JP2015216827A

JP2015216827A - 太陽光遮光回路

Info

Publication number: JP2015216827A
Application number: JP2014186739A
Authority: JP
Inventors: 韋景川; Ching-Chuan Wei; 李添財; Tien-Tsai Lee
Original assignee: SOYO LINK ENERGY CO Ltd
Current assignee: SOYO LINK ENERGY CO Ltd
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2015-12-03
Also published as: TW201543778A; CN204131459U; CN105099361A; US20150326019A1

Abstract

【課題】遮光状況が発生したことにより太陽電池セルが正常に動作できなくなることを改善する太陽光遮光回路を提供する。
【解決手段】太陽光遮光回路は、直列に接続される複数の太陽電池セルに接続され、対応する太陽電池セルに各ＭＯＳスイッチが並列に接続される複数のＭＯＳスイッチを含むＭＯＳスイッチ群と、各駆動ユニットがそれぞれ制御信号を対応するＭＯＳスイッチへ出力して、ＭＯＳスイッチを制御して導通させる複数の駆動ユニットを含む駆動ユニット群と、を含み、そのうち、遮光状況が発生した場合、駆動ユニットは、対応するＭＯＳスイッチへ制御信号を出力して、ＭＯＳスイッチを制御し導通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池に関し、特に、太陽電池遮光回路に関する。

太陽光発電は、現在代替エネルギーの一つとして広く用いられ、その発電方法は、従来の発電（例えば、火力又は水力）と比較して環境にやさしい。しかし、太陽発電のソーラーパネル及びそのモジュールの使用寿命は、様々な要因により、太陽光発電の安定性に重大な影響を与える。

一般的に、ソーラーパネル及びそのモジュールの使用寿命に影響を与える一つの要因として遮光効果がある。ソーラーパネルにおいて、太陽エネルギーを変換した電力を受ける太陽電池に遮光効果が発生した場合、遮光された太陽電池セルの内部抵抗が高くなり、発熱し、発熱時間の増加とともに、太陽電池が故障する確率も上昇し、且つ全ての太陽電池モジュールの太陽光変換効率が低下する。上記問題を解決するために、現在、この業界においてダイオードにより太陽電池の保護を行っている。遮光効果が発生した際に、ダイオードは、太陽電池に逆電流が流れ込むことを防止し、更に、太陽電池を保護して焼けるのを防止する。

しかし、ダイオードは、導通する際の高温放熱不良により、且つ大量電流が流れることにより、ダイオードが損傷し、太陽電池を保護する効果が達成できず、更に、ソーラーパネル及びそのモジュールの運行にも影響を与える。ダイオードが損傷せずとも、高温環境の下では、ダイオードに高損失が発生し、ソーラーパネル及びそのモジュールの発電効果がまた低下する。

従って、上記問題を如何に改善して太陽光発電を更に普及させるかが、本業界にとって早急に解決しなければならない課題である。

本発明が解決する技術課題は、遮光状況が発生したことにより太陽電池セルが正常に作動できなくなることを改善する太陽光遮光回路を提供することである。本発明は、電子スイッチ(例えば、半導体スイッチ又はダイオードを組み合わせた半導体スイッチ)により、太陽電池セルが生成する電圧に基づき太陽電池セルをバイパスし、全ての太陽電池モジュールに正常に作動させるという目的を達成する。本発明は、更に、電子スイッチが過熱する又は環境温度が高すぎるために、素子が焼けることを防ぐように過熱保護ユニットを提供する。又、本発明は、リリースユニットを提供し、遮光状況又は過熱状況を解除すると、バイパスされた太陽電池セルを直ちにリリースして正常作動に戻し、太陽電池モジュールが生成する電力を最適化することができる。過熱保護ユニットと発振器との組み合わせにより、劣悪な気候に基づきリアルタイムで太陽電池モジュールを微調整し、太陽電池モジュールの作動を最適化する。

前記目的及び効果を達成するために、本発明の太陽光遮光回路は、直列に接続される複数の太陽電池セルに接続され、対応する太陽電池セルに各スイッチが並列に接続される複数のスイッチを含むスイッチ群と、各駆動ユニットが制御信号を対応するスイッチへそれぞれ出力し、スイッチを制御して導通させる複数の駆動ユニットを含む駆動ユニット群と、を含み、そのうち、遮光状況が発生した場合、駆動ユニットは、対応するスイッチへ制御信号を出力して、スイッチを制御して導通させる。

本発明の太陽光遮光回路は、バスバーを介してスイッチ群及び駆動回路群に接続され、解除信号を定時に送信し、遮光状況を解除する際、解除信号により対応するＭＯＳスイッチをＯＦＦにする発振器を更に含む。

バスバーを介してスイッチ群及び駆動回路群に接続される過熱保護ユニットを更に含み、過熱が発生した際、過熱保護ユニットが過熱信号を出力し、過熱状況が発生したスイッチを制御して導通させ、過熱状況が発生した太陽電池セルをバイパスするバイパス経路を形成する。

本発明の実施例に基づく太陽光遮光回路の概略図である。

以下において、当業者が本発明を理解し実施できるように、図面及び具体的実施例をあわせて、本発明を詳細に説明する。しかし、挙げられた実施例は、本発明を限定するものではない。

図1は、本発明の実施例に基づく太陽光遮光回路の概略図である。図1に示すように、太陽光遮光回路は、複数のスイッチ１２＿１〜１２＿ｎを含むスイッチ群と、複数のスイッチ１２＿１〜１２＿ｎを制御する複数の駆動ユニット１４＿１〜１４＿ｍを含む駆動ユニット群と、過熱保護ユニット１６と、発振器１８と、バスバー２６とを含む。複数のスイッチ１２＿１〜１２＿ｎは、対応する太陽電池セル２０＿１〜２０＿ｎに接続され、太陽電池セル２０＿１〜２０＿ｎをバイパスするバイパス経路を提供する。

実施例において、太陽電池セル２０＿１〜２０＿３は、スイッチ１２＿１〜１２＿３に接続される。当業者は、本発明の太陽電池セルの個数はこれに制限されず、太陽電池モジュールの規模の大きさにより調整できることが理解できる。実施例において、太陽電池セル２０＿１〜２０＿３は、直列に接続され、スイッチ１２＿１は、太陽電池セル２０＿１と並列に接続される。同様に、スイッチ１２＿２は、太陽電池セル２０＿２と並列に接続され、スイッチ１２＿３は、太陽電池セル２０＿３と並列に接続される。

実施例において、スイッチ１２＿１〜１２＿３は、半導体スイッチであり、例えば、スイッチ１２＿１は、ダイオードであり、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３は、金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）であってもよい。しかし、本発明はこれに制限されず、スイッチ１２＿１〜スイッチ１２＿３は、使用者のニーズによってその種類を調整できる。好ましい実施例において、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３は、Ｐチャンネル金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）であり、スイッチ１２＿１の陽極が接地され、スイッチ１２＿１の陰極がスイッチ１２＿２のドレインに接続され、スイッチ１２＿２のソースがスイッチ１２＿３のドレインに接続され、以後このように行われる。しかし、本発明はこれに制限されず、使用者のニーズによってスイッチ１２＿１〜スイッチ１２＿３の態様及び接続関係を調整できる。

図１に示すように、駆動ユニット群は、第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２を含み、太陽電池セルの電圧状況によりスイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３の導通を制御する。当業者は、駆動ユニットの数量は、スイッチ１２＿１〜スイッチ１２＿ｎの数量により決定され、本実施例は例示に過ぎないことが理解できる。第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２は、それぞれ制御信号２２＿１及び制御信号２２＿２をスイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３のゲートへ出力し、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３を制御して導通する。実施例において、第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２は、演算増幅器であり（本発明はこれに制限されない）、隣り合う太陽電池セルの電圧が平衡であるか否か比較し、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３を導通するか否か判断する。

太陽光遮光回路が作動し且つ遮光状況にない場合、ソーラーパネルは太陽光を受けて太陽電池セル２０＿１〜太陽電池セル２０＿３へ発電する。この時、太陽電池セル２０＿１〜太陽電池セル２０＿３の電圧ＡＪＭ，ＢＪＭ及びＣＪＭの間の関係は、ＡＪＭ＜ＢＪＭ＜ＣＪＭを維持しなけらばならない。従って、第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２は作動せず、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３はＯＦＦを維持する。

ソーラーパネルが遮光状況である場合、理解しやすいように、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３をＰＭＯＳとして、これを説明する。太陽電池セル２０＿２に対応するソーラーパネルに遮光状況が発生したとすると、太陽電池セル２０＿２が受ける分圧関係が生成する電圧ＢＪＭが低下する。ＢＪＭは、太陽電池セル２０＿１が生成する電圧ＡＪＭより低いとき、第１駆動ユニット１４＿１は、制御信号２２＿１（例えば低レベルロジック）を出力しスイッチ１２＿２を駆動して導通する。スイッチ２２＿２の導通によりバイパス経路が形成されるので、太陽電池セル２０＿２はバイパスされる。同様に、太陽電池セル２０＿３に対応するソーラーパネルに遮光状況が発生すると、太陽電池セル２０＿３が生成する電圧ＣＪＭは低下し、ＣＭＪが、隣り合う太陽電池セル２０＿２が生成する電圧ＢＪＭより低い場合、第２駆動ユニット１４＿２は制御信号２２＿２を出力しスイッチ１２＿３を駆動して導通する。スイッチ１２＿３の導通によりバイパス経路が形成されるので、太陽電池セル２０＿３は、バイパスされる。

別の実施例において、太陽光遮光回路に、過熱保護ユニット１６を更に含み、過熱保護ユニット１６はバスバー２６により第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２に接続される。過熱保護ユニット１６は１以上の温度センサ（例えば、サーミスター）により、環境温度又はスイッチ１２＿２〜スイッチ１２＿３の温度を検測することにより、全ての太陽電池モジュールを保護する。本発明の実施例は、二つの負特性サーミスターを例にするが、これに制限されない。本実施例において、温度センサ２４＿１は、スイッチ１２＿２〜スイッチ１２＿３の表面温度を検測し、温度センサ２４＿２は、環境温度を検測する。実施例において、バスバー２６は、ダイオードのアーティテクチャであり、その陽極は第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２の出力端に接続され、その陰極は過熱保護ユニット１６の出力端に接続される。この実施例において、スイッチ１２＿２〜スイッチ１２＿３の表面温度が環境温度より高い場合、過熱保護ユニット１６が出力する過熱信号２２＿３は、ロジックハイ（ＨＩＧＨ）レベルであり、バスバー２６に流れない。従って、第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２が遮光効果を起動し、太陽電池セル１０＿１〜太陽電池セル２０＿３の電圧ＡＪＭ、ＢＪＭ及びＣＪＭの大きさを判断して、太陽電池セル２０＿２及び太陽電池セル２０＿３をバイパスするバイパス経路を形成するようにスイッチ１２＿２〜スイッチ１２＿３を導通するか否かを決定する。駆動ユニットの動作モードは、先に説明したとおりであるので、ここでは説明しない。

上記のように、スイッチ１２＿２又はスイッチ１２＿３が導通してバイパス経路が起動した場合、太陽電池セル２０＿２又は太陽電池セル２０＿３は停止され、全ての太陽電池モジュールの正常運行を維持する。しかし、遮光状況が消失すると（例えば、ソーラーパネルを遮る遮蔽物が撤去された場合）、太陽電池セル２０＿２又は太陽電池セル２０＿３は、依然としてバイパスされた状況であり、このように太陽電池モジュールの発電効率は大幅に低下する。従って、更に別の実施例において、太陽光遮光回路は、振幅器１８を更に含む。振幅器１８は、バスバー２６及びプルアップ抵抗（例えば、１Ｍｅｇａオーム）を介して、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３のゲートに接続され、且つ第１駆動ユニット１４＿１及び第２駆動ユニット１４＿２の出力端に接続される。発振器１８は、ＲＣ発振を介して、使用者が設定する固定周波数で定時に解除信号２２＿４（例えば、低レベルロジック）を出力する。理解しやすいように、実施例において、太陽電池セル２０＿２に対応するソーラーパネルに遮光状況が発生した場合、スイッチ１２＿２は遮光状況により導通し（即ち、第１駆動ユニット１４＿１が低レベルロジックの制御信号２２＿１を出力する）、太陽電池セル２０＿２がバイパスされる。同時に、振幅器１８は定時に低レベルロジックの解除信号２２＿４を出力し、遮光状況が解除されると、振幅器１８が出力した解除信号２２＿４は、プルアップ抵抗（図示しない）を介して、低レベルロジックの解除信号２２＿４を高レベルロジックの信号に引き上げられ、更に、スイッチ１２＿２を無効にし（即ちＭＯＳをＯＦＦにする）、太陽電池セル２０＿２のバイパス経路を解除して太陽電池セル２０＿２の動作を回復する。

同様に、温度センサ２４＿１及び温度センサ２４＿２が検測した温度が低下すると、現在の太陽電池モジュールが高温で危険な状況にないことを意味する、又は遮光状況が解除されたことを意味する。従って、このような状況の下、振幅器１８を組み合わせてスイッチ１２＿２又はスイッチ１２＿３をＯＦＦにして、バイパスされた太陽電池セル２０＿２又は太陽電池セル２０＿３をリリースし、太陽電池モジュールが生成する電力を最大化にすることができる。

実施例において、図１に示すように、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３がＰＭＯＳである場合、スイッチ１２＿１はダイオードであってもよく、太陽電池モジュール中の直列接続された太陽電池セルの最後の電池セル（例えば、太陽電池セル２０＿１）に接続される。別の実施例において、スイッチ１２＿２及びスイッチ１２＿３がＮＭＯＳである場合、スイッチ１２＿１は、全ての太陽電池セルの一つ目の電池セルに接続される（図示せず）。

本発明は、太陽光遮光回路を提供し、前記遮光回路は、電子スイッチ(例えば、ダイオードにＰＭＯＳを組み合わせる)により、太陽電池セルが生成する電圧を比較して遮光を判断し、遮光された太陽電池セルをバイパスし、更に、全ての太陽電池モジュール又は一連のモジュールを正常に作動させる。本発明は、更に、電子スイッチが過熱する又は環境温度が高すぎるために素子が焼けるのを防ぐように過熱保護ユニットを提供する。又、本発明は、リリースユニットを提供し、遮光状況又は過熱状況が解除されると、元のバイパスされた太陽電池セルを直ちにリリースして正常動作に戻す。自動解除されない場合、遮光現象が除去されたとしても、導通されたＭＯＳスイッチが無効（disable）にされないので、本発明のリリースユニットを介して、太陽電池モジュールが生成する電力を最大化することができる。ＭＯＳスイッチを介して、遮光防護を行うことにより、太陽電池モジュールの電力散逸が小さく、発電量が大きく且つ過熱状態の発生を防止し、且つ、過熱保護ユニットと発振器との組み合わせにより、劣悪な気候に基づき太陽電池モジュールをリアルタイムで微調整でき、太陽電池モジュールの動作を最適化する。

以上で述べた実施例は、単に本発明を十分に説明するために、好ましい実施例を挙げたにすぎず、本発明の保護範囲はこれに制限されない。当業者が本発明を基に、等価の置換または変更を行っても、いずれも本発明の保護範囲内である。本発明の保護範囲は特許請求の範囲を基準とする。

１２＿１〜１２＿３スイッチ
１４＿１第１駆動ユニット
１４＿２第２駆動ユニット
１６過熱保護ユニット
１８発振器
２０＿１〜２０＿３太陽電池セル
１０＿１，２２＿２制御信号
２２＿３過熱信号
２２＿４解除信号
２４＿１，２４＿２温度センサ
２６バスバー

Claims

直列接続された複数の太陽電池セルに接続される太陽光遮光回路であって、
対応する前記太陽電池セルに各ＭＯＳスイッチが並列に接続される複数のＭＯＳスイッチを含む金属酸化物半導体（ＭＯＳ）スイッチ群と、
各駆動ユニットが対応する前記ＭＯＳスイッチに制御信号をそれぞれ出力して、前記ＭＯＳスイッチを制御して導通させる複数の駆動ユニットを含む駆動ユニット群と、を含み、
そのうち、遮光状況が発生した場合、前記駆動ユニットは、対応する前記スイッチへ前記制御信号を出力して、前記スイッチを制御して導通させることを特徴とする太陽光遮光回路。
バスバーを介して前記スイッチ群及び前記駆動回路群に接続され、解除信号を定時に送信する発振器を更に含み、そのうち、遮光状況を解除する場合、前記発振器から出力された前記解除信号により対応する前記ＭＯＳスイッチをＯＦＦにすることを特徴とする請求項１記載の太陽光遮光回路
前記発振器は、前記ＭＯＳスイッチに接続されたプルアップ抵抗を利用して、固定周波数で定時に前記解除信号を出力することを特徴とする請求項２記載の太陽光遮光回路。
バスバーを介して前記スイッチ群及び前記駆動回路群に接続される過熱保護ユニットを更に有し、過熱状況が発生した場合、前記過熱保護ユニットは、過熱信号を出力し、前記過熱状況が発生した前記スイッチを制御して導通させることを特徴とする請求項１記載の太陽光遮光回路。
前記過熱保護ユニットは、少なくとも一の温度センサを含むことを特徴とする請求項４記載の太陽光遮光回路。
前記温度センサは、サーミスターを含むことを特徴とする請求項５記載の太陽光遮光回路。
前記温度センサは、ダイオードを含むことを特徴とする請求項５記載の太陽光遮光回路。
前記駆動ユニット群は、前記ＭＯＳスイッチのゲートに前記制御信号を出力して、前記ＭＯＳスイッチを導通させ、前記遮光状況が発生した前記太陽電池セルをバイパスするバイパス経路を形成することを特徴とする請求項１記載の太陽光遮光回路。
前記駆動ユニット群は、演算増幅器であってもよいことを特徴とする請求項１記載の太陽光遮光回路。
前記ＭＯＳスイッチがＰＭＯＳスイッチであることを特徴とする請求項１記載の太陽光遮光回路。
前記直列接続された太陽電池セルの最後の太陽電池セルに接続されるダイオードを更に含むことを特徴とする請求項１０記載の太陽光遮光回路。
前記ＭＯＳスイッチがＮＭＯＳスイッチであることを特徴とする請求項１記載の太陽光遮光回路。
前記直列接続された太陽電池セルの一つ目の太陽電池セルに接続されるダイオードを更に含むことを特徴とする請求項１２記載の太陽光遮光回路。