JP2018007382A - 太陽光ストリングにおける電流信号の送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光ストリングにおける電力線に重畳して送られる電流信号のＳＮ比を向上させて、故障個所の特定を効率的に行う。
【解決手段】電流源１５１は、太陽電池素子１４に対して並列となるように、電力線１１に接続される。コントローラ１５２は、電流源１５１における電流値を制御することにより、電流信号を生成する。バイパスコンデンサ１５３は、太陽電池素子１４及び電流源１５１に対して並列となるように、電力線１１に接続される。これによって、バイパスコンデンサ１５３は、太陽光ストリングにおける負極側から送られた電流信号を正極側に送ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光ストリングにおける電流信号を送信するための技術に関するものである。

太陽光ストリングは、太陽電池素子を含む複数の太陽電池パネルを、電力線を介して直列接続して構成された、電力を取り出すための直列回路である。太陽光ストリングを並列配置した構成を、太陽光アレイと称することがある。太陽光ストリング（太陽光アレイの場合を含む）を用いることにより、太陽光により生じた電力を効率的に取り出すことができる。

太陽光ストリングを構成するいずれかの太陽光パネルが故障すると、取り出せる電力が低くなってしまい、発電効率が劣化する。外部から視認できる故障の場合（外部的損傷など）は、作業員やカメラを用いた監視による異常検知を行うことができる。しかし、太陽光パネルの内部が故障した場合には、目視による異常パネル特定は難しい。このようなケースでは、太陽光ストリング全体の発電量に異常が見られたとしても、異常パネルの特定や交換の作業に費用が発生するため、太陽光発電所の経済効率に悪影響を及ぼしていた。特に、一般的な太陽電池パネルに用いられる太陽電池素子は、電流源（つまり抵抗無限大）として動作する。仮に、ストリング中の一部の太陽電池パネルが故障し、その太陽電池素子から流れる電流値が小さくなった（例えば１Ａから０．１Ａになった）場合は、電流の連続性から、ストリング全体を流れる電流値が小さくなる（例えば０．１Ａになる）こととなり、発電効率が著しく劣化する。

下記特許文献１の図１〜３には、太陽光ストリングにおける電力線の電流に電流信号を重畳して送信し、受信機で電流信号を受け取る技術が記載されている。

この技術では、太陽電池パネルにおける寄生容量を介して電流信号を送っているので、信号強度が弱く、信号のＳＮ比が劣化しやすい傾向にあった。このため、直列接続されるパネル枚数（いわゆる段数）が増えた場合には、この技術は使いにくいという問題がある。

個々の太陽電池パネルを並列接続とし、それらから個別に監視情報を電力線上で送信する構成も考えることができる。しかしながら、この構成は低い電圧で大電流を流すこととなり、電力線による電力伝送効率が下がるため、一般的ではなく、電力を受け取る側の装置（インバータ）がそのような構成に対応していないのが普通である。もちろん、太陽光パネルそれぞれに監視情報の送信のための配線（あるいは無線による送信の場合は無線設備）を、電力線とは別にそれぞれ配置するという手法もあるが、装置構成が複雑化するという問題がある。

特開２０１４−１５５２７１（図１〜図３）

本発明は、前記した状況に基づいてなされたものである。本発明の主な目的は、太陽光ストリングにおける電力線に重畳して送られる電流信号のＳＮ比を向上させて、故障個所の特定を効率的に行うことができる技術を提供することである。

前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。

（項目１）
電力線を介して互いに直列に接続された複数の太陽電池素子を備える太陽光ストリングにおける監視情報を、電流信号として送信するための送信装置であって、
電流源と、コントローラと、バイパスコンデンサとを備えており、
前記電流源は、前記太陽電池素子に対して並列となるように、前記電力線に接続されており、
前記コントローラは、前記電流源における電流値を制御することにより、前記電流信号を生成する構成となっており、
前記バイパスコンデンサは、前記太陽電池素子及び前記電流源に対して並列となるように、前記電力線に接続されており、これによって、前記太陽光ストリングにおける負極側から送られた電流信号を正極側に送ることができる構成となっている
送信装置。

（項目２）
前記電流源は、この電流源に対して並列接続された前記太陽電池素子と同じ電流極性となるように、前記電力線に接続されている
項目１に記載の送信装置。

（項目３）
前記電流源と前記バイパスコンデンサとの間に接続された送信用ダイオードをさらに備えており、これにより、前記電流源から前記バイパスコンデンサへの電流を阻止して前記電力線に電流を送り込む構成となっている
項目１又は２に記載の送信装置。

（項目４）
前記バイパスコンデンサに対して直列で、かつ、前記送信用ダイオードに対して並列に挿入された抵抗をさらに備えている
項目３に記載の送信装置。

（項目５）
前記電流源は、前記コントローラからの信号に応じて、前記電流信号のオフ時には電荷を蓄積し、前記電流信号のオン時には前記電力線に電流を送り出すポンプ用コンデンサを備える
項目１〜４のいずれか１項に記載の送信装置。

（項目６）
前記電流源は、放電用コイルを備えており、
前記放電用コイルは、前記コントローラからのオン信号に応じて、電流を引き込んで磁束を蓄積し、前記コントローラからのオフ信号に応じて、時定数に従う時間の間、前記電力線に電流を送り出した後、前記電流信号をオフにする構成となっている
項目１〜４のいずれか１項に記載の送信装置。

（項目７）
項目１〜６のいずれか１項に記載の送信装置と、受信部とを備えており、
前記受信部は、前記電力線を介して伝送された前記電流信号を受信する構成となっている
監視装置。

（項目８）
項目７に記載の監視装置と、前記電力線を介して送られた電力を取り出すための電力取出部とを備える太陽光発電システム。

本発明によれば、太陽光ストリングにおける電力線に重畳して送られる電流信号のＳＮ比を向上させて、故障個所の特定を効率的に行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態における太陽光発電システムの概略的な構成を示すためのブロック図である。 図１のシステムに用いられる太陽光ストリングの構成を説明するための説明図である。 図１のシステムにおいて用いられる送信部（送信装置）における電流源の構成例を示す回路図である。 図１のシステムにおいて用いられる受信部の構成例を示す回路図である。 受信部において検出される時間波形と、それについての円滑化処理を説明するための説明図であって、図５（ａ）は受信部における検出波形、図５（ｂ）は円滑化処理後の波形、図５（ｃ）は閾値との比較により得られたデジタル信号である。 本発明の第２実施形態における太陽光発電システムにおいて用いられる送信部の構成を説明するための説明図である。 図３（ａ）〜（ｄ）の各タイプの電流源に対応する、受信部で観察されたパルス波形を示すグラフである。 太陽電池パネルの配列状態の例を説明するための説明図であり、図８（ａ）は２０×１アレイ、図８（ｂ）は１０×２アレイ、図８（ｃ）は５×４アレイである。 図３（ａ）〜（ｄ）の各タイプの電流源に対応する、受信部で観察されたパルス波形を示すグラフである。 図３（ａ）に示すタイプの電流源により発生させた電流信号の検出結果を示すグラフである。 図３（ｃ）に示すタイプの電流源により発生させた電流信号の検出結果を示すグラフである。

以下、本発明の第１実施形態に係る太陽光発電システムを、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態の構成）
本実施形態の太陽光発電システムは、太陽光ストリング１と、電力取り出し部２と、受信部３とを備えている（図１及び図２参照）。

（太陽光ストリング）
太陽光ストリング１は、複数の太陽光パネル１０と、電力線１１とを備えている。以下の説明においては、第Ｎ番目の太陽光パネルを参照するときは、太陽光パネル１０Ｎのように、符号に添え字を付す。単に太陽光パネル１０というときは、いずれかの太陽光パネルを指すものとする。

（太陽光パネル）
複数の太陽光パネル１０は、電力線１１を介して直列接続されており、これにより、太陽電池で得られた電力を電力線１１により伝送できるようになっている。

各太陽光パネル１０の構成は、基本的に同様なので、下記においては、一つの太陽光パネル１０を例として説明する。ただし、各太陽光パネルの構成を必要に応じて変更することは可能である。

太陽光パネル１０は、太陽電池素子１４と、送信部１５とを備えている。送信部１５は、本発明に係る送信装置の一つの具体例に対応する。

（太陽電池素子）
太陽電池素子１４は、図２に示されるように、一つの電源として把握できる。この電源は、動作モードにも依存するが、基本的には、電圧源（理想的には内部抵抗＝０）ではなく、電流源（理想的には内部抵抗＝∞）としての特性を持つ。太陽電池素子としては、基本的に、従来と同様の構成とすることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。

（送信部）
送信部１５は、電流源１５１と、コントローラ１５２と、バイパスコンデンサ１５３とを備えている（図２参照）。さらに、本例の送信部１５は、送信用ダイオード１５４とバイパス用ダイオード１５５とを追加的に備えている。

（電流源）
電流源１５１は、太陽電池素子１４に対して並列となるように、電力線１１に接続されている。電流源の具体的構成例については後述する。この例における電流源１５１は、この電流源１５１に対して並列接続された太陽電池素子１４と同じ電流極性となるように、電力線１１に接続されている。

（コントローラ）
コントローラ１５２は、電流源１５１における電流値を制御することにより、電流信号を生成する構成となっている。コントローラとしては、例えばマイクロプロセッサ（MCU: Micro-controller unit）を用いることができる。ただし、コントローラとしては、これに制約されるものではなく、所望のタイミングで電流源１５１の電流値制御（例えばオンオフ制御）を行うことにより、適切な電流信号を生成できるものであればよい。

（バイパスコンデンサ）
バイパスコンデンサ１５３は、太陽電池素子１４及び電流源１５１に対して並列となるように、電力線１１に接続されている。本実施形態では、この構成により、太陽光ストリング１における負極側から送られた電流信号を正極側に（図２においては電流Ｉの方向に）送ることができる構成となっている。

（送信用ダイオード）
送信用ダイオード１５４は、電流源１５１とバイパスコンデンサとの間に接続されている。本実施形態では、これにより、電流源１５１からバイパスコンデンサ１５３への電流を阻止して電力線１１に電流を送り込む構成となっている。

（バイパス用ダイオード）
バイパス用ダイオード１５５は、ｋ−１番目の太陽光パネルとｋ＋１番目の太陽光パネルとの間に直列に挿入されている。ここでｋは、着目している太陽電池パネルの番号であり、本例では１≦ｋ≦Ｎである。バイパス用ダイオード１５５は、Ｎ番目の太陽光パネルに何らかの障害を生じた場合でも、バイパス用ダイオード１５５を介して電流を流すためのものである。このバイパス用ダイオード１５５としては、従来の太陽光パネルにおいて用いられているものと同様に構成できるので、これ以上詳しい説明は省略する。

（電力取出部）
電力取出部２は、この実施形態では、インバータ（具体的にはＤＣ／ＡＣインバータ又はＤＣ／ＤＣコンバータ）を用いて電力線１１から電力を取り出す構成となっている。電力取出部２としては、太陽光パネル１０から送られた電力を電力線１１から取り出せる構成であれば、どのようなものを用いてもよい。本実施形態の電力取出部としては、既存のものを利用可能なので、これ以上詳しい説明は省略する。

（受信部）
受信部３は、電力線１１を介して送信部１５から伝送された電流信号を受信する構成となっている。本例の受信部３としては、変流器ＣＴを用いて電流値の変化を信号として取り出せる構成となっている。受信部の詳しい構成についても後述する。

（本実施形態における送信部の動作）
前記した本実施形態の送信部１５においては、電流源１５１のスイッチング（オン／オフの切り替え）により、電流信号を発生させることができる。電流源１５１で生じた電流信号は、電力線１１を流れる電流に重畳されて、受信部３に送られる。ここで、本実施形態では、送信用ダイオード１５４を設置しているので、電流源１５１からの電流信号は、バイパスコンデンサ１５３の方向には流れない。仮にバイパスコンデンサ１５３の方向に電流信号の一部が流れると、信号成分はコンデンサを通過するので、ノイズが電力線１１に乗ってしまうことになり、電流信号のＳＮ比が劣化する。本実施形態では、そのようなノイズの発生を抑えることにより、電流信号のＳＮ比を向上させることができる。

また、本実施形態では、電流方向における上流側（例えばｋ−１番目の太陽光パネル）において発生した電流信号が、電力線１１を介して、ｋ番目の太陽光パネルに送られる。この電流信号は、ｋ番目の太陽光パネルにおけるバイパスコンデンサ１５３と送信用ダイオード１５４とを通過して、下流側（例えばｋ＋１番目の太陽光パネル）に送られる。基本的に、太陽電池素子１４は電流源となっているので、もしバイパスコンデンサ１５３を設置しないときは、電流信号は電流源によって止められてしまい、下流側に伝送されない。これに対して、本実施形態では、バイパスコンデンサ１５３を設けることにより、下流側に電流信号を伝送することができる。しかも、本実施形態では、太陽光パネルの寄生容量に依存することになく、コンデンサ１５３により電流信号を伝達するので、電流信号のＳＮ比を高めることができる。

仮に、太陽光ストリング１が並列接続されており、アレイ構成となっている場合においても、本実施形態の技術は適用可能である。通常の太陽光ストリングでは、逆流防止用のダイオードが挿入されているため、あるストリングを流れる電流信号が他のストリングに流れ込むことは防止できる。したがって、アレイ構成の場合においても、電流信号を受信部３の方向に流して検出することができる。

（電流源の実施例）
以下、図３（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、前記実施形態における送信部１５に用いられる電流源１５１（コントローラ１５２を含む）のさらに具体的な実施例を説明する。なお、これらの実施例の説明においては、抵抗Ｒ１やコンデンサＣ１のように共通する符号を用いているが、それぞれの回路構成に応じて適切な特性が採用される。また、図３における端子ａ及びｂが図２における端子ａ及びｂに対応する。

（電流源の実施例１）
実施例１の送信部１５（図３（ａ）参照）は、キャパシタポンプ型のものである。この送信部は、コンデンサC2に蓄えられた電荷を使って、電流を生み出す構成となっている。電流源１５１をオフにするときは、コントローラ１５２（具体的にはマイクロプロセッサ）は、トランジスタQ3をONにし、Q2をOFF（つまり結果的にQ1もOFF）にする。これにより、コンデンサC2は電荷が蓄えられた状態になる。電流源１５１をONにするには、トランジスタQ3をOFFにし、Q2をON(つまり結果的にQ1もON)にする。これによって、コンデンサC2の、ダイオード（D3又はD2）側の電位は、倍近くに上昇する（コンデンサC1の電位に対し、C2の電位が上乗せされるため）。コンデンサC2はダイオードD3を通して、電流を送出する。その電流の大きさは、トランジスタQ1を流れる電流によって制御される。トランジスタQ1には電流制限ダイオードD4が接続され、これが、トランジスタQ1を流れる電流の大きさを制御する。パルス送出中（つまり、電流信号におけるオン波形の送出中）は、コンデンサC1の電位は下がっていくが、抵抗R1を通して、電源線に接続されていることにより、電源線から引き込む電流の大きさは、コンデンサC2が送出する電流の大きさよりも小さい。

この実施例１は、「電流源が、コントローラからの信号に応じて、電流信号のオフ時には電荷を蓄積し、電流信号のオン時には電力線に電流を送り出すポンプ用コンデンサを備える構成」の一具体例に対応する。

（電流源の実施例２）
実施例２の送信部１５（図３（ｂ）参照）は、インダクタポンプ型と呼べるものである。この送信部１５は、回路に電流を押し込むためのコンデンサC2を用いている。電流源１５１がオフのとき、コントローラ１５２は、トランジスタQ1をオフに保つ。電流源１５１をオンにしてパルスを生成するために、コントローラ１５２は、まずトランジスタQ1を、所定時間の間、オンにし、その後オフにする。オン状態の間、コイルL1はコンデンサC1から電流を徐々に引き込む。その後トランジスタQ1がオフ状態になると、コイルL1からの電流はダイオードD2を通ってコンデンサC2に流れ、その電圧を上昇させる。ダイオードD3は電流制御ダイオードであり、それは、トランジスタQ2が生成する最大電流を制限する。その後の時間経過により、トランジスタQ2がオフになり、したがって、電流源１５１がオフになる。

（電流源の実施例３）
実施例３の送信部１５（図３（ｃ）参照）は、コイル直結型と呼べるものである。この送信部１５では、コイルL1に蓄えられた磁束を使って、電流を生み出す（電流源として機能させる）ようになっている。電流源１５１をOFFにするときは、トランジスタQ1をOFFにしておく。電流源１５１からパルス電流を生成する場合は、コントローラ１５２が最初にトランジスタQ1を一定時間ONにする。そして、その後、このトランジスタQ1をOFFにする。トランジスタQ1をONにしている間、コイルL1は、徐々に電流をコンデンサC1から引き込んでいき、電流源として機能するようになる。トランジスタQ1をOFFにすると、コイルL1からダイオードD2を通じて電流が送出される。送出される電流はやがて停止する（これにより電流源１５１がOFFになったとみなす）。

この実施例３は、「電流源が放電用コイルを備えており、放電用コイルが、コントローラからのオン信号に応じて、電流を引き込んで磁束を蓄積し、コントローラからのオフ信号に応じて、時定数に従う時間の間、電力線に電流を送り出した後、電流信号をオフにする構成」の一具体例に対応する。

（電流源の実施例４）
実施例４の送信部１５（図３（ｄ）参照）は、逆電流型と呼べるものである。この送信部１５では、回路から電流を引き込むための、つまり、回路に逆極性の電流を送り込むためのトランジスタQ1を用いる。電流源１５１がオフのとき、コントローラ１５２はトランジスタQ1をオフに切り替える。電流源１５１をオンにするためには、コントローラは、抵抗R1を介して、トランジスタQ1をオンにする。ここで、抵抗R1を適宜に大きな値に設定することにより、トランジスタQ1に流れる最大電流を制限することができる。なお、この例では、電流源１５１から送信用ダイオード１５４の方向に正の電流が流れることはないので、送信用ダイオード１５４の設置を省略することができる。

（受信部の実施例）
つぎに、受信部３の具体的な構成例を図４に基づいて説明する。この受信部３は、変流器CTを用いることで、電力線１１に非接触で、回路を流れる電流Ｉ（図２参照）の変化分を取り出し、それをADコンバータADCで観測することで、送信部１５から送り出された信号を取り出すことができる。図４において、AREFをADコンバータの参照電圧とし、抵抗R1とR2で分圧された電圧（通常は R1=R2とする）に変流器CTの片側の接点を取り付ける。変流器CTの両接点の間に抵抗R3を取り付ける。変流器CTの他側の接点をADコンバータADCの入力に接続すれば、電流の変化分を電圧の変化分として観測できるようになる。

電力線１１を流れる高周波のノイズは、変流器CTの両端にコンデンサC2を挿入することで、カットすることができる。また、低周波のノイズは、50Hz/60Hz程度の帯域にあることが多いので、AD 変換後の信号処理（差分処理）で除去できる。

（受信部における受信動作の実施例）
変流器CTの巻き数比をN:1とすると、電力線１１（一次側）を流れる電流ΔI（電流Iの変化量をΔIとする）の1/Nの電流を二次側に生じる。抵抗R1, R2及びキャパシタC1は、定電圧を生成する。通常、R1=R2として、1/2AREF（ここでは、アナログ参照電圧をAREFとする）を生成する。変流器CTで生成された電流は、抵抗R3を流れ、したがって、ADコンバータADCの入力電圧は、
となる。

例えば、もしAREF＝５V、Ｎ＝３０００、100mA＜ΔI＜100mA、抵抗R3＝30kΩであれば、ADコンバータADCの入力電圧範囲＝1.5V〜3.5V（すなわち1.5V<VADC<3.5V）である。図５に示されるように、パルスを検出するためには、円滑化ステップが必要となる。なぜならパルス形状が正確な方形でないからであり、また、太陽光パネルの構成に応じて、信号強度が変化するからである。このため、本例の受信部では、下記のような平滑化された値を算出する。

ここで、S(t)は、ＡＤコンバータで取得されたサンプル値であり（図５（ａ））、V(t)は、初期円滑値（primary smoothed values）であり、Vmax(t) 及びVavg(t)は、円滑値であって、パルス信号の強度及びオフセットを与える（図５（ｂ））。式中のα1，α2，及びα3は時定数である。MINDIFF ＞ 0 は定数パラメータであり、これは、Vmax(t)とVavg(t)との間の最小の差分を与える。

円滑化後は、パルス検出段階である。本実施形態では、関数active(t)を導入する。これは、パルス信号がアクティブの場合に１、そうでなければ０になる関数である。この関数は例えば下記のようにして実装できる。

ここで、β（０＜β＜１）は、パルス検出のための閾値である。

（第２実施形態）
次に、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る太陽光発電システムに用いられる送信部１５を説明する。なお、この第２実施形態の説明においては、前記した第１実施形態の構成要素と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、説明の煩雑を避ける。

第２実施形態の送信部１５では、送信用ダイオード１５４がバイパスコンデンサ１５３と直列に接続されている。また、この送信部１５では、バイパスコンデンサ１５３に対して直列で、かつ、前記送信用ダイオードに対して並列に挿入された抵抗Ｒを備えている。第２実施形態では、太陽電池素子１４からの発電電力に対する、送信用ダイオード１５４による電圧降下（すなわち電力のロス）が無くなるので、発電効率を向上させることができるという利点がある。抵抗Ｒの抵抗値は、バイパスコンデンサを機能させるために必要な値に設定される。

第２実施形態の太陽光発電システムにおける他の構成及び利点は、前記した第１実施形態と同様なので、これ以上詳しい説明は省略する。

（実験例）
前記した第１実施形態の太陽光発電システムに用いられる送信部１５及び受信部３の実験例を以下に説明する。以下においては、
（１）異なる太陽電池動作モードにおけるパルス波形、及び
（２）異なる太陽光アレイの構成におけるパルス波形
について検討する。また、受信部で検出されるデータフレームについても検討する。

（実験の前提及び条件）
本実験では、２０枚の太陽光パネルを用いたデータ伝送について検討する。用いる太陽電池素子のモデルは、SY-M12W-12（SUNYOOO solar limited製）である。その開放電圧は21.8V、短絡電流は0.73Aである。最大電力は12W（17.4V、0.69Aのとき）である。

また、バイパスコンデンサ１５３として、1000μFを用い、各太陽光パネル間にバイパス用ダイオード１５５を挿入した。この実験における負荷抵抗は、190μFの入力キャパシタンスと、100Ω〜 600Ωの間で抵抗値が可変な可変抵抗とを備える。

実験においては、１番目（＃１）の太陽光パネル１０に送信部１５を取り付け、負荷の部分に受信部３の変流器CTを取り付けた。また、実験においては、異なるタイプ（図３（ａ）〜（ｄ）に示す各タイプ）の電流源１５１を用いた。下記表１は、本実験例において用いた、送信部１５と受信部３におけるパラメータの値である。この表１においては、上から順に図３（ａ）〜（ｄ）の例に対応している。もちろんこれらの値は単なる一例であり、本発明はこれらの値に制約されない。

また、本実施形態では、コントローラ１５２として、16MHz のクロック周波数を持つATmega328P-PUを用いた。

さらに、本実施例の測定のため、オシロスコープ(Tektronix製 MDO3014)を用いた。

また、本実験例では、1000μsecのパルススロットを用いた。キャパシタポンプ型（図３（ａ））と逆電流型（図３（ｄ））の電流源１５１については、初めの500μsecを活性化フェーズとし、その後の500μsecを不活性化フェーズとした。コイルベース型の電流源１５１（図３（ｂ）と（ｃ））については、先の200μsecを、コイル充電期間とし、その後の800μsecを電流開放時間とした。

（実験例１：異なるＩ−Ｖ点におけるパルス形状）
太陽光パネル１０の電気的特性は、Ｉ−Ｖ曲線の状況に依存する。例えば、α、β、γ（α＜β＜γ）を太陽光パネル１０の動作電圧とし、電圧βを最大電力点に対応すると仮定する。電圧αでは、太陽光パネル１０は、定電流源として動作するが、電圧γでは、定電圧源として動作する。この実験例では、直列接続された１０枚の太陽光パネル１０を用いた例におけるパルス波形の変化を調べた。下記表２は、この実験例における動作電圧（Ｖ）を示す。もちろんこれらは一例であり、本発明はこれらに制約されない。下記表２の欄は、左から右に向けて、図３（ａ）〜（ｄ）に対応している。

図７に結果を示す。図７（ａ）のキャパシタポンプ型の場合は、＋０．３５Ｖの大きさの明確な正のパルスと、その後の負のパルスを得られた。図７（ｂ）のインダクタポンプ型の場合は、初め、−０．１Ｖの負電圧を生じた。これはおそらく、コイルへの電流チャージのためである。その後、＋０．３Ｖのやや不明確なパルスを２００μsecの間生じた。図７（ｃ）のコイル直接型の場合は、同様に−１．０Ｖの負電圧を生じたが、その後、２００μsecの間、＋７Ｖの明確で大きいパルスを生成した。その後、−６Ｖの負電圧パルスを生じた。図７（ｄ）の逆電圧型の場合は、図（ａ）のものと上下反転した特性となった。

これらの結果においては、電圧α、β、γの間の差異は小さかった。

（実験例２）
次に、実験例２として、太陽光パネル１０のアレイ構成に応じたパルス形状を調べた。図８（ａ）〜（ｃ）に、三つのアレイ構成パターンを示した。２０×１は、２０枚のパネルを直列接続したもの（つまり太陽光ストリングとしては一つ）、１０×２は、１０枚のパネルによるストリングを２本並列配置としたもの、５×４は、５枚のパネルによるストリングを４本並列配置としたものである。この実験例では、それぞれの構成において、最大電力を与える電圧を動作電圧とした。すなわち、２０×１の場合は３４８Ｖ、１０×２の場合は１７４Ｖ、５×４の場合は８７Ｖとした。

結果を図９（ａ）〜（ｄ）に示す。これらのグラフと電流源のタイプとの関係は図７の場合と同様である。これらの結果を通して考察すると、得られるパルス信号強度の大きさは、１０×２アレイ＞２０×１アレイ＞５×４アレイとなった。しかしながら、いずれのケースでも、これらの信号強度は検出レベルを越えている。したがって、本発明の技術は、太陽光ストリングを並列配置して構成された太陽光アレイにも使用可能であることがわかる。

（実験例３）
実験例３では、データフレーム伝送特性を調べた。この実験例では、キャパシタポンプ型（図７（ａ）参照）と、コイル直接型（図７（ｃ）参照）とを用いた。

この実験例におけるデータフレームは、以下のように設定される。すなわち、データフレームは、８ビットシグナル11111111で始まる。続いて、４バイト（例えばパネルのＩＤ，電圧、電流、及び温度についてそれぞれ１バイトを割り当て）が続く。最後に、エラー検出用のＣＲＣ８などによるチェックサムが挿入される。データフレームの全長は４８ビットとされる。また、この例では、１及び０の値を、１０００ｍsecのインターバルを挿入して送り、値１のときは、送信部１５は５００μsecのパルスを生成し、値０のときは、パルスを生成しないこととした。

この実験例では、前記した受信部３の具体的構成例（前記式（１）〜（５）参照）におけるパラメータセット（α１,α２,α３,β,ＭＩＮＤＩＦＦ）として、キャパシタポンプ型の送信部の場合に（０．２５，０．００００１，０．９，０．５，２）とし、コイル直接型の送信部の場合に（０．５，０．００００１，０．９９９，０．７５，２）とした。サンプリング間隔は約100μsecとした。図１０及び１１は、
（１）V (t), Vmax(t),Varg(t) （これらはS(t)を平滑化した値）及び ADコンバータにおけるサンプリングデータ、及び、
（２）active(t)（パルス信号として検出されたもの）のパターン
を示す。

この結果に示すように、パルスは受信部３によって容易に検出可能である。しかしながら、多数の０が続く場合には、時間同期を失する可能性がある。

なお、前記のパルス変調方式はあくまで一例であり、例えばパルス幅変調、パルス位置変調など、適宜の変調方式を利用可能である。また、複数の電流源１５１からの電流信号を電力線１１に重畳する場合は、拡散符号化方式のように、信号の識別を行える方式を用いることもできる。もちろん、パネルごとに信号発信時期を異ならせることにより（つまり時分割方式により）、電流信号を送ることもできる。

なお、前記した送信部と受信部との組み合わせは、本発明における監視装置の一具体例に対応する。

また、この監視装置と、電力線を介して送られた電力を取り出すための電力取出部２との組み合わせは、本発明に係る太陽光発電システムの一具体例に対応する。

なお、本発明の内容は、前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、具体的な構成に対して種々の変更を加えうるものである。例えば、前記した実施形態において用いられる各回路素子は、等価な機能を有する各種の素子又は電子デバイスである場合を含む。

１ 太陽光ストリング
１０ 太陽光パネル
１１ 電力線
１４ 太陽電池素子
１５ 送信部
１５１ 電流源
１５２ コントローラ
１５３ バイパスコンデンサ
１５４ 送信用ダイオード
１５５ バイパス用ダイオード
２ 電力取出部
３ 受信部
ＡＤＣ ＡＤコンバータ
ＣＴ 変流器

（送信用ダイオード）
送信用ダイオード１５４は、電流源１５１とバイパスコンデンサ１５３との間に接続されている。本実施形態では、これにより、電流源１５１からバイパスコンデンサ１５３への電流を阻止して電力線１１に電流を送り込む構成となっている。

（バイパス用ダイオード）
バイパス用ダイオード１５５は、ｋ−１番目の太陽光パネルとｋ＋１番目の太陽光パネルとの間に直列に挿入されている。ここでｋは、着目している太陽電池パネルの番号であり、本例では１≦ｋ≦Ｎである。バイパス用ダイオード１５５は、ｋ番目の太陽光パネルに何らかの障害を生じた場合でも、バイパス用ダイオード１５５を介して電流を流すためのものである。このバイパス用ダイオード１５５としては、従来の太陽光パネルにおいて用いられているものと同様に構成できるので、これ以上詳しい説明は省略する。

第２実施形態の送信部１５では、送信用ダイオード１５４がバイパスコンデンサ１５３と直列に接続されている。また、この送信部１５では、バイパスコンデンサ１５３に対して直列で、かつ、送信用ダイオード１５４に対して並列に挿入された抵抗Ｒを備えている。第２実施形態では、太陽電池素子１４からの発電電力に対する、送信用ダイオード１５４による電圧降下（すなわち電力のロス）が無くなるので、発電効率を向上させることができるという利点がある。抵抗Ｒの抵抗値は、バイパスコンデンサを機能させるために必要な値に設定される。

Claims (8)

1. 電力線を介して互いに直列に接続された複数の太陽電池素子を備える太陽光ストリングにおける監視情報を、電流信号として送信するための送信装置であって、
   電流源と、コントローラと、バイパスコンデンサとを備えており、
   前記電流源は、前記太陽電池素子に対して並列となるように、前記電力線に接続されており、
   前記コントローラは、前記電流源における電流値を制御することにより、前記電流信号を生成する構成となっており、
   前記バイパスコンデンサは、前記太陽電池素子及び前記電流源に対して並列となるように、前記電力線に接続されており、これによって、前記太陽光ストリングにおける負極側から送られた電流信号を正極側に送ることができる構成となっている
   送信装置。
2. 前記電流源は、この電流源に対して並列接続された前記太陽電池素子と同じ電流極性となるように、前記電力線に接続されている
   請求項１に記載の送信装置。
3. 前記電流源と前記バイパスコンデンサとの間に接続された送信用ダイオードをさらに備えており、これにより、前記電流源から前記バイパスコンデンサへの電流を阻止して前記電力線に電流を送り込む構成となっている
   請求項１又は２に記載の送信装置。
4. 前記バイパスコンデンサに対して直列で、かつ、前記送信用ダイオードに対して並列に挿入された抵抗をさらに備えている
   請求項３に記載の送信装置。
5. 前記電流源は、前記コントローラからの信号に応じて、前記電流信号のオフ時には電荷を蓄積し、前記電流信号のオン時には前記電力線に電流を送り出すポンプ用コンデンサを備える
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の送信装置。
6. 前記電流源は、放電用コイルを備えており、
   前記放電用コイルは、前記コントローラからのオン信号に応じて、電流を引き込んで磁束を蓄積し、前記コントローラからのオフ信号に応じて、時定数に従う時間の間、前記電力線に電流を送り出した後、前記電流信号をオフにする構成となっている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の送信装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の送信装置と、受信部とを備えており、
   前記受信部は、前記電力線を介して伝送された前記電流信号を受信する構成となっている
   監視装置。
8. 請求項７に記載の監視装置と、前記電力線を介して送られた電力を取り出すための電力取出部とを備える太陽光発電システム。