JP3215387U

JP3215387U - 太陽光発電モジュールのための監視・停止装置

Info

Publication number: JP3215387U
Application number: JP2018000007U
Authority: JP
Inventors: 立偉尤; 建彬 ▲トウ▼
Original assignee: 江蘇英邁能源科技有限公司
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2028-01-04
Also published as: DE202017107736U1; CN207304483U; AU2017101772A4; TWM557456U; US10044184B1

Abstract

【課題】太陽光発電モジュールの電圧および温度の同時間監視を行う安全対策にすぐれる太陽光発電（ＰＶ）モジュールの監視・停止装置を提供する。【解決手段】太陽電池モジュールの監視・停止装置は、制御スイッチ１１と、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）１０と、電圧取得部１３と、温度取得部１４と、電力線通信（ＰＬＣ）モジュール１５とを有する。制御スイッチは、ＰＶモジュールの電力直列回路に接続する。電圧取得部および温度取得部の出力端子は、ＭＣＵに接続される。電圧取得部とＰＬＣモジュールとは、通常は導通状態の制御スイッチを介して電力直列回路に接続されている。ＭＣＵは制御スイッチに接続され、電圧および温度取得部によりＰＶモジュールに過電圧または過熱が発生しているかどうかを判定する。異常状態の場合、ＭＣＵはＰＬＣモジュールを介して通知を送信し、制御スイッチによりＰＶモジュールを電力直列回路から切断する。【選択図】図２

Description

本考案は、監視および遮断装置に関し、特に、太陽光発電モジュールの電圧および温度の同時間監視を行う太陽光発電（ＰＶ）モジュールの監視・停止装置に関わる。監視・停止装置は、電力線通信を使用して監視情報を送信し、積極的にコマンドを送信するか、または太陽光発電モジュールを停止するリモートコマンドを受信する。

発電装置として、ＰＶモジュールは、実際の使用中に自然環境下の樹木や建物によって不規則に遮蔽され、ＰＶモジュールが発熱することがある。光強度が強すぎると、電流または温度が限界を超える場合がある。光電池（ＰＶ）モジュールが時間内に停止されないと、熱によってホットスポットが発生し、火災に至ることさえある。さらに、単一のＰＶモジュールの出力電圧は比較的低いが、直列に接続された複数のＰＶモジュールの合計電圧は、安全な電圧をはるかに超える可能性がある。問題が発生すると、特にＰＶモジュールが起動しているときに致命的である。直列のＰＶモジュールの電圧が上昇するにつれて、防火システムがうまく機能しない可能性がある。さらに、ＰＶモジュールの安全対策には、まだその他の問題がある：
１．現在、監視はコンバイナボックスレベルで行われ、各ＰＶモジュールの実際の状態ではない。

２．異常が発生すると、直列に接続されている全ＰＶモジュールを停止することのみ可能である。ＰＶモジュールは、遮断された後も依然として電圧出力を有し、潜在的なリスクを引き起こす。

３．メンテナンス要員が混乱した現場に行き、手動で回路を遮断する必要がある。

４．ＰＶモジュールのメンテナンス製品の制御装置は、別個の電源を必要とする。この場合、配線コストが高くなる
５．関連する情報パラメータを収集した後、メンテナンス製品は有線または無線の方法でモニタリングエンドと通信する必要がある。しかしながら、有線通信は追加の配線を必要とし、コストが高くなる。無線通信は、産業科学医療用帯域（ＩＳＭ帯域）によって限定されたスペクトルに制限される。同時に、無線信号は干渉しやすく、高いビットエラー率を有する。

ＰＶモジュールは、ＵＬ規格やＩＥＣ規格などの安全基準が高いため、ＰＶモジュールの直列電圧を短時間で安全な値に引き上げる必要がある。

以上のことから、ＰＶモジュールの既存の監視技術を改善する必要があることが分かる。

本考案の目的は、ＰＶモジュールの監視・停止装置を提供することである。監視・停止装置は、太陽光発電モジュールの電圧および温度の同時間監視の実行、電力線通信を用いて監視情報を送出、および検出された電圧または温度が異常である場合には、積極的にコマンドを送信するか、ＰＶモジュールを停止するリモートコマンドを受信する。

開示されたＰＶモジュールの監視・停止装置は、
制御スイッチと、
複数の入力／出力端子（Ｉ／Ｏ端子）を有するマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）と、
マイクロコントロールユニットのＩ／Ｏ端子の１つと制御スイッチとの間に接続されたドライバモジュールと、
マイクロコントロールユニットのＩ／Ｏ端子の１つに接続された１組の入力端子および出力端子を有する電圧取得部と、
マイクロコントロールユニットのＩ／Ｏ端子の１つに接続された温度出力端子を有する温度取得部と、
電力線接続端子と、マイクロコントロールユニットのＩ／Ｏ端子の１つに接続された情報送信端末とを有する電力線通信（ＰＬＣ）モジュールとを含む。

制御スイッチ、電圧取得部およびＰＬＣモジュールは、太陽光発電の電力直列回路に接続される。制御スイッチは、通常、接続状態にある。マイクロコントロールユニットは、ドライバモジュールを使用してコントロールスイッチをオン／オフする。電圧取得部は、接続されたＰＶモジュールの出力電圧をリアルタイムで検出し、検出された電圧情報をマイクロコントロールユニットに送信する。ＰＶモジュールの出力電圧が異常である場合、マイクロコントロールユニットはＰＬＣモジュールを使用してシステム端末と通信する。さらに、マイクロコントロールユニットは、積極的にコマンドを送信するか、システム端末からのコマンド出力に続き、ドライバモジュールを制御してＰＶモジュールを停止する。したがって、接続されたＰＶモジュールの合計電圧は短時間で安全な値に引き下げられ、システムの安全性を確保する。

監視・停止装置は、電力線通信を使用して遠隔システム端末と通信するため、別の有線または無線ネットワークを設定する必要がない。これは、有線通信の高コストおよびＩＳＭ帯域に起因する無線ネットワークのスペクトル制限の問題を解決する。

本考案のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および例示のためにのみ与えられている添付の図面を参照することによって明らかになり、本考案を限定するものではない。

図１は、本考案のブロック図である。図２は、本考案のシステムブロック図。

図１を参照するに、監視・停止装置はＰＶモジュール２０と共に使用される。ＰＶモジュール２０は、正出力端子と負出力端子とを有する。複数のＰＶモジュール２０がそれらの正および負の出力端子を介して直列に接続されている場合、ＰＶモジュール２０によって電力直列回路が形成される。監視・停止装置は、マイクロコントロールユニット１０、制御スイッチ１１、ドライバモジュール１２、電圧取得部１３、温度取得部１４、および電力線通信（ＰＬＣ）モジュール１５を含む。

マイクロコントロールユニット１０は、動作機能を提供し、ドライバモジュール１２、電圧取得部１３、温度取得部１４、およびＰＬＣモジュール１５にそれぞれ接続するいくつかのＩ／Ｏ端子を有する。マイクロコントロールユニット１０は、ＳＴＭまたはＭＣＳ−５１シリーズのマイクロコントローラによって実現することができる。

制御スイッチ１１は、正入力端子、負入力端子、正出力端子、負出力端子、および制御端子を有する。制御スイッチ１１の正および負の入力端子は、ＰＶモジュール２０の正および負の出力端子に接続される。制御スイッチ１１の正および負の出力端子は、電力直列回路に接続される。通常、制御スイッチ１１は導通状態である。すなわち、ＰＶモジュール２０は、通常、電力直列回路に接続される。制御スイッチ１１が遮断すると、ＰＶモジュール２０は、電力直列回路から切り離され、または電力直列回路が中断される。本実施形態では、制御スイッチ１１のオンおよびオフは、ドライバモジュール１２を介してマイクロコントロールユニット１０によって制御される。したがって、ドライバモジュール１２は、マイクロコントロールユニット１０のＩ／Ｏ端子の１つと制御スイッチ１１の制御端子との間に接続される。

電圧取得部１３は、ひと組の入力端子と出力端子とを有する。本実施形態では、ひと組の入力端子は、ＰＶモジュール２０に接続され、ＰＶモジュール２０の出力電圧を検出する。電圧取得部１３の入力端子は、制御スイッチ１１の正負の出力端子に接続され、制御スイッチ１１を介してＰＶモジュール２０の出力電圧を検出する。電圧取得部１３の出力端子は、マイクロコントロールユニット１０に接続され、検出された電圧をマイクロコントロールユニット１０に送る。

温度取得部１４は、マイクロコントロールユニット１０のＩ／Ｏ端子の１つに接続された温度出力端子を有する温度センサによって実現される。温度取得部１４は、ＰＶモジュール２０の温度を検出することにより、ＰＶモジュール２０の深刻なホットスポットによって発生する可能性のある高温を監視する。検出された温度はマイクロコントロールユニット１０に送られる。

ＰＬＣモジュール１５は、情報送信端末と電力線接続端子とを有する電力線通信装置である。情報送信端末は、マイクロコントロールユニット１０のＩ／Ｏ端子の１つに接続する。電力線接続端子は、ＰＶモジュール２０の電力直列回路に接続される。本実施形態では、ＰＬＣモジュール１５の電力線接続端子は、制御スイッチ１１の正および負の出力端子に接続される。

監視・停止装置の動作電力は、接続されたＰＶモジュール２０から得られる。独立した電力供給システムを提供する必要がない。ＰＶモジュール２０の出力電力を作業電力として使用するために、監視・停止装置はさらにＤＣ／ＤＣ変換部１６を含む。ＤＣ／ＤＣ変換部１６は、ひと組のモジュール電源接続端子と電源出力端子とを有する。ひと組のモジュール電源接続端子は、ＰＶモジュール２０の正および負の電力端子に接続する。電力出力端子は、マイクロコントロールユニット１０に接続される。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換部１６は、その電力をＰＶモジュール２０から取得する。直流−直流電圧の変換および安定化の後、安定した直流作動電力がマイクロコントロールユニット１０に供給される。追加の電源供給が必要ないので、装置の信頼性が高くなる。

本考案の実施形態の明示的な構造は、上に記載されている。同様の応用は、図２を参照して以下に説明される。

太陽エネルギー電力供給システムでは、複数のＰＶモジュール２０が直列に接続されて電力直列回路を形成する。各ＰＶモジュール２０は、監視・停止装置に接続される。各ＰＶモジュール２０の監視・停止装置は、制御スイッチ１１およびＰＬＣモジュール１５を介して電力直列回路に接続される。ＰＶモジュール２０の電圧や温度が異常になると、制御スイッチ１１は、電力直列回路からＰＶモジュール２０の切断を行う、または電力直列回路を遮断する。ＰＬＣモジュール１５は、電力線通信を用いてシステム端末３０と通信する。電力線を使用して各監視・停止装置と通信するために、システム端末３０は復調器４０を用いて電力直列回路に接続する。復調器４０は、監視・停止装置により変調された搬送波を受信し、復調して電力直列回路に送り、復調した搬送波をシステム端末３０に送信する。

システム端末３０と復調器４０との間の接続は、有線でも無線でもよい。復調器４０は、電流取得部５０と電力供給部６０とをさらに接続することができる。電流取得部５０と電力直列回路とは、回路電流を検出するために接続される。回路電流の取得情報は、復調器４０によってシステム端末３０に送信される。電力供給部６０は、復調部４０が要求する動作電力を供給する。

上述の接続によれば、システム端末３０および電力直列回路上の各監視・停止装置置がマスター・スレーブ構造を形成する。すなわち、各監視・停止装置は、制御スイッチ１１を用いてＰＶモジュール２０の電圧および温度情報を収集するスレーブ装置である。電力直列回路を通じ、該情報はＰＬＣを介してシステム端末３０に送信される。システム端末３０は、マスター装置である。監視・停止装置から送信された電圧および温度データに基づいて、システム端末３０は、電圧又は温度が異常であるか否かを判定する。異常が発生した場合、停止コマンドは、特定のＰＶモジュール２０を停止するために電力直列回路を介して送出される。特定のＰＶモジュール２０を手動で停止するために、メンテナンス要員を現場に送る必要はない。

本考案は、例として、および好ましい実施形態に関して記載されているが、本考案は開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。それとは反対に、当業者には明らかであるように、様々な変更および同様の構成をカバーすることが意図されている。したがって、添付の実用新案請求の範囲は、そのような修正および同様の構成をすべて包含するように、最も広い解釈に従うべきである。

１０・・・マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）
１１・・・制御スイッチ
１２・・・ドライバモジュール
１３・・・電圧取得部
１４・・・温度取得部
１５・・・電力線通信（ＰＬＣ）モジュール
１６・・・ＤＣ／ＤＣ変換部
２０・・・太陽光発電（ＰＶ）モジュール
３０・・・システム端末
４０・・・復調器
５０・・・電流取得部
６０・・・電力供給部

Claims

制御スイッチ（１１）と、
複数の入力／出力端子（Ｉ／Ｏ端子）を有するマイクロコントロールユニット（１０）と、
前記マイクロコントロールユニット（１０）の前記Ｉ／Ｏ端子の１つと前記制御スイッチ（１１）との間に接続されたドライバモジュール（１２）と、
前記マイクロコントロールユニット（１０）の前記Ｉ／Ｏ端子の１つに接続された１組の入力端子および出力端子を有する電圧取得部（１３）と、
前記マイクロコントロールユニット（１０）の前記Ｉ／Ｏ端子の１つに接続された温度出力端子を有する温度取得部（１４）と、
電力線接続端子と、前記マイクロコントロールユニット（１０）の前記Ｉ／Ｏ端子の１つに接続されている前記情報送信端末とを有する電力線通信（ＰＬＣ）モジュール（１５）とを含むことを特徴とする太陽光発電モジュールの監視・停止装置。
前記制御スイッチ（１１）は、正出力端子と負出力端子とを有し、
前記電圧取得部（１３）のひと組の入力端子は、前記制御スイッチ（１１）の前記正出力端子および前記負出力端子に接続され、
前記ＰＬＣモジュール（１５）の前記電力線接続端子は、前記制御スイッチ（１１）の前記正出力端子および前記負出力端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの監視・停止装置。
前記制御スイッチ（１１）は、前記ドライバモジュール（１２）に接続された制御端子を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの監視・停止装置。
前記制御スイッチ（１１）は、それぞれの前記ＰＶモジュール（２０）の正出力端子および負出力端子に、それぞれ接続された前記正入力端子および前記負入力端子を有し、
前記ＰＬＣモジュール（１５）は、それぞれの前記ＰＶモジュール（２０）を介して他のＰＶモジュール（２０）と直列に接続されて電力直列回路を形成し、前記電力直列回路は、システム端末（３０）にさらに接続された復調器（４０）に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュールの監視・停止装置。
前記復調器（４０）は、前記電力直列回路に接続された電流取得部（５０）に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュールの監視・停止装置。
前記マイクロコントロールユニット（１０）は、ＤＣ／ＤＣ変換部（１６）が接続され、前記ＤＣ／ＤＣ変換部（１６）モジュール電源接続端子と電源出力端子とを有し、前記電源出力端子は前記マイクロコントロールユニット（１０）に接続されていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５の何れかの請求項に記載の太陽電池モジュールの監視・停止装置。