JP2014509095A - アンテナ及び伝送ラインとして光起電性アレイストリング配線を用いるデータ通信のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

装置が光起電性ストリングのストリング配線に結合されるように構成される端子（３０８ａ、３０８ｂ）、光起電性ストリング内の光起電性パネルによりストリング配線を介して提供される電力（３１６）を制御するよう構成される電力コントローラ（２０４）、及びストリング配線をアンテナとして用いて無線信号を送信又は受信するように或いは送信及び受信の両方を行うよう構成される無線通信装置（２０６）を更に含む。無線信号は光起電性パネル及び／又は電力コントローラに関連付けられたデータを含む。例えば無線通信装置はストリング配列から電力コントローラのためのコマンドを含む第１の信号を受信するように及びコマンドを電力コントローラに提供するように構成され得る。無線通信装置は電力コントローラからコマンドに関連付けられた確認を受信するように及び確認を含む第２の信号を無線送信のためにストリング配線を介して送信するようにも構成され得る。

Description

本願は、一般に光起電性システムに関し、より具体的には、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしての光起電性アレイのストリング配線の利用に関する。

光起電性パネル（ソーラーパネル）は、太陽光を電気エネルギーに変換するために日常的に用いられている。多くの光起電性システムにおいて、光起電性パネルの大きなアレイが電気エネルギーの生成に用いられる。例えば、アレイが、ストリングを形成するように直列に結合された多数の光起電性パネルを含み得、複数のストリング（多数のストリングであり得る）が並列に結合され得る。

いくつかのアレイについて、それぞれの個別の光起電性パネルと又は光起電性パネルのサブセット（パネルの各ストリングなど）と共に直流−直流（ＤＣ−ＤＣ）コントローラが用いられる。ＤＣ−ＤＣコントローラは、光起電性パネルによって生成される電力を変更可能な電圧／電流コンバータを表す。ＤＣ−ＤＣコントローラは、アレイの効率を上げること、並びにパネル製造許容差、パネル老朽化、及びパネルごとのシェーディング変動を克服することを支援するために用いられ得る。

例示の実施形態を添付の図面を参照して説明する。

本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線を用いる例示の光起電性システムを示す。

本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線を用いる例示の光起電性パネルのストリングを示す。

本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線を用いる光起電性パネルのために、ジャンクションボックス内に設置される例示のアセンブリを示す。

本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線を用いる光起電性パネルのための例示の無線通信装置（wireless radio）を示す。

本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとして光起電性システム内でストリング配線を用いるための例示の方法を示す。

図１は、本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線を用いる例示の光起電性システム１００を示す。この例示の実施形態において、システム１００は複数のストリング１０２ａ〜１０２ｎを含む。各ストリング１０２ａ〜１０２ｎは、複数の光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍ及び複数の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍを含む。ストリング１０２ａ〜１０２ｎはアレイを形成し、このアレイが、太陽光又は任意の他の適切に明るい光源を用いて電力を生成する。各ストリング１０２ａ〜１０２ｎは、例えば、１２個の光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍ及び１２個の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍなど、任意の数の光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍ及び任意の数の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍを含み得る。

光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍは、ソーラーエネルギーを電気エネルギーに変換する。例えば、光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍは、ソーラーエネルギーをＤＣ出力電圧及びＤＣ出力電流など、直流（ＤＣ）エネルギーに変換可能である。各光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍは、ソーラーエネルギーを電気エネルギーに変換するための任意の適切な構造を含む。

電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍに結合される。電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍからのエネルギーを変化させるために電力変換を実行する。例えば、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍからストリング配線１０８に提供されるＤＣ電圧又はＤＣ電流を変化させ得る。電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、電力最適化など、他の特徴も実行し得る。例えば、最大又は最大に近い量の出力電力を提供する出力電圧及び出力電流を識別するために、最大電力点追尾（ＭＰＰＴ）を用いることができる。電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍの各々は、その関連付けられた光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍのための出力電圧及び出力電流を識別するために、局地的ＭＰＰＴ又は分散されたＭＰＰＴを実行し得る。電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍはまた、複数の光起電性パネル又はストリングに対して集中ＭＰＰＴを実行する中央コントローラからのデータを受信し得る。

電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍの各々は、少なくとも１つの光起電性パネルから提供される電力を制御するための任意の適切な構造を含む。いくつかの実施形態において、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍはＤＣ−ＤＣコンバータを含む。特定の例として、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、ナショナルセミコンダクターコーポレーションのＳｏｌａｒＭａｇｉｃ（商標）ＳＭ３３２０モジュールを含み得る。ＳＭ３３２０リファレンス設計は、付加的なハードウェア開発なしにファームウェア内の特徴を開発するための柔軟なプラットフォームを提供する。これらの特徴の例は、モジュールレベルモニタリング、セキュリティ（盗用の検出又は抑止など）、及び識別を含む。同様に、ＳＭ３３２０モジュールを任意の適切なモニタリングシステム又はインバータ通信プロトコルと互換可能にカスタマイズするために、このプラットフォームでのファームウェア開発を用いることができる。

各ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内のストリング配線１０８は、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍを電力コンバイナ１１０に結合する。ストリング配線１０８は、ＤＣ電力を１つ又は複数の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍから移送するための、任意の適切な導電性配線又は他の構造を表す。この例において、各ストリングのストリング配線１０８において電流フローを特定の方向に実質的に制限するために、ダイオード１１２が用いられる。ダイオード１１２は、オフにされているストリング内を流れるように動作しているストリングからの電流を防止するためにも時折用いられる。各ダイオード１１２は、電流フローを単一方向に実質的に制限するための任意の適切な構造を含む。

電力コンバイナ１１０は、ストリング１０２ａ〜１０２ｎから収集された電力を、電力コンバータ１１４に提供される単一の出力に組み合わせる。例えば、電力コンバイナ１１０は、ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内のストリング配線１０８を介して電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍからのＤＣ電力を収集し、ＤＣ電圧及びＤＣ電流を電力コンバータ１１４に出力する。電力コンバイナ１１０は、光起電性パネルの複数ストリングによって提供される電力を組み合わせるための任意の適切な構造を含む。

電力コンバータ１１４は、電力コンバイナ１１０によって提供された電力を他の形式に変換し、変換された電力を出力する。例えば、いくつかの実施形態において、電力コンバータ１１４は電気グリッドに結合され、電力コンバータ１１４（「インバータ」とも呼ばれる）は、電力コンバイナ１１０からのＤＣ電力を電気グリッド用の交流（ＡＣ）電力に変換する。電力コンバータ１１４を用いる任意の他の変換が成され得ることに留意されたい。電力コンバータ１１４は、一つのものから他のものに変換するための任意の適切な構造を含む。

中央コントローラ１１６が、１つ又は複数の光起電性アレイのオペレーションを制御可能である。例えば、中央コントローラ１１６は、遠隔遮断スイッチ１１８及び無線通信装置１２０を含み得る。遠隔遮断スイッチ１１８は、ユーザによる起動が可能な手動スイッチを表し得、無線通信装置１２０は、遠隔遮断スイッチ１１８が起動されたとき遮断コマンドを送信し得る。それに応じてＤＣ切断スイッチ１２２が開いて、電力コンバータ１１４から電力コンバイナ１１０を切断することができる。これにより、電力コンバータ１１４へのＤＣ電力の伝送を効果的にブロックし、電力コンバータ１１４からのＡＣ電力の伝送も停止する。また、遮断コマンドは、パネル１０４ａ〜１０４ｍによって生成される電力を各ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内のストリング配線１０８から効果的に切断し得る。これは、例えばメンテナンス中に、或いは誤動作又は他の問題に応答して、必要であり得る。

遠隔遮断スイッチ１１８は、ユーザによる起動が可能な任意の適切な構造を含む。ＤＣ切断スイッチ１２２は、電気接続を選択的に中断するための任意の適切な構造を含む。無線通信装置１２０は、信号を無線送信及び／又は無線受信するための任意の適切な構造を含む。無線通信装置１２０は、例えば、共有アンテナを介して通信する送信器及び受信器を含み得るが、個別のアンテナも用い得る。特定の例として、無線通信装置１２０は、ノルディックセミコンダクターの１つ又は複数のｎＲＦ２７２３又は他のモジュールを用いて印刷回路基板上に実装され得る。

中央コントローラ１１６は、制御論理１２４も含む。制御論理１２４は、中央コントローラ１１６において任意の適切な機能性を実装し得る。例えば、上記で説明したように、制御論理１２４は、例えば電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍから受信したデータを用いることによるなど、１つ又は複数のストリング１０２ａ〜１０２ｎ内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍに対する集中ＭＰＰＴを実行し得る。制御論理１２４は、中央コントローラ１１６において任意の他の又は付加的な機能を実行し得る。制御論理１２４は、光起電性システム１００に関する制御オペレーションを提供するための任意の適切な構造を含む。例えば、制御論理１２４は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブル・ゲートアレイ、又は特定用途向け集積回路を含み得る。

光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍに関連付けられた電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍとの一方向又は双方向通信を有することが、しばしば必要であるか又は望ましい。これは、任意数の特徴、例えば電力コントローラに対して、光起電性パネルの状況を報告すること、コントローラの状況を報告すること、又はファームウェアをダウンロードすることなどをサポートするために用いられ得る。他の特徴は、大気温度などのモニタリングされた特性を報告すること、制御の必要性の予測を報告すること、電力送達をオン又はオフにするためのコマンドを提供すること、或いは、ストリング回路を開く又は閉じるためのコマンドを提供することを含み得る。更に他の特徴は、侵入者の存在を報告すること、或いはアーク放電又はコロナの検出を報告することを含み得る。双方向通信は、例えば、或るコマンドが電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍによって局地的に実行されていることを示す確認（acknowledgement）の使用をサポートすることが望ましい可能性がある。これは特に、システム１００において電力が切断されていることを保証するために確認され得る遮断コマンドに有用であり得る。遮断コマンドは、システム１００の電源が切断される、設置、メンテナンス、又は緊急状態時に有用であり得る。

しかしながら、アレイ内の各電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍに有線接続を提供することは、特に大型アレイ内の光起電性パネル及び電力コントローラの数が与えられた場合、典型的には法外なコストとなり得る。更に、光起電性パネルの遮蔽により、無線通信はしばしば困難である。

オペレーションの一態様において、各ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、例えば、中央コントローラ１１６を用いるか又は異なるストリング内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍを用いるなど、無線で通信可能である。各ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、そのストリングのストリング配線１０８を無線通信用のアンテナとして用いことができる。この場合、ストリング配線１０８は、電力コントローラからの信号がより自由に発せられるように光起電性パネルの影から遠くへと移動させる。

オペレーションの第２の態様において、ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍは、ストリング配線１０８を用いて互いに通信可能である。例えば、１つの電力コントローラは、ストリング配線１０８をアンテナとして用いてデータを無線で受信し得、その電力コントローラはストリング配線１０８を用いてそのデータを他の電力コントローラへと中継し得る。これにより、ある距離から信号を受信する電力コントローラが、その信号を受信していない可能性のある近傍の電力コントローラへと信号を中継できるようになる。１つの電力コントローラがデータメッセージを受信する限り、同じストリング内のすべての他の電力コントローラがメッセージを受信できることをほぼ１００％確実に保証し得る。

オペレーションの第３の態様において、ストリング配線１０８を介するデータの無線伝送は、中央コントローラ１１６との無線通信のみならず、ストリング１０２ａ〜１０２ｎ間の無線通信を実行可能にする。これにより、１つのストリング内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍが、他のストリング内の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍと通信することが可能となる。

アンテナとしてのストリング配線１０８の使用は、直観に反しているように思われる。多くの無線通信装置は５０Ωの入力回路を有するが、アンテナ（ストリング配線１０８）はランダムな長さを有し得るため、入力回路の接続点に対してランダムなインピーダンス値を提示し得る。更に、光起電性パネルのジャンクションボックス内の無線通信装置とアンテナとの間の近似インピーダンスマッチを維持するために自動調整システムを用いることも、（サイズ及びコストの制約によって）困難な可能性がある。加えて、典型的にはストリング配線の長さ又は向きを制御するための実用的な方法がないため、アンテナの放射パターンを効果的に制御することができない。また、これらはすべてマルチパス環境内で発生することになる。

しかしながら、ストリング配線１０８が光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍから遠くへ移動するという事実により、ストリング配線１０８は光起電性パネルの陰から離れて無線信号を伝導及び受信可能である。結果として、光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍの遮蔽が、ストリング配線１０８を用いる無線の送信又は受信に与える影響は低くなる。また、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍが光起電性パネルのジャンクションボックス内部に設置される場合でも、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍと中央コントローラ１１６との間、又は電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍ間の適切な無線範囲が得られる。特定の実施形態において、マルチパス環境において１ｍＷ無線を用いる伝送でも２００フィートから３５０フィート又はそれ以上の範囲が得られる。これにより、多くの光起電性システムにおいて適切であり得、異なる実装を用いてより長い範囲が得られる。また、これにより、光起電性パネルのジャンクションボックスに結合されるか又は印刷回路基板に印刷されるか、又は印刷回路基板に取り付けられる小型の専用アンテナを用いて達成可能な範囲よりも、長い範囲を提示し得る。

このように、無線通信は、ストリング１０２ａ〜１０２ｎのすべてのパネルと中央コントローラ１１６との間、並びにストリング１０２ａ〜１０２ｎ間で、実行可能である。また、データメッセージはストリング内及びストリング間で中継可能であり、各メッセージの所期の宛先がこのメッセージを直接又は間接的に受信する可能性があることを保証するのに役立つ。この機能性の特定の例として、通常の状況下で、中央コントローラ１１６は、出力電力が生成され得ること及び電力コンバイナ１１０に提供され得ることを示す信号を、各ストリング１０２ａ〜１０２ｎ内の各電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍに送信することができる。緊急状態が生じた場合、中央コントローラ１１６は遮断コマンドをすべての電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍに送信可能であり、これによって電力コントローラの出力を切断し、理論的にはＤＣ電圧を安全なレベルまで下げる。その後、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍから中央コントローラ１１６に確認メッセージが提供され得、これにより、すべての電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍが遮断コマンドに確認したかどうかを作業員が検証できる。

任意の適切なデータメッセージをシステム１００内で任意の適切な形式で伝送可能である。データメッセージは、システム１００（例えば誤動作している機器など）又はシステムの環境（例えば侵入者の存在など）に伴う問題を識別する警告メッセージを含み得る。データメッセージは、コマンド及び関連する確認も含み得る。データメッセージは、センサー測定値又は任意の他のデータを更に含み得る。データメッセージは、例えば８バイト又は３２バイトメッセージなど、任意の適切なサイズ及び形式を有し得る。

必須ではないが、システム１００は１つ又は複数の無線リピータ１２６も含み得る。各リピータ１２６は、例えば、ストリング１０２ａ〜１０２ｎと中央コントローラ１１６との間の無線範囲に拡張し得る無線信号を受信し、その後これを再送信し得る。各リピータ１２６は、無線信号を受信及び送信するための任意の適切な構造を含み得る。例えば、各リピータ１２６は、マスト、アンテナ、ストア及び転送機能性を備えた受信器、送信器（恐らくは低速）、並びに電源を含み得る。例えば再充電可能バッテリー及び超小型（数平方インチ）ソーラーパネルなどの任意の適切な電源が用いられ得る。各リピータ１２６は、任意の適切な範囲、例えば１５０〜３５０フィート、を有し得る。各リピータ１２６はまた、例えば１０００〜１８００個のパネルなど、任意の数の光起電性パネルをサービスし得る。複数のリピータ１２６が、例えばいくつかのリピータ１２６が（パネル辺りで異なる伝搬角度を得るために）光起電性パネルのクラスタ辺りの戦略的位置に配され、他のリピータ１２６が特定の間隔で並べて配される場合など、任意の適切な構成で配され得る。各リピータ１２６はまた、例えばマルチパス・フェージングパターンからヌルを満たすために、無線波長の２分の１の奇数倍の間隔が空けられたデュアルアンテナなど、複数のアンテナを有し得る（中央コントローラ１１６において同様のアンテナ配置を用い得ることに留意されたい）。

特定の実施形態において、システム１００内で以下のうちの様々な特徴がサポートされ得る。電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍはスリープモードに入り、非常に低い電流（例えば数マイクロアンペアなど）を用いることができ、電力ドレインは、制限付きの夜間利用のため（例えば侵入者検出のため）にストレージキャパシタの使用を許可し得る。更に、少数のリピータ１２６を用いることができるようにするために電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍ用の無線通信範囲を約２５０から３５０フィートとし得、任意の適切なデータ伝送レート（例えば１ｂｐｓから２Ｍｂｐｓなど）が用いられ得る。無線通信システムの存在により、結果としてハーベストエナジーの起こり得る損失を最小にすることができる。変調を用いて干渉の減少又は回避が可能であり、無線システムは（例えば、２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯域の使用によるなど）事実上世界中のすべての国で合法であり得る。更に、電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍに関連付けられた無線通信装置をストリング配線１０８に結合することにより、通信信号を搬送するための余分な配線が無いため、結果としてハーベスト電力損失がわずか又は皆無となり得る。加えて、電力コントローラを用いる無線通信の実装コストは、光起電性パネル当たり２ＵＳドル未満となり得る。

図１は、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる光起電性システム１００の一例を示すが、図１に対して様々な変更が成され得る。例えばシステム１００は、任意の適切な構成内に、任意数のストリング、光起電性パネル、電力コントローラ、電力コンバイナ、電力コンバータ、中央コントローラ、及びリピータを含み得る。又、光起電性パネルと電力コントローラとの間には１対１の対応が示されているが、各電力コントローラは任意の数の光起電性パネルに結合され得る。

図２は、本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる例示の光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｃのストリングを示す。この例示の実施形態において、各光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｃは関連するジャンクションボックス２０２を有し、ジャンクションボックス２０２は光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｃのオペレーション中に用いられる様々な構成要素を含む。図２に示されるように、各ジャンクションボックス２０２が電力コントローラ２０４及び無線通信装置２０６を含む。電力コントローラ２０４は、例えば図１の電力コントローラ１０６ａ〜１０６ｍを表すことができる。

無線通信装置２０６は、電力コントローラ２０４との間の有線及び無線の通信をサポートする。例えば無線通信装置２０６は、ストリング配線１０８をアンテナとして用いて電力コントローラ２０４が中央コントローラ１１６と無線で通信できるようにし得る。無線通信装置２０６は、例えば１つの電力コントローラ２０４によって受信された情報を他の電力コントローラ２０４に中継するように、ストリング配線１０８を介して同じストリング内の電力コントローラ２０４が互いに通信できるようにもし得る。更に無線通信装置２０６は、例えば１つのストリング内の電力コントローラ２０４によって受信された情報を他のストリング内の電力コントローラ２０４に中継するように、１つのストリング内の電力コントローラ２０４が他のストリング内の電力コントローラ２０４と無線で通信できるようにもし得る。

各無線通信装置２０６は、単方向又は双方向の無線通信をサポートする任意の適切な構造を含む。各無線通信装置２０６は、例えばガウス周波数シフトキーイング（ＧＦＳＫ）又は他の変調など、任意の適切な変調方式もサポートし得る。無線通信装置２０６は、送信器、受信器、又はトランシーバを表し得る。いくつかの実施形態において、無線通信装置２０６は、狭帯域変調又は（周波数ホッピングを伴うか又は伴わない）直接シーケンススペクトル拡散を用いる２．４ＧＨｚトランシーバを表す。特定の例として、各無線通信装置２０６は、２．４ＧＨｚ無線及び単一チップ上の埋め込み型８０５１対応マイクロコントローラを含む、ノルディックセミコンダクターのｎＲＦ２４ＬＥ１チップを表し得る。このチップは狭帯域変調を用い、８０５１マイクロコントローラを用いる遠隔遮断特徴をサポートしている。２．４ＧＨｚを用いる狭帯域変調は、少なくとも２００の無線チャネルを提供し得、ＷｉＦｉ及びＺｉｇＢｅｅ規格の下で動作する一般向けサービスによっては用いられない狭スペクトルスロット内でのオペレーションを可能にし得る。しかしながら、任意の他の適切な無線通信装置及び無線周波数が用いられ得ることに留意されたい。

２つのＲＦチョーク２０８〜２１０が、各ジャンクションボックス２０２をストリング配線１０８に結合する。この例において、ストリング配線１０８はセグメントに分割され、各電力コントローラ２０４はＲＦチョーク２０８〜２１０によってストリング配線１０８の２つのセグメントに結合される。ＲＦチョーク２０８〜２１０は、ストリング配線１０８上のＲＦ信号が、例えば電力コントローラ２０４など、ジャンクションボックス２０２の様々な構成要素に到達するのをブロックするのに役立つ。しかしながら、無線通信装置２０６はＲＦチョーク２０８〜２１０の外側のストリング配線１０８に結合され、無線通信装置２０６がストリング配線１０８上のＲＦ信号を受信できるようにする。各ＲＦチョーク２０８〜２１０は、ＲＦ信号を少なくとも実質的にブロックするための任意の適切な構造を含む。

図２は、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる例示の光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｃのストリングを示すが、図２に対して様々な変更が成され得る。例えば、ストリングは任意数の光起電性パネルを含み得る。又、単一のジャンクションボックス２０２は１つ又は複数の光起電性パネルに関連付けられ得る。更に構成要素２０４〜２１０は、すべてが共通構造（ジャンクションボックス２０２）内に存在する必要はない。加えて、ＲＦ信号の使用は単に例示のためである。

図３は、本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる光起電性パネルのために、ジャンクションボックス２０２内に設置される例示のアセンブリを示す。この例示の実施形態において、ジャンクションボックス２０２は電力コントローラ２０４及び無線通信装置２０６を含む。特定の実施形態において、電力コントローラ２０４はナショナルセミコンダクターコーポレーションのＳｏｌａｒＭａｇｉｃ（商標）ＳＭ７２４４２プログラマブルＭＰＰＴコントローラを表し得、無線通信装置２０６はノルディックセミコンダクターのｎＲＦ２４ＬＥ１無線通信装置を表し得る。ｎＲＦ２４ＬＥ１無線はＳｏｌａｒＭａｇｉｃ（商標）ＳＭ３３２０内に配置され得、強制遮断及びパネルモードオペレーションを制御する受信器として用いられ得る。マイクロコントローラから２つのＧＰＩＯ出力（Ｐ０．０及びＰ０．１）は、遮断又はパネルモード信号をＳＭ７２４４２コントローラに送信するために用いられ得る。遮断信号は、ＳＭ７２４４２コントローラから発せられているＰＷＭ信号を非活動化するために、ＲＥＳＥＴピンをローにプルすることができる。ＳＭ７２４４２コントローラのＰＴピンをローにプルすることによって、ＳＭ７２４４２コントローラ内のパネルモードオペレーションを強制し得る。

キャパシタ３０２、インダクタ３０４、及びバランネットワーク３０６が、無線通信装置２０６をストリング配線１０８に結合する。キャパシタ３０２は、任意の適切なキャパシタンスを有する任意の適切な容量性構造を表す。インダクタ３０４は、任意の適切なインダクタンスを有する任意の適切な誘導性構造を表す。バランネットワーク３０６は、無線通信装置２０６からの平衡出力を、この例では不平衡であるストリング配線１０８に結合する。バランネットワーク３０６は、平衡信号及び不平衡信号を結合するための任意の適切な構造を含む。ここでインダクタ３０４は、無線通信装置の出力の短絡回路が接地するのを防ぐために用いられる。インダクタ３０４は、ストリング配線１０８と出力端子ＯＵＴ−との間に配置される。出力端子ＯＵＴ＋及びＯＵＴ−は電力コントローラ１０４の正及び負の出力を表し、これらの出力は、ストリング配線１０８に結合される正及び負の端子３０８ａ〜３０８ｂにフィードするために用いられる。

バイパスキャパシタ３１０が出力端子ＯＵＴ−と接地との間に結合される。キャパシタ３０２、３１０、及びインダクタ３０４は、ＲＦ信号をＤＣ電力フィードに短絡させることなく負のストリング配線端子３０８ｂへ及び負のストリング配線端子３０８ｂから結合するためにＬネットワークを作成する。Ｌネットワークは、無線通信装置２０６とストリング配線アンテナとの間により良い近似マッチを提供するためにも役立つ。同時に、それらはＤＣ電力を電力フィードからストリング配線１０８に搬送する。正のストリング配線端子３０８ａは、１つ又は複数の接地平面を介してＲＦについての戻りを無線通信装置２０６に提供するため、接地へのバイパスキャパシタ３１４を有し得る。この回路は、ストリング配線１０８を、ストリング配線１０８の複数のセグメントを利用して、ダイポールアンテナに変換し得る（しかしながら、単一のセグメントのみも用いられ得ることに留意されたい）。端子３０８ａ〜３０８ｂはストリング配線１０８に結合され、光起電性パネルからの電力をストリング配線１０８に提供する。図２のチョーク２０８〜２１０は、Ｌネットワークによって表され得る。

ここでレイアウトは、近傍の接地平面が利用可能であることを想定することに留意されたい。近傍の層が電力平面である場合、１つ又は複数のバイパスキャパシタ（例えば３つの０．０１μＦ及び３つの１００ｐＦキャパシタなど）が、無線通信装置２０６近くで接地と電力平面との間に追加され得る。又、ＲＦトレース及びその周囲の平面からの距離は、（共面接地フロアが計算に含まれていない限り）ラインインピーダンスを低下させる共面結合を避けるために、ＲＦトレースの幅の少なくとも２倍とされ得る。加えて、無線通信装置２０６の水晶発振器に入るトレースは、低温でのより信頼できる始動のために、ラインインダクタンスを低下させるだけの充分な幅（例えば約１５ミルなど）であり得る。他方で、これらのトレースを増加させることによって接地へのラインキャパシタンスも増加させ得、これも同様に始動に影響を与える可能性がある。しかしながらこの影響は、ｎＲＦ２４ＬＥ１無線通信装置のピン２８及び２９に結合されたキャパシタのキャパシタンスを低下させることなどによって、反対に作用する可能性がある。

ジャンクションボックス２０２は、ここでは電源３１６も含む。電源３１６はジャンクションボックス２０２内の様々な構成要素、例えば無線通信装置２０６など、に電力を供給することができる。いくつかの実施形態において、無線通信装置２０６は、日中には光起電性パネルによってハーベストされるエネルギーによってフィードされ、夜間或いは、光起電性パネルがエネルギーを殆ど又はまったくハーベストしていない他の時間には、電源３１６によってフィードされる。電源３１６は、動作電力を少なくとも無線通信装置に供給するための任意の適切な構造、例えばバッテリー又は高額キャパシタなど、を含む。

無線通信装置２０６は、ここでは通信コントローラ３１８を含む。コントローラ３１８は、データの無線通信に関連付けられた様々な特徴を実行するために用いられ得る。例えばコントローラ３１８は、変調、暗号化、又は他の特徴を制御し得る。他の例として、いくつかの実施形態において、無線通信装置２０６はストリング配線１０８に対する固定ＲＦマッチングを有し得る。他の実施形態において、より大きな無線範囲を達成するため、ストリング配線１０８へのより効率的な結合を得るために、可変インピーダンスマッチングシステムが用いられ得る。インピーダンスマッチングシステムは、例えば、キャパシタ３０２をバラクタダイオードに置き換え可能であり、定在波比ブリッジが信号経路内に含まれ得る。インピーダンスマッチングシステムを制御するために、制御メカニズム（例えば通信コントローラ３１８など）が用いられ得る。通信コントローラ３１８は、任意の他の機能又は追加的な機能を実行し得る。

図３は、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる光起電性パネルのために、ジャンクションボックス２０２内に設置されるアセンブリの一例を示すが、図３に対して様々な変更が成され得る。例えば、無線通信装置２０６をストリング配線１０８に結合するために、任意の他の適切な構成要素が用いられ得る。

図４は、本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる光起電性パネルのための例示の無線通信装置２０６を示す。この例において、構成要素４０２〜４１０は、クロックソース４０２、シフトレジスタ４０４、電圧制御発振器（ＶＣＯ）４０６、結晶（ＸＴＡＬ）発振器４０８、及び周波数逓倍器４１０を含む、送信器を形成する。クロックソース４０２は、任意の適切な周波数、１Ｈｚなどのなお一層低い周波数、を有するクロック信号を提供する。シフトレジスタ４０４は、ＶＣＯ４０６用の制御として用いられる、入力データをシフトするためにクロック信号を用いる。ＶＣＯ４０６の出力は、結晶発振器４０８をオン及びオフにするために用いられ、結晶発振器４０８の出力は、周波数逓倍器４１０によって周波数が増加される。周波数逓倍器４１０は、無線伝送用のアンテナ（ストリング配線１０８）に信号を出力する。

構成要素４１２〜４４０は、アンテナ（ストリング配線１０８）に結合するため、及びアンテナからの入力信号を受信するための、マッチング回路及びフロントエンドフィルタ４１２を含む、受信器を形成する。ＲＦプリアンプ４１４が入力信号を増幅し、ミキサー４１６が、入力信号を、周波数逓倍器４２０によって修正された結晶発振器４１８からの信号とを混合して、中間周波数（ＩＦ）信号を生成する。ＩＦ信号は、例えば約１０．７ＭＨｚなど、任意の適切な周波数を有し得る。ＩＦ信号はＩＦフィルタ４２２によってフィルタリングされ、ＩＦ増幅器４２４によって増幅される。

振幅変調（ＡＭ）検出器４２６が、ＩＦ信号から回復されたＡＭ変調データを検出し、出力する。このデータは、ＲＦプリアンプ４１４及びＩＦ増幅器４２４のオペレーションを調節するために、自動利得制御（ＡＧＣ）サーボ４２８によって用いられ得る。このデータは、例えば２ｋＨｚ幅の１ｋＨｚバンドパスフィルタなどの、フィルタ４３０にも提供される。フィルタリングされたデータは、位相ロックループ（ＰＬＬ）周波数変調（ＦＭ）検出器４３２に提供され、検出器４３２は、回復されたデータをレベルシフタ４３４に提供する。レベルシフタ４３４は、データの信号レベルをシフトし、シフトされたデータをシフトレジスタ４３６及びクロックソース４３８に提供する。クロックソース４３８は、任意の適切な周波数、１Ｈｚなどのなお一層低い周波数、を有するクロック信号を提供する。シフトレジスタ４３６は、クロック信号に基づいてデータ値をシフトし、その値を検出器４４０に出力し、検出器４４０は、回復されたデータが特定のパターンにマッチするかどうかを示す信号を出力する。

この例において、無線通信装置２０６は極端な狭帯域、恐らくは約１ヘルツ又は数ヘルツ、であり得る。信号をＩＦフィルタに置くために必要とされる周波数安定性が高いことによるローカル発振器の場合と同様、ＩＦフィルタは高価であるため、極端な狭帯域受信器は非常に高価であり得る。これらはすべて、例えば光起電性システム内について存在するなど、特に広範囲の温度要件について真である。しかしながらこれらの問題は、振幅変調副搬送波システムを用いることによって回避され得る。通常、振幅変調は周波数変調よりも劣ると想定される。しかしながら、本願では、振幅変調を用いることにより、検出器４２６の前のＳＮＲに関係なく、ＡＭ検出器４２６後の入力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、ＡＭ検出器４２６前のものより約３ｄＢ低くなり得る。また、狭帯域ＡＭ信号はＩＦパスバンド内のどの箇所でも可能であり、ローカル発振器の周波数安定性要件を緩和する。低コストＶＨＦ又はＵＨＦ受信器は、３ｄＢのシステムノイズと、約３００ｋＨｚに等しいＩＦパスバンドとを有し得る。これは、６ｄＢ ＳＮＲについて、受信器入力の信号が約−１１０ｄＢｍ（５０Ωへの０．７μＶ）であればよいことを意味する。典型的には、低コスト機器の場合の３００ｋＨｚのスペクトル幅は約１００ｋｂｐｓを処理し得るが、本願の場合、非常に低いレート（例えば１ｂｐｓなど）が用いられ得る。

ＶＨＦ又はＵＨＦ搬送波信号が、２ｂｐｓを送信できるようにするために１Ｈｚレートで±３０Ｈｚの周波数シフトキーイングされた、１００Ｈｚ副搬送波によって振幅変調されるものと想定する。受信器入力の信号レベルが約−１４０ｄＢｍ（５０Ωへの０．０２２μＶ）である場合、ＡＭ検出器４２６にフィードするＩＦ増幅器４２４の出力のＳＮＲは、ＡＭ検出器の出力で−２４ｄＢ及び−２７ｄＢとされ得る。受信器は、ＡＭ検出器４２６が過負荷なしに処理可能な最高レベルで信号プラス雑音を維持するために、ＡＧＣ制御を用いることができる。このレベルが１Ｖ ＲＭＳである場合、１００Ｈｚ副搬送波はＡＭ検出器４２６を４４．７ｍＶにしておくが、３００ｋＨｚの広帯域雑音は１Ｖ ＲＭＳに近い。ＡＭ検出器４２６に続き、フィルタ４３０は、雑音を２．６ｍＶ ＲＭＳまで低下させ、信号を４４．７ｍＶにしておくことができる。その後、ＰＬＬ ＦＭ検出器４３２の出力はクリーンな１ｂｐｓ出力となり得、シフトレジスタ４３６によって出力されるデータは、そのデータが警告状態のパターン又は他のパターンにマッチするかどうかを判定するために、復号器４４０によって検査され得る。

図４は、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとしてストリング配線１０８を用いる光起電性パネルのための無線通信装置２０６の一例を示すが、図４に対して様々な変更が成され得る。例えばこれは、光起電性パネルと共に用いられ得る１つの特定のタイプの無線通信装置２０６を表す。特に、これは低データレート情報を伝送するために周波数シフトキーイング信号の振幅変調を用いる、１つの特定のタイプの無線通信装置を表す。任意の他の適切な無線通信装置をここに用いることもできる。

図５は、本開示に従った、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとして光起電性システムにおいてストリング配線を用いるための例示の方法５００を示す。図５に示されるように、ステップ５０２で、データを含む無線信号が光起電性パネルに送信される。これは、例えば、中央コントローラ１１６が遮断コマンド或いは１つ又は複数のストリング１０２ａ〜１０２ｎに対する他のデータを含む無線信号をブロードキャストすることを含み得る。ステップ５０４で、無線信号は光起電性パネルストリングのストリング配線で受信される。これは、例えば、無線信号がストリング内の光起電性パネル１０４ａ〜１０４ｍによって遮蔽されないストリング配線１０８の部分によって受信されることを含み得る。無線信号は、ストリング配線内に電気信号を作成し、この信号が、ステップ５０６で、１つ又は複数の光起電性パネルに関連付けられた１つ又は複数の無線通信装置に提供される。無線通信装置は、ステップ５０８で、電気信号からこのデータを取得し、用いる。これは、例えば、無線通信装置２０６が、電気信号内に含まれるデータを復調し、このデータを電力コントローラ２０４に提供することを含み得る。これは、電力コントローラ２０４が、データを受信すること、遮断コマンド又は他のコマンドを認識すること、及びコマンドを実行することも含み得る。

ステップ５１０で、光起電性パネルから送信されるデータが取得される。これは、例えば、１つ又は複数の電力コントローラ２０４が、以前に実行されたコマンド又は他のデータに対する確認を生成すること、及びデータを無線通信装置２０６に提供することを含み得る。ステップ５１２で、データを表す電気信号が無線通信装置を用いて生成される。これは、例えば、無線通信装置２０６が、ＡＭ、ＦＭ、又は他の変調技法を用いてデータを変調することを含み得る。ステップ５１４で、電気信号がストリング配線を介して提供される。

この時点で、ステップ５１６で電気信号が近隣の光起電性パネルに送信され得る。この場合、ストリング配線１０８を介して１つの無線通信装置２０６によって出力される電気信号は、同じストリング配線１０８に接続された他の無線通信装置２０６によって受信及び処理され得る。ステップ５１８で、電気信号はまた、近隣の光起電性ストリング又は中央コントローラに無線で送信され得る。その場合、ストリング配線１０８を介して１つの無線通信装置２０６によって出力される電気信号は、近隣のストリングのストリング配線１０８に又は中央コントローラ１１６に無線で放射され得る。

このようにして、無線信号がストリング配線１０８を用いて光起電性パネルのストリングに送信され得、そのストリングから受信され得る。また、信号は、ストリング配線１０８を用いて（ストリング内及びストリング間の両方の）光起電性パネル間で中継され得る。

図５は、有線及び無線のデータ通信のためのアンテナ及び伝送ラインとして光起電性システム内でストリング配線１０８を用いるための方法５００の一例を示すが、図５に対して様々な変更が成され得る。例えば、いくつかの実施形態において、光起電性パネルとの通信は単方向であってもよい。また、図５内の様々なステップは、重複、並行する実行、異なる順序での実行、又は複数回の実行も可能である。

いくつかの実施形態において、上記で説明した様々な機能は、コンピュータ読み取り可能プログラムコードから形成される、及びコンピュータ読み取り可能媒体内に具体化される、コンピュータプログラムによって実装又はサポートされる。「コンピュータ読み取り可能プログラムコード」という語句は、ソースコード、オブジェクトコード、及び実行可能コードを含む、任意のタイプのコンピュータコードを含む。「コンピュータ読み取り可能媒体」という語句は、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、又は任意の他のタイプのメモリなど、コンピュータによりアクセス可能な任意のタイプの媒体を含む。

当業者であれば、説明した実施形態及び本発明の特許請求の範囲内で実装される多くの他の実施形態に対して、修正が実行可能であることを理解されよう。

Claims (20)

1. 装置であって、
   光起電性ストリングのストリング配線に結合されるように構成される端子と、
   前記光起電性ストリング内の光起電性パネルにより前記ストリング配線を介して提供される電力を制御するように構成される電力コントローラと、
   前記ストリング配線をアンテナとして用いて無線信号を送信又は受信するように、又は送信及び受信の両方を行うように構成される無線通信装置（wireless radio）であって、前記無線信号が、前記光起電性パネル及び前記電力コントローラの１方又は両方に関連付けられたデータを含む、前記無線通信装置と、
   を含む装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記無線通信装置が、前記ストリング配線から前記電力コントローラのためのコマンドを含む第１の信号を受信するように、及び、前記コマンドを前記電力コントローラに提供するように構成され、
   前記無線通信装置が、前記電力コントローラから前記コマンドに関連付けられた確認（acknowledgement）を受信するように、及び、無線送信のために前記ストリング配線を介して前記確認を含む第２の信号を送信するように構成される、
   装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、前記無線通信装置が、光起電性アレイの中央コントローラと異なる光起電性ストリングとの少なくとも一方と、無線で通信するように構成される、装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、前記無線通信装置が、前記中央コントローラと前記異なる光起電性ストリングとの少なくとも一方に、受信した情報を中継するように構成される、装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、前記無線通信装置が、前記ストリング配線を有線伝送ラインとして用いる前記光起電性ストリング内の少なくとも１つの他の無線通信装置と通信するように更に構成される、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、前記電力コントローラが、前記光起電性パネルに対して最大電力点追尾を実行するように構成される、装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、前記無線通信装置が、周波数シフトキーイング信号の振幅変調を用いて無線で通信するように構成される、装置。
8. 請求項１に記載の装置であって、
   少なくとも前記無線通信装置に電力を提供するように構成される電源を更に含み、
   前記無線通信装置が、第１の期間の間前記光起電性パネルからハーベストされるエネルギーによってフィードされるように、及び、第２の期間の間前記電源からのエネルギーによってフィードされるように構成される、
   装置。
9. 請求項１に記載の装置であって、複数のセグメントが前記無線通信装置のためのダイポールアンテナを形成するように、前記無線通信装置を前記ストリング配線の前記複数のセグメントに結合するように構成される回路を更に含む、装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、
    前記端子に結合され、前記ストリング配線上の前記無線信号を表す電気信号を実質的にブロックするように構成される、複数の無線信号チョーク又はＬネットワークを更に含み、
    前記無線通信装置が、前記無線信号チョーク又はＬネットワークの外側の端子の１つに結合される、
    装置。
11. システムであって、
    光起電性ストリング内の複数の光起電性パネル、
    前記光起電性ストリングのストリング配線を介して前記光起電性パネルによって提供される電力を制御するように構成される、１つ又は複数の電力コントローラ、及び
    １つ又は複数の無線通信装置であって、各無線通信装置が、前記ストリング配列をアンテナとして用いて無線信号の送信及び受信の少なくとも一方を行うように構成され、前記無線信号が、前記光起電性パネルと前記１つ又は複数の電力コントローラとの１つ又は複数に関連付けられたデータを含む、前記１つ又は複数の無線通信装置、
    を含むシステム。
12. 請求項１１に記載のシステムであって、前記システムが複数の電力コントローラを含み、各電力コントローラが、前記光起電性ストリング内の前記光起電性パネルの１つに関連付けられる、システム。
13. 請求項１１に記載のシステムであって、
    前記光起電性ストリングが複数のストリングの１つを含み、
    前記複数のストリング内の前記光起電性パネルによって提供される前記電力を組み合わせるように構成される電力コンバイナと、
    前記電力コンバイナによって提供される組み合わせられた電力を変換するように構成される電力コンバータと、
    を更に含む、システム。
14. 請求項１１に記載のシステムであって、前記１つ又は複数の無線通信装置を介して前記１つ又は複数の電力コントローラと無線で通信するように構成される中央コントローラを更に含む、システム。
15. 請求項１４に記載のシステムであって、
    前記中央コントローラが、前記１つ又は複数の無線通信装置を介して前記１つ又は複数の電力コントローラにコマンドを無線で通信するように構成され、
    前記中央コントローラが、前記１つ又は複数の無線通信装置を介して前記１つ又は複数の電力コントローラから確認を無線で受信するように構成される、
    システム。
16. 請求項１４に記載のシステムであって、
    前記光起電性ストリングが複数のストリングの１つを含み、
    １つのストリング内の前記１つ又は複数の無線通信装置が、前記中央コントローラと前記光起電性ストリングの異なる１つとの少なくとも一方に、受信した情報を中継するように構成される、
    システム。
17. 請求項１１に記載のシステムであって、前記１つ又は複数の無線通信装置が、前記ストリング配線を有線伝送ラインとして用いて互いに通信するように更に構成される、システム。
18. 方法であって、
    電力コントローラにおいて光起電性ストリング内の光起電性パネルから電力を受信すること、
    前記光起電性ストリングのストリング配線を介して前記光起電性パネルによって提供される前記電力を制御すること、及び
    前記ストリング配線をアンテナとして用いて無線信号を送信又は受信すること、又は送信及び受信の両方を行うことであって、前記無線信号が、前記光起電性パネルと前記電力コントローラとの一方又は両方に関連付けられたデータを含むこと、
    を含む方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記無線信号を送信すること及び受信することの少なくとも一方が、
    前記電力コントローラのためのコマンドを含む第１の信号を前記ストリング配線から受信すること、
    前記コマンドを前記電力コントローラに提供すること、
    前記電力コントローラから前記コマンドに関連付けられた確認を受信すること、及び、
    無線送信のために前記ストリング配線を介して前記確認を含む第２の信号を送信すること、
    を含む、方法。
20. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記ストリング配線を有線伝送ラインとして用いて前記光起電性ストリング内の少なくとも１つの近隣の電力コントローラと通信すること、及び
    無線で受信した情報を前記ストリング配線を用いて少なくとも１つの近隣の光起電性ストリングに中継すること、
    を更に含む、方法。

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