バスバー電圧より５、１２、または２４ボルト低い動作電圧を前記電流モニタリングシステムに提供する。従って、前記電源装置により、前記回路基板は前記バスバー電圧から約２４ボルト以下の電圧差で動作することが可能である。

上述したように、前記システム１０は、複数のセンサー６４（例えば、ホール効果センサー）を含むこともできるセンサーアセンブリ６０を含む。幾つかの用途または構成において、雑音および／または背地効果（例えば、前記バスバー４０の隣接要素によって生成される磁場など）を捕捉することが望ましい。特に、上述したように、前記バスバー４０は複数の分離要素（例えば、フィンガー４４）を含み、各分離要素は別々の入力回路に接続されてもよい。別個のホール効果センサーが各細長いフィンガーに搭載され、前記それぞれの入力回路から前記バスバー４０に流れる電流を監視するようにすることもできる。前記フィンガーの１つを通って流れる電流によって生成される磁場は、前記センサーアセンブリの２つ以上のセンサーによって感知される磁場を生成する場合もある。例えば、前記バスの第１のフィンガーを通って流れる電流を検知するセンサーはまた、前記第２および３のフィンガーを通って流れる電流によって生成される磁場を検知することもできる。実際、幾つかの構成において、各センサーは、前記他のフィンガーの各々を通って流れる電流によって生成される任意の磁場を検出することもできる。

各フィンガーを流れる電流を評価するため、各センサーからの信号を補償して、隣接するフィンガーから受信する信号または特定のフィンガーを通って流れる電流を示さない他の信号を把握することが望ましい。隣接するフィンガーよって生成される磁場の主な原因となる信号を処理する１つの方法は、次のように各センサーのベースラインセンサー値を決定することである。Ｎ数のフィンガーのバスに対して、既知の電流が前記第１のフィンガーに流され、残りのフィンガーの各々には電流を流さない。フィンガー２〜Ｎのセンサーが評価され、フィンガー１を流れる電流に応答して感知された磁場の性質について決定される。次に、前記既知の電流がフィンガー２に流され、フィンガー１および３〜Ｎには電流を流さない。フィンガー１および３〜Ｎのセンサーが評価され、フィンガー２を通って流れる電流に応答して感知された磁場の性質について決定される。同様に、各フィンガーに別々に電流が流され、前記センサーが各フィンガーに対して評価されて、各特定のフィンガーに流れる信号に応答して各フィンガーで感知された磁場の性質について決定される。

前記既知の電流を前記フィンガーの各々に流して、結果として起こる磁場が前記センサーによって感知された後、前記センサーが感知するバックグラウンドノイズを決定することができ、前記センサーの前記信号を処理するときに相殺することができる。特に、（監視されているフィンガーを通って流れる電流以外の）フィンガーを通って流れる電流によって生成されるバックグラウンドノイズに対する補償信号は、残りのフィンガーに電流が流されなかった間で前記フィンガーに電流が流されたときに検知された信号と比例する。センサーのベースライン値は、前記バスの（監視されている前記フィンガー以外の）各フィンガーに対する補償の合計に基づいている。

例として、４つのフィンガーＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を有するバスに関して、Ｆ２を通って流れる電流によって生成される磁場を補償するＦ１に備わるセンサーに対する補償Ｃ１、２は、既知の電流がＦ２に流され且つＦ１およびＦ３〜Ｆ４に電流が流されないときにＦ１のセンサーによって検知される信号に比例する。同様に、Ｆ３を通って流れる電流によって生成される磁場を補償するＦ１に備わるセンサーに対する補償Ｃ１、３は、既知の電流がＦ３に流され且つＦ１、Ｆ２、およびＦ４に電流が流されいないときＦ１のセンサーによって検知される信号に比例する。Ｆ４を通って流れる電流によって生成される磁場を補償するＦ１に備わるセンサーに対する補償Ｃ１、４は、既知の電流がＦ４に流され且つＦ１〜Ｆ３に電流が流されていないときＦ１のセンサーによって検知される信号に比例する。前記ベースラインは、Ｃ１、２＋Ｃ１、３＋Ｃ１、４の合計である。このようにして、各フィンガーの値の表は、各他のフィンガーに対する補償値に基づいて生成することができる。前記表は、各フィンガーのベースラインを決定するのに使用することができる。

図１、２、および７を参照して、前記正極端子アセンブリ３０はまた、前記バスバー４０および前記電流モニタリングアセンブリ５０を包囲する着脱自在なカバー７０を含めることができる。前記カバーは、キャップ７２と、２つの下方に延出する側部または脚部７４、７５とを有する略逆Ｕ形状のチャネルである。本実施形態において、前記脚部は互いに角度を形成するように広がっている。前記脚部は、前記キャップ７２に隣接する当該脚部７４、７５の間の距離が２つの内面３７または対向するヒューズホルダー間の距離と相似している。言い換えると、前記キャップに隣接する前記脚部の間の距離は、前記２列のヒューズホルダーの間に形成されるチャネルの幅と相似している。更に、前記脚部７４、７５の端子端部が前記キャップ７２に隣接の端部よりさらに離間するように、脚部７４と脚部７５は離れるように逸れている。前記脚部７４、７５の端子端部は、前記２列のヒューズホルダー間のチャネルの幅よりさらに離間しいる。

図７を参照して、各脚部または側壁７４、７５は、前記脚部の外面に沿って延長する隆起部７６、７７を含む。前記隆起部７６、７７は図１および２に図示するように下面を含み、前記ヒューズホルダーの上面３６に隣接するように構成される肩部を形成している。前記隆起部７６、７７の下部端と前記脚部の端子端部との間の側壁７４、７５の長さは、前記ヒューズホルダーの上面３６と前記バスバーのフィンガー４４との間の距離よりも小さい。

前記カバー７０は、弾性的な可塑性材料から形成され、それはまた絶縁性（例えば、プラスチック）である。前記カバーが前記正極端子アセンブリ３０に取り付けられる際、前記脚部７４、７５は互いに内側に向かって、前記脚部の端子端部間の距離が前記２列のヒューズホルダー間のチャネルの幅より小さくなるまで曲げられる。前記脚部は次に、前記２列のヒューズホルダー間のチャネルの中に、前記隆起部７６、７７が前記ヒューズホルダーの上面３６に隣接するまで挿入される。前記脚部７４、７５が前記列のヒューズホルダー間のチャネルの中に挿入された後、前記脚部の弾性により当該脚部は外側へ前記ヒューズホルダーに向かって曲がる。このようにして、前記カバーの脚部が前記列のヒューズホルダーと摩擦によって係合することにより、前記カバーは前記アセンブリ上に維持される。また、前記側壁に備わる前記隆起部７６、７７は、前記カバーの前記チャネルへの挿入を制限する深さ止めを提供し、前記カバーの端部が前記バスバー４０と係合するのが防がれる。更に、前記隆起部７６、７７は滑り面を提供し、これにより前記カバーは前記ヒューズホルダーの上面に沿って滑動することが可能となり、前記電流モニタリングシステム５０および／またはバスバー４０の一部は前記カバーを前記アセンブリから取り外さずに露出される。

以下に図８〜９を参照して、複数の出力回路（例えば、ソーラーパネルのストリング）からの電流を結合するシステムの別の実施形態を１１０として示す。前記別のシステム１１０は、上述のバスバー４０に実質的に相似するバスバー１４０を有する正極端子アセンブリ１３０を収容する結合器ボックス１２０を含む。前記システムはさらに、上述のセンサーアセンブリ６０に実質的に相似するセンサーアセンブリ１６０を有する電流モニタリングアセンブリ１５０を含む。前記別のシステムはさらに、接触器２１５および継電器（リレー）２１０を含み、前記結合器ボックス１２０の出力から前記出力回路からの電流を選択的に遮断する。

図８を参照して、前記正極端子アセンブリは、上述の前記ヒューズホルダー３１に実質的に相似するヒューズホルダー１３１を含む。前記バスバーは、上述のフィンガー４４と相似する複数の細長いフィンガーを含む。例えばホール効果センサーなどのセンサーは、図１〜７で示されるシステムで説明されるように各フィンガーに隣接して搭載される。各センサーは、当該センサーが応答するフィンガーを通って流れる電流を検知するするように動作する。

接触器２１５は、前記正極端子アセンブリ１３０と、上述の前記正極出力ラグ４６と実質的に相似する正極出力ラグ１４６との間の回路に配置される。前記接触器２１５は１若しくはそれ以上の通常開いたスイッチを有し、これにより前記結合器ボックス１２０からの出力は、通常スイッチが切れている状態である。例示的な接触器は、カリフォルニア州のＣａｒｐｉｎｔｅｒｉａに所在の会社ＧＩＧＡＶＡＣによって販売されるシリーズＧＸ１４ ＥＰＩＣ接触器である。電源装置２２０は電力を前記接触器に提供し、前記接触器に通電して前記１若しくはそれ以上の通常開いたスイッチを閉じることができ、これにより電流が前記結合器ボックス１２０から送電網に流れることができ、前記電源回路からの電気を使用することができる。前記電源装置２２０から前記接触器２１５への電力が遮断された場合、前記接触器は前記回路を開き、電気が前記電源回路から流れるのを阻止する。前記システム１１０は、前記電源装置から前記接触器への電力を遮断するスイッチを含む。前記遮断スイッチは手動で操作可能なアクチュエータでもよく、前記電源装置は、前記結合器と前記インバーターとの間の回路が遠隔制操作できるほど前記結合器ボックスから遠隔でもよい。

１若しくはそれ以上の前記電源回路からの出力の特性に応答して、自動的に前記結合器ボックス１２０から出力を切ることが望ましい場合もある。例えば、１若しくはそれ以上の電源回路からの電流が許容範囲外である場合に前記結合器ボックスからの電流のスイッチが切られるようにしてもよい。例として、前記電源回路の１つからの電流が閾値を下回る場合には、当該減少電流は前記電源回路の不良を示す。同様に、電源回路の所定時間内で所定の範囲外の電流の変化は、前記電源回路のアーク放電を示す場合がある。検知された電流の変化に応答して、前記コネクタボックス１２０からの回路は自動的に遮断される。

１実施形態において、前記結合器ボックス１２０からの回路は、前記電源装置２２０から前記接触器２１５への電力を制御する継電器２１０によって自動的に遮断されるようにすることもできる。前記継電器２１０は、様々な制御回路によって自動的に制御されてもよい。本実施形態では、前記継電器２１０は電流モニタリングアセンブリ１５０によって制御される。特に、前記電流モニタリングアセンブリ１５０は、前記センサーアセンブリ内の１若しくはそれ以上の前記センサーによって検知される電流に応答して前記継電器を制御することもできる。より具体的には、前記電流モニタリングアセンブリ１５０は、不良または他の問題を示す特性を有する電流の検知に応答して前記継電器が開放状態に切り替わるように構成することもできる。例えば、前記結合器ボックス１２０が複数のソーラーパネルから電力を受け取るように構成される場合、前記バス１４０の各フィンガーは、異なるパネルまたはアレイに接続されている。従って、各ホール効果センサーによって感知される電流は、他のホール効果センサーによって検知される電流と異なるかもしれない。ただし、各センサーから検知される電流は、通常の動作条件において時間とともに一般に安定している。対照的に、前記電源回路の１つに問題（例えば、アーク放電による不良）がある場合、前記電流は通常の動作条件下でさらに大きく変化するかもしれない。従って、前記電流モニタリングアセンブリは、前記バスフィンガーの１つにおいて変動電流の検知に応答して、当該電流モニタリングアセンブリが前記継電器を制御して前記回路を開き、これにより電力が前記結合器ボックスから前記送電網へ流れるのを遮断するように構成されてもよい。より具体的には、前記継電器を開放状態に切り替えることは前記電源装置２２０から前記接触器２１５への回路を開くことであり、これにより前記結合器ボックスから前記送電網への電気の流れが遮断される。１実施例において、前記電流が所定時間において所定の量若しくは割合を超えて変動する場合、前記電流モニタリングアセンブリは信号を前記継電器に送り前記回路２１０を開く。

前述の記載において、前記継電器２１０の前記結合器ボックスから前記送電網への回路を開いたり閉じたりする機能を説明した。様々な自動制御可能電気機械スイッチの任意のものは、前記結合器１２０から前記送電網への回路を開き、前記電源回路から前記送電網への電気の流れを遮断するように制御される。更に、前記継電器は、前記電流感知アセンブリからの信号を受け取り、不良の場合に開く通常閉じた継電器であってもよく、または前記継電器は前記電流感知アセンブリからの信号を受け取り、当該電流感知アセンブリが不良を検知しない限り閉じる通常開いた継電器であってもよい。前記電流感知アセンブリが不良を検知すると、直ちに前記継電器への信号は停止し、前記継電器は前記回路を開く。

また、前述の実施形態において、前記出力回路は、継電器と接触器との共同作業によって制御されることを述べた。特定の適用において、前記制御機能を前記電流センサーからのフィードバックに基づいて制御される単一自動切替素子の中に組み込むことが望ましいかもしれない。更に、前記回路は、前記電源回路のすべての出力を同時に制御する単一切替素子（例えば、接触器２１５）を有するように記載されているが、各電源回路を別々に制御し、特定の電源回路が全体のシステム１２０を停止しないで遮断できるようにすることが望ましい場合もある。特に、各フィンガーを通る電流は、前記特定のフィンガーを通って流れる電流に対して感知された電流に基づいて直接または間接的に制御される別々の切替素子（例えば、接触器）を通して接続されるかもれない。例えば、各フィンガーは、別個の接触器に次に接続される別々の継電器に接続されるようにすることもできる。前記電流感知アセンブリが前記フィンガーについて検知された電流に基づいて不良を検知した場合、前記電流感知アセンブリは当該フィンガーに関連する継電器を制御し、それは次に前記フィンガー用の接触器への前記電源装置を開き、これにより前記フィンガーからの回路を開く。ただし、各フィンガーが別個の接触器および継電器を有するので、残りのフィンガーからの電気の流れは、前記フィンガーの１つの回路が開かれても遮断されない。

共通の接触器を使用して前記結合器から前記送電網に接続された回路を開く実施形態においては、前記電源回路のうちの１つにおいて不良が検知されると、適切に動作している電源回路を含め前記電源回路の全てに対する前記結合器ボックスの電気の流れを遮断する。従って、前記結合器ボックスからの電力が遮断されたとき、どの電源回路がその遮断を引き起こしたのかが通常明らかではない。しかしながら、前記遮断を引き起こした電源回路を検出することが望ましく、これにより当該電源回路が分析されて問題の潜在的な原因を究明することができる。特定の電源回路が特定できない場合、操作者は前記電源回路の全ての機器を分析する必要があり、問題を特定するのに要求される作業を著しく増加させる。

前述のように、前記回路は、前記センサーアセンブリの各センサーによって感知される信号に関するデータロガーを含んでもよい。使用者は、各センサーに対する前記データロガーによって記録されたデータを分析して、どのセンサーが遮断を引き起こしたかを見つけ出すこともできる。更に、前記回路は、前記電流感知アセンブリから受け取ったデータの記録を取得し、前記データロガーがどのセンサーが前記遮断を引き起こしたかを特定するように構成することもできる。

上述のように、前記システムは、前記電源回路の１つにおいて生じた問題を示す（すなわち、不良を示す）電流の検知に応答して前記結合器ボックスから前記送電網へ流れる電気を自動的に遮断する制御装置によって制御される。前記電流モニタリング回路１５０は、前記継電器２０１を制御する制御機能を組み込むことを前述した。しかしながら、前記電流モニタリングアセンブリと別の制御回路が前記継電器を制御するのに提供されてもよいことは理解されるべきである。前記別個の制御回路は、前記電流モニタリングアセンブリと連通して、各フィンガーについて感知された電流に対応する信号または前記センサーの１つから検知された電流の不良を示す信号のいずれかを受け取る。次に、前記別個の制御回路は前記電流感知アセンブリから受け取る信号に応答して前記継電器２１０を制御する。

自動制御可能切替素子に加えて、前記結合器ボックス１２０からの出力を遮断する手動制御可能スイッチを組み込むことが望ましい。例えば、前記システム１１０は、前記継電器２１０および前記電源装置２２０と直列に手動作動可能なスイッチ２０５を含めてもよい。前記スイッチ２０５は、通常の操作手順の間は閉じている。しかしながら、操作者が前記結合器ボックスからの出力を切ることを望む場合、当該操作者は前記スイッチを手動で操作して当該スイッチを開放位置に動かすことができる。前記開放位置において、前記スイッチは前記電源装置２２０から前記接触器への回路を開くので、前記接触器は開放状態に変更され、前記結合器ボックスから前記送電網への回路を開く。

本発明の広範な発明概念から逸脱せずに上述の実施形態に変更および修正を加えることが可能なことは当業者であれば理解するであろう。従って、本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲および趣旨内における全ての変更および修正を含むことが意図されていることは理解されるべきである。

Claims (24)

1. 複数の光起電素子によって生成される直流電力を結合するシステムであって、
   筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記光起電素子の各々から第１の極性導体を受容する第１の端子アセンブリと、
   前記筐体内に配置され、前記光起電素子の各々から前記第１の極性と反対の極性を有する第２の極性導体を受容する第２の端子アセンブリであって、この第２の端子アセンブリは、
   前記光起電素子の前記第２の極性導体の各々と電気的に連通しているバスバーであって、前記光起電素子からの直流電流が当該バスバーで結合されて単流が形成されるものであり、前記バスバーは、
   中央導電体と、
   前記中央導電体から外側に突出する複数の細長いフィンガーと
   を有するものである、前記バスバーと、
   前記光起電素子のうちの１つの前記第２の極性導体の１つおよび前記バスバーのフィンガーの１つに対してそれぞれ接続される複数の過電流保護素子であって、前記光起電素子からの電流が閾値を超えた場合に、前記バスバーと前記電力を生成する光起電素子各々との間の回路を遮断するものであり、前記バスバーのフィンガーは、当該バスバーのフィンガーが前記過電流保護素子と接続されている場合に前記バスバーの中央導電体が前記過電流保護要素から離間されるように細長ものである、前記複数の過電流保護要素と、
   互いに離間して配置された複数のホール効果センサーであって、各ホール効果センサーは個別の前記バスバーフィンガーに隣接して配置されており、これにより当該各ホール効果センサーが前記バスバーフィンガーの１つを通って流れる電流の変化を検知するように動作するものである、前記複数のホール効果センサーと
   を有するものである、前記第２の端子アセンブリと
   を有するシステム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、
   前記第１の端子アセンブリおよび前記第２の端子アセンブリからの結合電力を受け取り、当該電流を直流電流から交流電流に変換するインバーターを有するものであるシステム。
3. 請求項１または２記載のシステムにおいて、
   前記ホール効果センサーから信号を受け取るように動作する制御盤を有するものであるシステム。
4. 請求項３記載のシステムにおいて、前記制御盤は、前記ホール効果センサーからの信号を処理し、前記ホール効果センサーから受け取った前記信号に基づいて分析される必要のある前記光起電素子を特定する出力を提供するものであるシステム。
5. 請求項３または４のいずれかに記載のシステムにおいて、前記制御盤は、前記ホール効果センサーからのデータを遠隔装置と通信する通信素子を有するものであるシステム。
6. 請求項５記載のシステムにおいて、前記遠隔装置はデータロギング素子であるシステム。
7. 請求項５または６のいずれかに記載のシステムにおいて、前記遠隔装置は、前記ホール効果センサーの各々が所定の閾値未満の電流を示すとき、特定の光起電素子の動作不良を示す出力を使用者に提供するように動作するシステム。
8. 請求項３〜７のいずれかに記載のシステムにおいて、前記制御盤は、前記バスバーから電力を受け取り、且つ前記制御盤の素子に電力を供給する電源素子を有し、これにより前記制御盤と前記バスバーとの間の電圧差が約５０ボルト未満になるものであるシステム。
9. 請求項８記載のシステムにおいて、前記電源は、前記制御盤と前記バスバーとの間の電圧差が約２４ボルト以下になるように電力を供給するものであるシステム。
10. 複数の光起電素子によって生成される直流電力を結合するシステムであって、
    筐体と
    前記筐体内に備えられ、前記光起電素子からの電力を供給する複数の電源回路と電気的に連通するバスバーと、
    前記バスバーに隣接して備えられ、各電源回路の電流の流れを感知する複数のセンサーと、
    前記バスバーからの電気の流れを制御する自動制御可能切替素子と、
    前記センサーのうちの１つによって感知された電流に応答して前記切替素子を制御するように動作する制御装置と
    を有し、
    前記制御装置は、前記１若しくはそれ以上の光起電素子から電力を供給する前記回路のうちの１つにおいて、前記センサーの１つによって検知された不良を示す電流に応答して、前記切替素子を制御して前記スイッチを開き、前記バスバーからの電気の流れを遮断するように動作するものである
    システム。
11. 請求項１０記載のシステムにおいて、前記切替素子は、通常開いた接触器であるシステム。
12. 請求項１０〜１１のいずれかに記載のシステムにおいて、前記センサーは、ホール効果センサーを有するものであるシステム。
13. 請求項１０〜１２のいずれかに記載のシステムにおいて、前記バスバーは、互いに離間した複数の別個の細長い導電素子を有し、各導電素子は異なる電源回路に接続され、別個のセンサーが各導電素子に隣接して搭載されるものであるシステム。
14. 請求子１０〜１３のいずれかに記載のシステムにおいて、前記制御装置は、前記センサーの１つによる許容範囲外で変化する電流の検知に応答して前記切替素子を制御するように動作するものであるシステム。
15. 請求項１４記載のシステムにおいて、前記制御装置は、所定の期間の間前記センサーの１つによる許容範囲外で変化する電流の検知に応答して前記切替素子を制御するように動作するシステム。
16. 請求項１０〜１５のいずれかに記載のシステムにおいて、前記切替素子は、継電器または接触器を有するものであるシステム。
17. 請求項１６記載のシステムにおいて、前記切替素子は、継電器および接触器を有するものであるシステム。
18. 複数の光起電素子によって生成される直流電力を結合するシステムであって、
    筐体と、
    前記光起電素子の各々から第１の極性導体を受容する第１の端子アセンブリと、
    前記光起電素子の各々から第２の極性導体を受容する第２の端子アセンブリであって、当該第２の端子アセンブリは、
    前記光起電素子の前記第２の極性導体の各々と電気的に連通しているバスバーであって、前記光起電素子からの直流が当該バスバーで結合されて単流が形成されるものであり、中央導電体から外側に突出する複数の細長いフィンガーを有するものである、前記バスバーと、
    互いに離間して配置された複数のホール効果センサーであって、各ホール効果センサーは個別の前記バスバーフィンガーに隣接して配置され、これにより各ホール効果センサーが前記バスバーフィンガーの１つを通って流れる電流の変化を検知するように動作するものである、前記複数のホール効果センサーと
    を有する前記第２の端子アセンブリと
    を有するシステム。
19. 請求項１８記載のシステムにおいて、さらに、
    前記バスバーからの電気の流れを制御する切替素子と、
    前記センサーの１つによって感知される電流に応答して前記切替素子を制御するように動作する制御装置と
    を有し、
    前記制御装置は、前記１若しくはそれ以上の光起電素子から電力を供給する前記回路のうちの１つにおいて、前記センサーの１つによって検知された不良を示す電流に応答して、前記切替素子を制御して前記スイッチを開き、前記バスバーからの電気の流れを遮断するように動作するものであるシステム。
20. 請求項１９記載のシステムにおいて、前記切替素子は、通常開いた接触器であるシステム。
21. 請求項１９〜２０のいずれかに記載のシステムにおいて、前記制御装置は、前記センサーの１つによる許容範囲外で変化する電流の検出に応答して前記切替素子を制御するように動作するものであるシステム。
22. 請求項２１記載のシステムにおいて、前記制御装置は、所定の期間の間前記センサーの１つによる許容範囲外で変化する電流の検出応答して、前記切替素子を制御するように動作するものであるシステム。
23. 請求項１８〜２２のいずれかに記載のシステムにおいて、前記切替素子は、継電器または接触器を有するものであるシステム。
24. 請求項２３記載のシステムにおいて、前記切替素子は、継電器および接触器を有するものであるシステム。

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