JP2022531545A - 太陽光発電パネルの診断モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、太陽光発電パネルから出ている入力配線（３）に対する第１の接続部と、少なくとも太陽光発電パネルからのエネルギーが出力される出力配線（４）に対する第２の接続部と、太陽光発電パネルから出ている入力配線（３）を介して太陽光発電パネルからの電圧および電流を測定するための測定手段（５）と、制御論理回路（５）と、通信手段とを備える、単一の太陽光発電パネルの診断のためのモジュールに関する。パネルのそれぞれと連携されているこのモジュールによって、パネルのそれぞれ、および全てのものの手動監視を回避し、パネルの最大出力点外での誤動作または動作を検出することの不可能性を排除し、直流を避けることの困難性を克服し、太陽光発電装置の生産量および効率の損失を回避することが可能である。

Description

発明の詳細な説明

［発明の目的］
本発明の対象は、発明の名称に定められているように、太陽光発電パネルの診断モジュール、すなわち、太陽光発電パネルの状態を診断する機能を実行する装置に関する太陽光発電パネルの診断モジュールである。補足的な態様において、各モジュールは中央ユニットまたは管理ユニットに送信するための機能を有することもでき、補足的な態様でも、前述の中央ユニットは監視および／または遠隔制御機能をさらに有することができ、本発明の診断モジュールの機能は、中央モジュールの存在または非存在、およびこの中央モジュールが有し得る機能のために限定されない。

本発明の別の対象は、太陽光発電パネルのそれぞれに本発明の対象である診断モジュールのような診断モジュールを有している太陽光発電装置である。

本発明は、本発明の対象である診断モジュールが単一の太陽光発電パネルの診断および監視することのみを目的としており、複数の太陽光発電パネルに適用される場合には、各パネルの個々の監視および診断が達成されることに特徴がある。

したがって、本発明は、太陽光発電装置、特に監視手段の分野内に収まる。

［発明の背景］
近年、太陽光発電装置の数が増加している。これらの装置に使用される太陽光発電パネルの量も増加している。多数の太陽光発電パネルの管理および維持は、装置が十分な生産量を有することを確実にするために不可欠である。

全ての太陽光発電システムを、これまで以上の電力に対応できる単一のデバイスに集中させることが市場動向となっている。直流電圧－交流電圧変換器は多数の太陽光発電パネルを同時に取り扱うことができると共に、太陽光発電装置の全体的な生産量に関する情報をユーザに提供することができる。

現在の太陽光発電装置は、各太陽光発電パネルレベルでは個別に情報を収集することは不可能である。これは、制御および維持を実行するために、周期的な手動処理を１つずつ、パネルごとに実行しなければならないことを意味する。したがって、故障している可能性がある太陽光発電パネル、電力生産量において低下する可能性があるもの、および交換が必要なものは、手動により検出される。

また、装置におけるパネルの１つ１つの手動監視の後、見かけ上損傷はないが、最大電力点において正しく構成されていないパネルが検出されていない状況も存在する。これは、現在のシステムが極大である電力点と全体の最大値である電力点とを区別しないという事実による。このため、環境条件によっては、誤った構成になってしまうことがある。

さらに、太陽光発電パネル装置における現在の傾向は、直列接続された多くのパネルを設置することであり、そして、これらのパネルは、さらに、他のパネルの分岐と並列接続することができる。多数の太陽光発電パネルが関わるこのタイプの構成は、装置の詳細な状態の診断を非常に複雑にさせる。装置の分岐において直列接続されたパネルの１つが故障した場合、同一の分岐に直列接続された残りのパネルの生産量が影響を受け、結果的に生産量が失われるため、装置の効率が低下する。

さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器は、太陽光発電パネルによって生成された直流電圧を、送配電ネットワークが有する交流電圧に変換する役割を果たす。今日、太陽光発電パネルの一群は共通化され、単一のＤＣ／ＡＣ変換器に接続されている。この状況は、その最大出力点の処理を非効率的にする。通常は、パネルのそれぞれの理想的な最大出力点別々ではなく、装置全体に対応する最大出力点が最大出力点として使用される。現在、最大出力点におけるシステムの全体的な生産量は、それらが別々に構成されている場合、それぞれの太陽光発電パネルの生産量よりも低いことが生じている。

したがって、本発明の目的は、前述の課題、特に、
太陽光発電パネル装置のパネルの１つ１つを手動監視することが、いかに高価で手間がかかるかということ、
現存する手段を有しているパネルのいずれかの最大出力点外での誤動作または動作を検出することが不可能であること、
直流を避けることが難しいこと、
一群のパネルの最大出力点における生産量が、一群のパネルの生産量の合計よりも低く、それらのそれぞれが最大出力点において作動することによる、装置の生産量および効率の損失を解決することである。

前述の課題を解決するために、以下に説明するような太陽光発電パネルの診断モジュールが開発され、その本質が請求項１に反映されている。

［発明の説明］
本発明の対象は、太陽光発電パネルの診断モジュールである。すなわち、本発明の対象は、共通化された一群のパネルの診断に関するものではなく、個別化された太陽光発電パネルの診断モジュールである。この場合、パネルのそれぞれは、それ自体の診断装置を有している。

モジュールは、太陽光発電パネルの測定を独立かつ自動的に管理し、実行するために使用される電子装置である。モジュールは、太陽光発電パネルに可能な限り近接して接続され、太陽光発電パネルから個々の情報を取得し、それを管理し、その状態に関する情報を、同一のネットワークに接続され得るその他の制御システムに送信する能力を有している。

モジュールは、単一のパネルの電圧および電流の測定を実行し、得られた結果を他のデバイスに送信できる。また、必要な測定または診断を実行するために、光太陽光発電パネルによって生成された電流を適宜制御することができる。

太陽光発電装置の別のモジュールにおいて実行された電圧および電流の測定値は、中央システムに送信され、太陽光発電装置レベルでの判断に使用され得る。

さらに、補足的な態様において、それは、太陽光発電モジュール自体に対して電力管理および最適化動作を実行することができ、この最後の実施形態に対する補足的な態様でも、生成された直流電圧を交流電圧に変換する手段を有することができる。

したがって、診断モジュールは単一の太陽光発電パネルを対象として着想されるため、各太陽光発電パネルの監視および診断は個々に達成され、さらに、この全ての結果として、太陽光発電装置全体の制御システムが達成される。

他の解決策に対する本願の対象である診断モジュールの利点は、
各太陽光発電パネルを個別に診断する能力、
各太陽光発電パネルを個別に管理する能力、パネルごとに個別に行われる最大出力点の位置の改善、
太陽光発電パネルに関する情報を外部に提供すること、
太陽光発電装置の拡張性を単純化すること、
太陽光発電パネルとその他太陽光発電パネルとの接続形態を単純化すること、
現在手動により行われている検査であって、太陽光発電パネル装置の検査時間を短くすること、
太陽光発電パネルレベルの情報、他のより複雑な処理システムおよび意思決定へのアクセスを提供すること、
提供する情報を、遠隔監視、管理、および／または制御することができることにある。

特に断らない限り、本明細書において用いられる技術的および科学的要素の全ては、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解される意味を有する。また、本発明の実施に際しては、本明細書に記載されているものと同様または同等の方法および材料を用いることができる。

明細書および特許請求の範囲全体にわたって、「備える」という語およびその変形は、他の技術的特徴、追加要素、構成要素または工程を排除することを意図しない。当業者にとって、本発明の他の対象、利点および特徴は、本発明の説明および実際の使用の両方から推論され得る。

［図面の説明］
本説明の補足として、本発明の特徴をより容易に理解できるようにするために、本発明の好ましい実用的な例示的実施形態によれば、前述の説明にはその一体部分を構成する一組の図面が添付されており、図面は例示としてであって、以下に示すものに限定されない。

図１は、本発明の対象のような診断モジュールが接続されている太陽光発電パネルの概略図を示す。

図２は、最も基本的な実施形態における診断モジュールの第１の実施形態を示す。

図３は、パネルを最大出力点にするための手段を有することによって、生成されたエネルギーを最適化することを可能にする、先の実施形態の補足的な実施形態を示す。

図４は、モジュールが直接電圧を交流電圧に変換するためのシステムを有する先の実施形態の補足的な実施形態を示す。

［本発明の好ましい実施形態］
図面を参照して、提案された本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。

図１は、本願の対象となるもののような診断モジュール（２）が接続された太陽光発電パネル（１）と、太陽光発電パネルの出力配線群（３）を介して実行され、診断モジュール（２）によって生成された電圧および電流を瞬時に測定するために使用される接続部を示す。

診断モジュール（２）は、太陽光発電パネルからのエネルギーが出力される少なくとも１つの出力配線群（４）を有している。

各診断モジュールは、単一の太陽光発電パネルの監視および診断を目的としており、図２が示すように、最も単純な実施形態において、それは、
太陽光発電パネルからの電圧および電流を測定するための測定手段（５）と、
マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、または、通信システムによって診断モジュールを管理する外部制御論理回路であり得る制御論理回路（７）と、
電力線自体を介する通信に基づく手段、独立したデータ線を介する通信に基づく手段、無線通信による手段という様々な種類があり得る通信手段（６）と、を備える。

パネルのそれぞれの診断は、パネルの診断を実行する制御論理回路（７）の手段によって、または中央処理システムの手段によって、診断モジュール自体と一体的に実行することができる。中央処理システムは、太陽光発電装置レベルで、他のモジュールから送信された情報を用いて、同一のものに接続された別のモジュールによって取得され、送信された測定値を使用することによって、より複雑な診断を実行することができる。

図３は、前述の実施形態を改良し、太陽光発電パネルによって生成された電力の最適化手段（８）が追加され、パネルの最大出力点を検出する役割を果たす補足的な実施形態を示す。

図４は、図２に示されている実施形態と、図３の実施形態に示されているものとの両方に追加することができる、より完全な実施形態を示す。図４に示される例は、生成された電力の最適化手段（８）の出力先に電力管理手段（９）を配置することによって構成される。電力管理手段（９）は、さらに、先に配置されている変換器（１０）と、出力口に配置されている保護手段（１１）とを備える。

これらの電力管理手段（９）は、他の機能の中でも、太陽光発電パネルによって生成された直流エネルギーを交流エネルギーに変換することを目的とし、これは全ての太陽光発電パネルを１つの同一の導線に接続することを容易にし、各太陽光発電パネルから変換器の群に配線しなければならないことを回避し、これは太陽光発電装置における配線のかなりの節約を伴う。

図５は、ユーザが必要と考える場合に実行されるシステムの図を示している。ここで、太陽光発電パネル（１）のそれぞれは、それらと連携されている診断装置（２）を有し、それらの全ては、さらに、複数の電気エネルギー源を有する中央システム（１２）に接続され、続いてエネルギコントローラ（１３）に接続されることがわかる。これは、さらに、通信、管理、監視および／または制御システム（１４）と連携され得る。

本発明の対象である太陽光発電パネルの診断モジュールは、中央制御システムを動作させる必要がなく、後者は任意であり、必要に応じて個々の診断モジュールのそれぞれからデータを取得するためにのみ使用されることは明らかである。

このように、本発明の性質、および、それを実施する方法を適切に説明したが、本質的な性質の範囲内で、本発明はその基本的な原則が部分的変更、変更または修正されない限り、実施例として記載されたものとは詳細において異なる他の実施形態に従って実施されてもよく、求められる保護が等しく及ぶことに留意されたい。

本発明の対象のような診断モジュールが接続されている太陽光発電パネルの概略図を示す。 最も基本的な実施形態における診断モジュールの第１の実施形態を示す。 パネルを最大出力点にするための手段を有することによって、生成されたエネルギーを最適化することを可能にする、先の実施形態の補足的な実施形態を示す。 モジュールが直接電圧を交流電圧に変換するためのシステムを有する先の実施形態の補足的な実施形態を示す。 ユーザが必要と考える場合に実行されるシステムの図を示している。

Claims (7)

1. 個別化され、独立し、自律的な方法によって単一の太陽光発電パネルの診断を目的とし、
   太陽光発電パネルから出ている入力配線（３）に対する第１の接続部と、
   少なくとも前記太陽光発電パネルからのエネルギーが出力される出力配線（４）に対する第２の接続部と、
   前記太陽光発電パネルから出ている前記入力配線（３）を介して、前記太陽光発電パネルからの電流電圧曲線を測定するための測定手段（５）と、
   前記太陽光発電パネルによって生成された電流を制御し、前記パネルの診断を実行する制御論理回路（７）と、
   通信手段（６）と、
   を備えることを特徴とする太陽光発電パネルの診断モジュール。
2. 前記制御論理回路（７）は、以下の
   マイクロコントローラ、
   ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ
   または通信システムによって前記診断モジュールを管理する外部制御論理回路
   の手段の１つであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電パネルの診断モジュール。
3. 前記通信手段（６）は、以下の
   電力線自体を介する通信に基づく手段、
   独立したデータ線を介する通信に基づく手段、
   無線通信に基づく手段
   の１つまたは組合せであることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽光発電パネルの診断モジュール。
4. 前記太陽光発電パネルによって生成された電力の最適化手段（８）をさらに有することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽光発電パネルの診断モジュール。
5. 先に変換器（１０）、出力口に保護手段（１１）が配置されている電力管理手段（９）を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽光発電パネルの診断モジュール。
6. 前記制御論理回路（７）は、前記モジュール自体の外部のシステムに情報を送信する機能を有し、太陽光発電装置を管理することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽光発電パネルの診断モジュール。
7. 太陽光発電装置の一部である前記パネルのそれぞれが、請求項１～６のいずれか１項に記載の診断モジュールを有し、全ての前記診断モジュール（２）は、中央システム（１２）に接続され、続いて、通信制御システム（１４）と共にエネルギー制御装置（１３）に接続されることを特徴とする太陽光発電装置。

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