JP2019511891A - 太陽光モジュール、太陽光モジュールの動作方法、及び太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

本発明は太陽光モジュール（１）に関し、短絡スイッチ（１２）及び制御部（１３）が、太陽光モジュール（１）の少なくとも一部と並列にそれぞれ接続されており、また太陽光モジュール（１）は、制御部（１３）に電力を供給しており、第１及び第２のモジュール接続部（１４、１５）によってストリングを形成するために更なる太陽光モジュールと接続することができる。制御部（１３）は、太陽光モジュール（１）の接地電位基準接続部（１６）とモジュール接続部（１４、１５）のうちの１つとの間で降下する絶縁電圧に従って、短絡スイッチ（１２）を作動させるように設計されている。太陽光モジュール（１）は、太陽光発電システムの一部であり得る。本発明は更に、太陽光モジュール（１）の動作方法にも関する。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽光モジュール、太陽光モジュールの動作方法、及び太陽光モジュールが直列に接続された太陽光発電システム（ＰＶシステム）に関する。

ＰＶモジュール同士は、これらのＰＶモジュールを利用して電気エネルギーを経済的に生成するために、一段とより長いストリングを形成するように接続される。このストリングの電圧は、ストリング長が増大するにつれて上昇するのだが、これを管理しやすくするために、安全回路が必要である。従って、欧州特許出願公開第２２９６２４４Ａ１号明細書に記載されているように、例えば、長いストリングは、ストリングの中央で接地電位に接続され、接地接続部を流れる電流を事故電流として監視することが、通常は好ましい。電流が閾値を超過する場合は、地絡が想定されるべきであり、システムは、例えばＰＶモジュールを互いに分離することにより、かつ／又は接続されたインバータからストリングを切り離すことにより、安全な状態に置かれる。ここで、インバータからのストリングの分離は、インバータを損傷から保護するために、ストリングの総電圧が閾値を超過することによってもトリガーされ得る。

独国特許出願公開第１０２０１０００９１２０Ａ１号明細書では、インバータからストリングを切り離すことの代替として、ストリング電圧が臨界値を超過する場合に、ストリングの一部を、スイッチを通じて短絡させることが提案されている。このようにして、残りのストリングがインバータになおも接続され続け、また太陽光発電システムがエネルギーを生成することが、可能である。しかしながら、この解決策は、追加の短絡経路及びその制御を提供することに起因して、設備費用の増加を伴う。

従って、本発明の目的は、ストリングのための太陽光モジュールを提供することであり、このストリングは、保護回路を採用して、ストリングをケーブル接続する追加の労力を必要とすることなく、コモンモード（ＣＭ）電圧としても知られる、接地電位に対する太陽光モジュールの任意の所望の部分の最大電圧に、自律的に確実に準拠する。太陽光モジュールは、差動モード（ＤＭ）電圧としても知られる、太陽光モジュールのストリング内の最大総電圧にも自律的に確実に準拠することが、更に望ましい。

この目的は、独立装置請求項１の太陽光モジュール、補助的請求項９の太陽光発電システム、又は請求項１０の動作方法によって、達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明による一態様では、短絡スイッチ及び制御部が、太陽光モジュールの少なくとも一部と並列にそれぞれ接続されており、また太陽光モジュールは、制御部に電力を供給しており、ストリングを形成するために更なる太陽光モジュールと第１及び第２のモジュール端子を介して接続可能である。制御部は、太陽光モジュールの接地電位基準端子とモジュール端子のうちの１つとの間で降下する電圧、いわゆる絶縁電圧に応じて、短絡スイッチを作動させるように構成される。ここで、短絡スイッチ及び制御部は、特に太陽光モジュール全体を含む、太陽光モジュールの同じ部分、又は、太陽光モジュールの異なる部分、これには重複する部分を含めるが、とりわけ相補的な部分と、並列に接続され得る。

有利な実施形態では、制御部は更に、モジュール端子間で降下するモジュール電圧に応じて短絡スイッチを作動させるように構成される。モジュール電圧の概念には、太陽光モジュールの一部に渡って降下し測定される電圧が含まれ、従って、これはモジュール端子間で降下する電圧を表す。

１つの好ましい実施形態では、太陽光モジュールは、第１の部分的モジュールと第２の部分的モジュールとの直列接続を含み、短絡スイッチは第２の部分的モジュールと並列に接続され、制御部は第１の部分的モジュールと並列に接続される。この構成では、制御部は、第１の部分的モジュールによって恒久的に電力を供給され、第１の部分的モジュールのモジュール電圧を恒久的に測定することができる。必要な場合、第２の部分的モジュールを制御部によって短絡することができ、その結果、モジュール端子間には第１の部分的モジュールの電圧のみが依然として存在するようになり、モジュール電圧の測定は第２の部分的モジュールの短絡によって影響を受けない。

モジュール端子間の電圧を更に低減するために、制御部によって操作される追加の短絡スイッチを、第１の部分的モジュールと並列に接続することができる。このようにして、必要な場合には、太陽光モジュール全体を、第２の部分的モジュールの短絡スイッチ及び第１の部分的モジュールの追加の短絡スイッチによって、短絡することができる。追加の短絡スイッチが閉じられ、従って第１の部分的モジュールからエネルギーを引き出すことができない段階の間は、制御部に統合されたバッファストアが、制御部に電力を供給することができる。ここで、バッファストアは、追加の短絡スイッチの短時間の開放の繰り返し、又は線形動作モードでの部分的な開放により、充電することができる。

ストリング内で、本発明による太陽光モジュールは、ストリングに存在する電圧、とりわけ接地電位に対する絶縁電圧の値が、許容可能な範囲の外側にある可能性がある動作状態に達したときを自律的に検出することができる。そのような場合、本発明による太陽光モジュールは、太陽光モジュールに渡って降下する電圧を自律的に低減させることができ、その結果、電圧値は許容可能な範囲内に再び戻るか、又は、許容可能な範囲はそもそも残されてさえなくなる。このようにして、太陽光モジュールを相互接続して、電圧仕様、とりわけ監視しなくてはならない絶縁電圧に対する仕様を破る危険性なく、従来の太陽光モジュールで可能であるストリングよりも長いストリングを形成することが可能になる。

更に、地絡の場合でさえ、従来の太陽光モジュールで可能であるよりも多数の直列接続された太陽光モジュールを有するストリング内で、絶電電圧に対する仕様の維持を満足することが可能である、というのも、本発明による太陽光モジュールは、地絡に起因して電位がシフトする場合にも反応し、電圧を自律的に低減させるからである。そのような動作状態に対する、本発明による太陽光モジュールの自律的な反応のおかげで、故障の結果として、単一の太陽光モジュールがその部分的モジュールを短絡することができない場合でさえ、電圧仕様を確実に維持することができる。特に多数のストリングが並列に接続されている場合、自律的に電圧を低減させたストリングは、故障の結果として電圧を低減させなかった他のストリングに対して消費者として作用し、それによってソーラーフィールドの総電圧を低減させる。これにより、システムが非常に堅牢になる、というのも、個々の部分的回路の故障がシステムの故障につながらないからである。

本発明による太陽光モジュールは、ストリング電圧の低減が必要な動作状態を自律的に検出するので、太陽光モジュール間の、又は太陽光モジュールと中央通信部との間の通信は不要である。そのような通信を設ける可能性は、このようにして電圧の低減をもたらすことを可能にするためにも、また、保護装置のトリガーを伝達するためにも、勿論、排除はされない。

一実施形態では、太陽光モジュールの直列接続は、もっぱら第１の部分的モジュールと第２の部分的モジュールとからなる。代替的な実施形態では、直列接続は、少なくとも１つの更なる部分的モジュールを含み、この更なる部分的モジュールには更なる短絡スイッチが並列に接続され、制御部は、モジュール電圧及び／又は絶縁電圧に応じて、この更なる短絡スイッチを作動させるように構成される。このようにして、制御部は、選択された部分的モジュール、又は全ての部分的モジュールを、それらに割り当てられた短絡スイッチを使用して選択的に短絡し、従って、必要に応じて太陽光モジュールの電圧を低減させることができる。例えば、短絡スイッチ及び更なる短絡スイッチが異なる時間に又は異なる電圧条件下で作動されるように、短絡スイッチ及び更なる短絡スイッチを閉じるための異なる閾値を制御部に記憶することができ、それによって、太陽光モジュールの電圧の段階的な低減が可能になる。特に、制御部は、短絡スイッチを閉じるときに、この更なる短絡スイッチも常に閉じるように構成することができる。しかしながら、制御部が、共通の切り替え信号で太陽光モジュールの全ての短絡スイッチを作動させることも、勿論考えられる。更なる短絡スイッチが絶縁電圧のみに応じて制御されること、及び／又は、短絡スイッチがモジュール電圧のみに応じて制御されることが、適切であり得る。

実施形態の有利な形態では、第１の閾値が制御部に記憶され、制御部は、絶縁電圧が第１の閾値を超過した場合に、更なる短絡スイッチを閉じるように構成される。太陽光モジュール又はストリングの他の部分が、接地電位に対して十分に高いために関係する太陽光モジュールの絶縁を損なうおそれがある電圧を呈するので、このようにして、太陽光モジュールの電圧は動作時に低減される。

加えて、又はその代わりに、第２の閾値を制御部に記憶することができ、制御部は、モジュール電圧が第２の閾値を超過した場合に短絡スイッチを閉じるように構成される。モジュール電圧はストリング電圧を代表するものとしてみなすことができ、その理由のために、例えば、ストリングを備えるエネルギー生成プラントが高照射、低温、又は縮小状態にある間に、ストリング電圧が過剰に高くなる危険性がある場合に短絡スイッチが閉じられるように、第１の閾値が選択されることが好ましい。有利にも、モジュール電圧は第１の部分的モジュールに渡って降下する電圧であり、そのため、モジュール電圧は、太陽光モジュールの短絡スイッチ群が閉じられているかどうかに依存しない。しかしながら、モジュール電圧を、複数の部分的モジュールに渡り、又は太陽光モジュール全体に渡り降下する電圧として決定することも、除外されない。

第１及び／又は第２の閾値を、固定値として制御部に記憶することができ、又は、制御部は、一方の閾値に応じて他方の閾値を適合させるように構成される。後者の場合では、とりわけ高ストリング電圧及び地絡が同時に存在する場合でも、本発明よる太陽光モジュールを備えるエネルギー生成プラントは、安全にかつ損傷の危険性無く動作することができる。

本発明の更なる態様では、太陽光発電システムは、上述したような本発明による太陽光モジュールの直列接続を含む。太陽光モジュールの直列接続は、太陽光発電システムのストリングを形成することができる。ここで、ストリングの太陽光モジュールの全てが本発明による太陽光モジュールであること、又は本発明による太陽光モジュールの任意のグループ分けと従来の太陽光モジュールとによりストリングを形成することの両方が考えられる。後者の場合には、本発明による太陽光モジュールはストリングの縁に配置され、ストリングの中央は従来の太陽光モジュールによって形成されることが好ましい。この配置は、地絡が発生した場合に、接地電位に対して指定された電圧閾値を最初に破るのはストリングの最も外側の太陽光モジュールであるという事実を反映している。ストリングのこの領域での本発明による太陽光モジュールのこの配置により、そのような場合にはストリング電圧が効果的に低減されるという結果がもたらされる。

本発明による太陽光モジュールの使用を通じて、不十分な電力がストリングから引き出される場合に遮断スイッチによってストリングからインバータを切り離す必要なしに、太陽光発電システムのインバータの最大許容可能入力電圧よりも高い開放電圧をその長さのおかげで呈するストリングを、太陽光発電システムに具備させることが可能になる。不十分な電力の引き出しが発生した場合、ストリング電圧は確かに上昇するが、それに対して十分に遠い制御部に記憶される第２の閾値を適切に選択することによってストリング電圧を低減させて、インバータの最大許容可能入力電圧より低く維持することができる。従って、ストリングとインバータとの間の遮断スイッチを省略することも考えられる。

本発明の更なる態様では、ストリングを形成するために太陽光モジュールを更なる太陽光モジュールと接続可能にする２つのモジュール端子と接地電位基準端子とを有する太陽光モジュールのための動作方法が、太陽光モジュールの接地電位基準端子とモジュール端子のうちの一方との間の絶縁電圧を制御部によって測定することと、この絶縁電圧に応じて制御部によって太陽光モジュールの少なくとも一部を短絡することと、を含む。ここで、制御部は太陽光モジュールによって給電される。

有利にも、この動作方法は、モジュール端子間のモジュール電圧を制御部によって測定することと、このモジュール電圧に応じて太陽光モジュールの少なくとも一部を制御部によって短絡することと、を更に含む。

好ましくは、制御部は、絶縁電圧及びモジュール電圧に応じて少なくとも３つの状態を区別するように構成され、第１の状態では、太陽光モジュールの短絡は発生しておらず、第２の状態では、太陽光モジュールの一部の短絡が発生しており、第３の状態では、太陽光モジュール全体の短絡が発生している。このようにして、制御部は、必要性に従って必要な限り、太陽光モジュールのモジュール端子間の電圧を低減させることができる。

構成を容易にするために、ストリングの本発明による複数の太陽光モジュールに、同様に構成された制御部を備え付けることが望ましい。これにより、ストリングの全ての制御部が、同じローカル条件の下で、対応する太陽光モジュールの電圧を低減させることになる。しかしながら、過電圧に対する安全機能を最適化するためには、制御部の構成、とりわけ第１及び第２の閾値の仕様を、ストリング内の太陽光モジュールの位置に依存させることが有利であろう。両方の目的を達成できるようにするために、太陽光モジュールが、ストリング内のそれらのモジュールの位置を自律的に決定し、決定された位置に応じて、それらのモジュールの構成、とりわけ第１及び第２の閾値を選択できるようにすることが、有利である。この目的のために、設置の後で、太陽光モジュールはまず設定段階で作動され、この段階では、太陽光モジュールは、太陽光モジュールの動作中の絶縁電圧とモジュール電圧の値のペアを繰り返し検出するに過ぎず、また、これらの電圧値間の相関を決定するためにそれらのペアを使用する。これらの値のペアで決定することができる相関は、ストリングにおける太陽光モジュールの位置の関数である。従って、例えば、ストリングの外側の端部にある太陽光モジュールは、ストリングの中央にある太陽光モジュールよりも、同等のモジュール電圧において著しく高い絶縁電圧値を呈することが、予想され得る。この設定段階の完了の後で、第１及び第２の閾値に対する値が、決定された相関に応じて選択されることができる。制御部による本発明による太陽光モジュールの部分的モジュールの短絡は、設定段階の間は好ましくは回避されるか、又は、少なくとも安全を最重視すべき動作ケースに制限され、また、決定された個々の閾値を使用して、その後でのみアクティブにされる。設定段階は、例えば、ひと月又は２、３ヶ月など、動作状態の十分な帯域幅が確実にカバーされるようにする持続期間を有するべきである。

本発明は、図面の助けを借りて以下に説明される。

図１は、太陽光モジュールの本発明による第１の実施形態を示す。 図２は、太陽光モジュールの本発明による更なる実施形態を示す。 図３は、本発明による太陽光モジュールの直列接続を有する太陽光発電システムを示す。 図４は、本発明による太陽光モジュールの直列接続に沿った電圧曲線を示す。 図５は、本発明による太陽光モジュールを制御するために閾値を決定する方法を図示するための、電圧値のペアの記録を示す。

図１は、第１のモジュール端子１４及び第２のモジュール端子１５を有する、本発明による太陽光モジュール１を示す。太陽光を電気的な直流電力に変換する単一の太陽光発電モジュール１０が、モジュール端子１４と１５との間に配置される。バイパスダイオードとしてのダイオード１７と制御部１３とが太陽光発電モジュール１０と並列に接続され、その結果、制御部は動作時に太陽光発電モジュール１０によって給電される。同時に、制御部１３によって操作される短絡スイッチ１２も、ダイオード１７及び制御部１３と並列に接続される。このとき、制御部１３は、少なくとも、制御部１３に統合されたバッファストア、例えばコンデンサが、太陽光発電モジュール１０を介した充電が必要になる点まで放電されたときに、短絡スイッチ１２を開くことができる。完全開放の代わりとして、ここで、短絡スイッチ１２は、コンデンサが充電され得る程度だけ遠い部分的導電モードで開かれることも考えられる。とりわけモジュール端子１４と１５との間で最小の可能な電圧が望まれる動作条件の下では、制御部１３が動作のためのエネルギーをバッファストアから引き出すことができる時間の間は、制御部１３は短絡スイッチ１２を閉じ、その結果、太陽光発電モジュール１０はこの時間中は短絡され、またモジュール端子１４と１５との間には実質的に電圧が存在しなくなる。そのような動作条件が無い場合には、勿論、短絡スイッチ１２は恒久的に開いたままであり得る。

図２は、本発明の更なる実施形態における太陽光モジュール１を示す。複数の部分的モジュール１０、１１、１１’の直列接続が、モジュール端子１４と１５との間に配置されている。バイパスダイオードとしてのダイオード１７と制御部１３とが第１の部分的モジュール１０と並列に接続され、その結果、制御部は動作時に第１の部分的モジュール１０によって給電される。バイパスダイオード１７及び短絡スイッチ１２、１２’が、２つの更なる部分的モジュール１１、１１’のそれぞれに並列に接続される。ここで、短絡スイッチ１７は、制御部１３が接地電位基準端子１６を介して及び第１の部分的モジュール１０への接続を介して決定する電圧に応じて、制御部１３によって操作される。

部分的モジュール１０、１１、１１’は、別個の太陽光発電モジュールによって形成することができ、又は、これは、ＰＶパネル内の多数の太陽電池によって形成されることでもよい。有利な実施形態では、太陽光モジュールはＰＶパネルによって形成され、その結果、制御部１３及び短絡スイッチ１２はＰＶモジュールに統合される。接地電位基準端子１６は、好ましくはＰＶパネルのフレームに接続することができるが、例えば、フレームの無いＰＶパネル上でＰＶパネルの外側領域の接触面として形成することもでき、ＰＶパネルの正面には、接地電位への接続経路が適切に作られる。次いで、フレーム又は接触面は、更に、十分に低いインピーダンス、即ち制御部１３における電圧決定のインピーダンスと比較してより低いインピーダンスで、接地電位に接続される。

制御部１３は、例えば、部分的モジュール１０のモジュール電圧、及びモジュール端子１５と接地電位基準端子１６との間の絶縁電圧を決定する。制御部１３は、モジュール電圧及び絶縁電圧を所定の閾値と比較し、比較結果に応じて、短絡スイッチ１２のうちのゼロ、１つ、複数、又は全てを閉じる。例えば、短絡スイッチ１２は、絶縁電圧が第１の閾値を超過した場合に閉じられ、絶縁電圧がこの閾値を下回ると再び開かれる。

並列の短絡スイッチ１２を有する更なる部分的モジュール１１の数は、１つか又は１より大きな数であることができ、短絡スイッチ群１２は、制御部１３によって纏めて制御されることも、又は個別に制御されることもできる。好ましくは、第１の部分的モジュール１０は、その電圧が出来るだけ低くなるようにしかし制御部１３の電力のためには十分であるように設計され、その結果、太陽光モジュール１の総電圧は最大可能範囲に渡って可変になる。短絡スイッチによって短絡されていない部分的モジュールに渡ってのみモジュール電圧を決定し、その結果、短絡スイッチ１２が作動してもモジュール電圧の測定に有意な影響を与えないことが、更に好ましい。しかしながらこの影響を、コンピュータを使用して若しくは他の方法で埋め合わせること、又は測定目的のために短絡が一時的に繰り返し取り除かれることが、代替的に可能である。この場合、ソーラーフィールド内部の多数の太陽光モジュールの直列接続に対する電圧制限は、電圧測定が確率論的オフセットを用いて行われ、かつ測定持続時間が十分に短い場合に、維持される。

制御部１３に、制御部１３によって制御可能である任意選択的な並列の短絡スイッチ１２を備えつけることも考えられる。図１に関連して説明した処置と同様に、制御部１３は、少なくとも、制御部１３の動作を維持するために制御部１３に統合されたバッファストアの充電が必要であるときはいつでも、制御部１３と並列な短絡スイッチ１２を短時間開くことができる。この場合、制御部と並列に接続された短絡スイッチ１２が開いている間に、部分的モジュール１０の電圧の測定が行われる。

図３に示すように、直列接続された上述の太陽光モジュール１が太陽光発電システム２のストリングを形成することができ、加えて複数のストリングを互いに並列に接続することができる。これらのストリングはそれぞれ、ヒューズ２３又は回路遮断器を介してその中央点で接地電位に電気的に接続されるか、又は、電圧源２２がストリング端子と設置電位との間に配置され、電圧源２２の電圧は、各ストリングの中央点がほぼ接地電位に位置するように選択されることが好ましい。後者の場合には、ストリングの仮想接地とも言われ、一方第１の場合はハード接地と呼ばれる。

両方の接地変形例において、接地電位への接続部を分離可能に設計し、地絡が発生した場合にこの接続部を通って流れる電流が遮られるようにすることが、有利である。この目的のために、この接続部にヒューズ又は保護スイッチを設けることができる。

本発明による太陽光モジュールの使用から生じる、ストリングに沿った電圧曲線の例を、図４に示す。これらの電圧はそれぞれ接地電位を基準にして表わされており、地絡の無いストリングの場合には、電圧曲線３３はストリングの中央で接地電位に達する。ストリングの両端にはねじれが認められ、このねじれは、短絡に関するそれぞれの電圧基準が満たされたので、そこに配置された太陽光モジュール１の制御部１３がそれぞれの短絡スイッチ１２を閉じることにより生じるものであり、図示された場合では、各太陽光モジュールは低減された残留電圧のみを依然として呈する。これにより、ストリングの２つの端部における接地電位に対する上側電圧閾値３１及び下側電圧閾値３２の遵守が達成され、これらの閾値は、関係する太陽光モジュール１の部分的短絡が無い場合には、電圧曲線３３’によって示されるように、超されることになる。ねじれの領域では、短絡されていない部分的モジュール１０のみがストリング電圧に寄与し、従ってエネルギーの生成に寄与するが、ストリングは、低減された電力を用いて、太陽光発電システム２のエネルギー生成に寄与し続ける。

例えばストリングの正の端部で地絡が発生した場合、ストリングの中央と接地電位との関係は失われる。この例では、ストリングの正の端部は代わりに接地電位に位置する。これにより、太陽光モジュールの部分的な短絡が無い場合に、ストリングの負の端部が下側電圧閾値よりもはるかに下に位置するようになる危険性が生じ、これは、インバータからストリングを切り離すことによってのみ、更に補強される。従来技術において短絡３４’無しで生じる電圧曲線の強い過電圧の結果として、太陽光モジュールの絶縁に負荷がかかりすぎることがあり、それによって、太陽光モジュールは短期間又は長期間で損傷を受けることになり、これは太陽光発電システム全体の故障につながり得る。本発明による太陽光モジュール１は電圧曲線３４を引き起こし、今、太陽光モジュール１は、使用されることになるストリングの端部ですら下側電圧閾値３２を上回ったままであるか、又は下側電圧閾値３２を僅かに下回るに過ぎないような程度まで、ストリングの中央の領域から開始して、それぞれの制御部１３によって始められる部分的短絡によってモジュールの電圧を低減する。一般的に、ストリングは、この状況においてさえも、低減された電力で使用し続けることができる。

絶縁電圧に対する第１の閾値及びモジュール電圧に対する第２の閾値を適切に選択することにより、ストリングの進路に沿った太陽光モジュールの短絡又は部分的短絡が適時に達成され、その結果、ストリングの端部において優勢である電圧状態についての知識を太陽光モジュールが有する必要なしに、ストリングの端部が、許容可能電圧限界を破らなくなるか、又は、僅かに破るに過ぎなくなる。例えば、３２個の太陽光モジュール１が直列に接続されたストリング、及び、各太陽光モジュール１の第１の部分的ストリング１０に渡る１０Ｖの無負荷電圧に対応して、このストリングに対して３００８Ｖの無負荷電圧の場合、以下の閾値を用いて、接地電位に対して１５００Ｖ又は−１５００Ｖのストリングの上側及び下側電圧閾値が、極度の太陽光照射並びに任意の地絡の場合に観察されることを確実にすることができる。
− 絶縁電圧に対する第１の閾値： １２５０Ｖ
− モジュール電圧に対する第２の閾値： ７１Ｖ

本発明の好ましい設計では、第２の閾値は、所定の固定値に加えて、絶縁電圧に応じて更に決定され、特に、第２の閾値は、絶縁電圧の値が上昇するにつれて低下する。このようにして、例えば、照射が強く、かつ／又は太陽光モジュール１の温度が低い場合に、ストリングの中央付近に配置された太陽光モジュールにおいて、短絡のための条件が既に達成されていることが確実になる。

これらの場合では、短絡による影響を受けていない太陽光モジュールのモジュール電圧はより高いので、第２の閾値を調節しないと、ストリングの端部は電圧限界を破ることになる。

より多数の動作状態及び故障状態に対して電圧閾値の遵守を保証するために、かつ／又は短絡される太陽光モジュール１の数を最小にするために、ストリング内の太陽光モジュール１の配置に応じて、第１及び／又は第２の閾値を選択することが、更に有利である。

しかしながら、制御部１３の個々のパラメータ設定は、同時に一層の労力及び費用を必要とし、またそれによって閾値を誤って設定する可能性と関連しているので、代わりに、個々のパラメータ設定は設定段階の中で行うことができ、設定段階の間では、太陽光発電システム２には地絡が存在していないことが保証され、また設定段階には動作状態の十分な帯域幅が含まれる。また、制御部１３は、設定段階の間では太陽光モジュール１を短絡しないことが好ましい。設定段階では、関係する太陽光モジュール１の制御部１３によって、モジュール電圧と絶縁電圧の値のそれぞれのペアが取得され記憶される。このようにして、太陽光モジュール１の位置に対して特有の、モジュール電圧の値と絶縁電圧の値との相関を決定することができる。相関の一例を、ストリングの中央付近の接地電位に対して負の電圧の領域にある１つの太陽光モジュールＭ１、及びストリングの正の端部の領域にある太陽光モジュールＭ２について、それぞれ図５に示す。ここで、モジュール電圧Ｕ１は水平方向にプロットされ、絶縁電圧Ｕ２は垂直方向にプロットされている。ここで、それぞれの値のペアは直線に沿って位置しており、ストリングの中央に近い太陽光モジュールＭ１に関する直線の勾配は、ストリングの端部領域にある太陽光モジュールＭ２に関する直線の勾配よりも、大きさがより小さくなっている。これらの太陽光モジュールは、図示された例では短絡されていなかった。

設定段階が完了した後で、制御部１３は、決定された勾配に基づいて、かつ／又は、高く外れた点として認識されることがある値のペアという例外がある可能性を伴うが、全ての記憶された値のペア若しくは全ての値のペアがその内部に位置する範囲限界４１、４２に基づいて、短絡スイッチ１２を作動するための適切な閾値を決定することができる。これらの範囲限界４１、４２は、現在の値のペアが範囲限界の外側に位置しているので、短絡スイッチ１２の作動が必要であるかどうかをチェックするために、それぞれの制御部１３によって、以降の期間中に使用される。各太陽光モジュールＭ１、Ｍ２の上側範囲限界及び下側範囲限界の代わりに、より大きな絶対値を有する範囲限界のみをチェックのために使用することも可能である。

範囲限界及び対応する閾値の個々の設定は、太陽光モジュール１同士の間で値の交換をする必要なしに、関係する各太陽光モジュール１によって自律的に記述された方法で実行される。しかしながら、とりわけ個々の太陽光モジュール１の個々の閾値の決定を改善するために、太陽光モジュール１同士の間、又は太陽光モジュール１と更なるデータユニットとの間でデータ通信を使用することは排除されるものではなく、本方法を更に改善することができる。例えば、データ通信は、無線で又は電力線通信を介して行うことができる。

本発明による太陽光モジュール１の１つの可能な実施形態では、制御部１３の電力供給が維持される限り、短絡スイッチ１２の作動後に部分的短絡が維持される。これは、通常、１日の終わりまでの状態である。更なる実施形態では、部分的短絡は、太陽光モジュールによって解除信号が受信されるまで、又は太陽光モジュールにおいて手動の介入により部分的短絡が終了されるまで、維持される。絶縁電圧及び／又はモジュール電圧に対する更なるキャンセル試験基準が存在するまで、又は所定の期間に渡り、短絡を維持することも考えられる。

或いは、短絡に対する基準が依然として存在しているかどうかを判定するために、短絡は、繰り返し一時的に中断されることがある。この場合、中断時間の比率、又は中断時間の長さは、例えば時間の１％、又は長さが１秒間未満であるなど、小さくするべきである。多数の太陽光モジュールのグループでは、個々の太陽光モジュールの総電圧への寄与は重大ではなくなる、というのも、太陽光モジュール間の短絡の短時間の中断は、時間的に確率論的な態様で行われるからである。

１ 太陽光モジュール
１０，１１，１１’ 部分的モジュール
１２，１２’ 短絡スイッチ
１３ 制御部
１４，１５ モジュール端子
１６ 接地電位基準端子
１７ ダイオード
２ 太陽光発電システム
２０ インバータ
２１ トランス
２２ 電圧源
２３ ヒューズ
３１，３２ 電圧閾値
３３，３４ 部分的短絡がある場合の電圧曲線
３３’，３４’ 部分的短絡が無い場合の電圧曲線
４１，４２ 範囲限界

Claims (12)

1. 太陽光モジュール（１）であって、その内部で短絡スイッチ（１２）及び制御部（１３）が、前記太陽光モジュール（１）の少なくとも一部と並列にそれぞれ接続されており、また前記太陽光モジュール（１）は、前記制御部（１３）に電力を供給しており、ストリングを形成するために更なる太陽光モジュールと第１及び第２のモジュール端子（１４、１５）を介して接続可能である、太陽光モジュール（１）において、
   前記制御部（１３）は、前記太陽光モジュール（１）の接地電位基準端子（１６）と前記モジュール端子（１４、１５）のうちの１つとの間で降下する絶縁電圧に応じて、前記短絡スイッチ（１２）を作動させるように構成されることを特徴とする、太陽光モジュール（１）。
2. 請求項１に記載の太陽光モジュールにおいて、前記制御部（１３）は、前記モジュール端子（１４、１５）間で降下するモジュール電圧に応じて前記短絡スイッチ（１２）を作動させるように更に構成されることを特徴とする、太陽光モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の太陽光モジュール（１）において、前記太陽光モジュール（１）は、第１の部分的モジュール（１０）と第２の部分的モジュール（１１）との直列接続を含み、前記短絡スイッチ（１２）は前記第２の部分的モジュール（１１）と並列に接続され、前記制御部（１３）は前記第１の部分的モジュール（１０）と並列に接続されることを特徴とする、太陽光モジュール（１）。
4. 請求項３に記載の太陽光モジュール（１）において、前記制御部（１３）によって操作される追加の短絡スイッチ（１２）が前記第１の部分的モジュール（１０）と並列に接続されることを特徴とする、太陽光モジュール（１）。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の太陽光モジュールにおいて、第１の閾値が前記制御部（１３）に記憶されており、前記制御部（１３）は、前記絶縁電圧が前記第１の閾値を超過した場合に、前記短絡スイッチ（１２）を閉じるように構成されることを特徴とする、太陽光モジュール。
6. 請求項５に記載の太陽光モジュールにおいて、第２の閾値が前記制御部（１３）に記憶されており、前記制御部（１３）は、前記モジュール電圧が前記第２の閾値を超過した場合に、前記短絡スイッチ（１２）を閉じるように構成されることを特徴とする、太陽光モジュール。
7. 請求項６に記載の太陽光モジュールにおいて、前記制御部（１３）は、前記閾値の一方に応じて前記閾値の他方を調節するように構成されることを特徴とする、太陽光モジュール。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の太陽光モジュールにおいて、前記直列接続は、少なくとも１つの更なる部分的モジュール（１１’）を含み、前記更なる部分的モジュール（１１’）には更なる短絡スイッチ（１２’）が並列に接続されており、また前記制御部（１３）は、前記絶縁電圧及び前記モジュール電圧に応じて、前記更なる短絡スイッチ（１２’）を選択的に作動させるように構成されることを特徴とする、太陽光モジュール。
9. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の太陽光モジュール（１）の直列接続を含むことを特徴とする、太陽光発電システム（２）。
10. ストリングを形成するために太陽光モジュール（１）を更なる太陽光モジュールと接続可能にする２つのモジュール端子（１４、１５）と、接地電位基準端子（１６）とを有する前記太陽光モジュール（１）の動作方法において、
    − 制御部（１３）によって、前記太陽光モジュール（１）の前記接地電位基準端子（１６）と前記モジュール端子（１４、１５）のうちの１つとの間の絶縁電圧を測定するステップと、
    − 前記絶縁電圧に応じて、前記制御部（１３）によって、前記太陽光モジュール（１）の少なくとも一部を短絡するステップと、
    を含み、前記制御部（１３）は、前記太陽光モジュール（１）によって給電されることを特徴とする、動作方法。
11. 請求項１０に記載の動作方法において、
    − 前記制御部（１３）によって、前記モジュール端子（１４、１５）間のモジュール電圧を測定するステップと、
    − 前記モジュール電圧に応じて、前記制御部（１３）によって、前記太陽光モジュール（１）の少なくとも一部を短絡するステップと、
    を更に含むことを特徴とする、動作方法。
12. 請求項１１に記載の動作方法において、前記制御部（１３）は、前記絶縁電圧及び前記モジュール電圧に応じて少なくとも３つの状態を区別するように構成されており、第１の状態では、前記太陽光モジュール（１）の短絡は発生しておらず、第２の状態では、前記太陽光モジュール（１）の一部の短絡が発生しており、第３の状態では、前記太陽光モジュール（１）全体の短絡が発生していることを特徴とする、動作方法。

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