JP3237563U - 汚れ検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光発電パネルの汚れレベルを検出する汚れ検出装置を提供する。【解決手段】太陽光発電パネル２２を含む装置であって、太陽光発電パネルに入射した光に応じて、太陽光発電パネルの汚れレベルに応じて電気出力を発生させるように動作可能であり、入射した光の放射照度レベルに関連する放射照度信号を生成するように動作可能な日射計２４を含む。日射計は、太陽光発電パネルおよび日射計が互いに実質的に同じ太陽放射レベルを受けることができるように、各太陽光発電パネルに対して配置される。所定の動作条件での太陽光発電パネルの理想的な電気出力に関連する放射照度信号から基準出力値を計算するように動作可能な計算手段を含み、さらに、所定の動作条件で太陽光発電パネルの電気出力を測定するように動作可能な測定手段と、比較値を生成するために、所定の動作条件での太陽光発電パネルの測定される電気出力を基準出力値と比較するように動作可能である比較手段とを含む。【選択図】図２

Description

本開示は、汚れ検出装置および方法に関する。

乾燥地および砂漠地帯に設置された太陽光発電（ＰＶ）は、ＰＶパネルの表面に浮遊する埃、砂、およびその他の空気中の粒子が降ってくることで、頻繁に汚れが発生し、その影響を受ける可能性がある。粒子がＰＶ表面に蓄積的に付着し、厚く実質的に不透明な汚れの層を形成する湿度の高い天候では、その影響はさらに悪化する。この状況は、ＰＶプラントの効率を低下させ、結果的に収益性を低下させる深刻な問題であることが判明した。

このように、ＰＶプラントのオペレータは、毎月または隔週のような予め定められた頻度で、ＰＶパネルの定期的な清掃事象を実施し得る。しかしながら、実際の清掃事象の必要性は、気象条件の変化などに基づいて変化する可能性がある。これは、予定されていた清掃事象の最適な動作に悪影響を及ぼし得る。例えば、清掃事象は、パネルが清掃を必要としないときに行われてもよいしもしくは予定されていてもよいし、またはパネルが実際に清掃を必要とするかもしれないときの後に行われてもよい。

この問題を解決し得る１つの方法として、太陽光発電パネルの汚れのレベルを検出することが考えられる。よって、汚れのレベルが特定の汚れの閾値に達した場合など、パネルを清掃する必要がある場合に清掃事象を配置し得る。汚れのレベルを検出するための１つの配置は、２つのＰＶモジュールを設置することである。第１のＰＶパネルを含む第１のＰＶモジュールは、複数のＰＶモジュールを含むものなど、太陽光発電プラントによって経験されるものと実質的に同じ汚れ条件に曝されるように配置されている。第１のＰＶモジュールに実質的に類似する第２のＰＶパネルを含む第２のＰＶモジュールは、第１のＰＶモジュールと実質的に同じ日射を受けるように配置される。第２のＰＶモジュールは、汚れが出力に実質的に影響しないように、クリーンな状態に維持することを目的とする。次に、第１のＰＶモジュールおよび第２のＰＶモジュールの出力を比較して、汚れレベルを推定し得る。

しかしながら、第２のＰＶモジュールを清潔に保つために、定期的かつ頻繁な清掃事象が必要になり得る。あるいは、いくつかの構成では、汚れの測定を実行するときに自動または手動で除去できる汚れの堆積物から第２のＰＶの表面を保護するためにカバーを使用する。しかしながら、そのような構成は、費用がかかり、機械的に複雑であり、誤動作しやすい可能性がある。

本開示の実施例は、上記の問題に対処するか、または少なくとも軽減しようとするものである。

第１の態様では、太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するように動作可能な汚れ検出装置であって、装置は、パネルに入射する光に応答し、太陽光発電パネルの汚れレベルに応じて電気出力を生成するように動作可能な太陽光発電パネルと、日射計に入射する光の放射照度レベルに関連する放射照度信号を生成するように動作可能な日射計であって、日射計は、太陽光発電パネルと日射計とが互いに実質的に同じ太陽放射レベルを受け取ることができるように、太陽光発電パネルに対して配置されている日射計と、所定の動作条件での太陽光発電パネルの理想的な電気出力に関連する放射照度信号から基準出力値を計算するように動作可能である計算手段と、所定の動作条件で太陽光発電パネルの電気出力を測定するように動作可能な測定手段と、比較値を生成するために、所定の動作条件での太陽光発電パネルの測定される電気出力値を基準出力値と比較するように動作可能である比較手段と、比較値が清掃閾値よりも大きい場合に清掃信号を出力するように動作可能な出力手段と、を含む、汚れ検出装置が提供される。

第２の態様では、太陽光発電パネルおよび日射計が互いに実質的に同じ太陽放射レベルを受け取ることができるように、太陽光発電パネルに対して配置された太陽光発電パネルおよび日射計を含む、汚れ検出装置を用いて太陽光発電パネルの汚れレベルを検出する汚れ検出方法であって、方法は、太陽光発電パネルにより、パネルに入射する光に応答して、太陽光発電パネルの汚れレベルに応じて、電気出力を生成することと、日射計により、日射計に入射する光の放射照度レベルに関連する放射照度信号を生成することと、所定の動作条件での太陽光発電パネルの理想的な電気出力に関連する放射照度信号から基準出力値を計算することと、所定の動作条件での太陽光発電パネルの電気出力を測定することと、所定の動作条件での太陽光発電パネルの測定される電気出力を基準出力値と比較して、比較値を生成することと、比較値が清掃閾値よりも大きい場合に清掃信号を出力することと、を含む、方法が提供される。

他の態様および特徴は、添付の特許請求の範囲で定義されている。

本開示の実施例は、太陽光発電パネルおよび日射計を使用して、汚れレベルを検出し得る。例えば、１枚の太陽光発電パネルを使用することで、コストが削減され、測定の柔軟性および信頼性が向上し得る。さらに、本開示の実施例は、汚れの検出が行われるために、基準ＰＶパネルを清浄に保つための機構を使用する必要性または清掃する必要性を低減するのに役立ち得る。例えば、本開示の実施例のＰＶパネルの清掃の必要性は、実質的にきれいなＰＶパネルの場合に発生し得る出力に対応し得る予想出力が、日射計によって測定される放射照度から計算された基準出力値から予測され得るので、低減され得る。

例えば、ＰＶパネルの測定される電気出力を、日射計によって生成された放射照度信号に基づく基準出力値と比較することにより、汚れのレベルの指標を得ることができる。例えば、比較値が清掃閾値より大きい場合、次いで洗浄信号が出力される。例えば、洗浄信号は、ＰＶパネル、したがって装置が配置されているＰＶプラント内の他のＰＶパネルが清掃を必要とする可能性があることを示し得る。したがって、例えば、検出された汚れのレベルに応じて、清掃事象を適切にスケジュールすることができ、したがって、基準ＰＶパネルを清掃する必要性を低減または除去しながら、清掃事象の効率を改善し得る。さらに、本開示の実施例は、提案されたＰＶプラントの場所の適合性が、例えば、その場所で測定される汚れのレベルに基づいて、より容易に決定されることを可能にし得る。

本開示の例示的な実施例は、現在、添付の図面を参照して例示的にのみ記載され、ここでは、同様の参照は、同様の部分を参照する。

２つの太陽光発電パネルを使用して汚れを測定するための配置の概略図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置の概略図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置の概略回路図である。 結晶シリコン太陽光発電パネルの汚れの概略図である。 薄膜太陽光発電パネルの汚れの概略図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置で使用されるマイクロコントローラの概略ピン配置図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置のマイクロコントローラをプログラミングするための装置の概略図である。 本開示の実施例による、マイクロコントローラに電力を提供するための電圧調整回路の概略回路図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置で使用される電圧調整器の概略ピン配置図である。 本開示の実施例による汚れ検出装置で使用される日射計とシャント抵抗器の接続レイアウトの概略図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置で使用されるマイクロコントローラからの出力信号経路の概略図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置で使用される光センサへの電圧調整回路の接続の概略回路図である。 本開示の実施例による、汚れ検出装置を使用して太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するための方法のフローチャートである。 本開示の実施例による、シャント抵抗器の両端の電圧を測定することによって太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するための方法のフローチャートである。 本開示の実施例による、シャント抵抗器の両端の電圧を測定することによって太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するための方法のフローチャートである。

汚れ検出装置および汚れ検出方法が開示される。以下の説明では、本開示の実施例の完全な理解を提供するために、いくつかの具体的な詳細が提示されている。しかし、本開示の例を実施するためにこれらの特定の詳細を採用する必要がないことは、当業者には理解されよう。逆に、当業者に知られている特定の詳細は、実施例を提示する際の明確さのために省略されている。

図１は、２つの太陽光発電パネルを使用して汚れを測定するための構成の概略図である。上記のように、汚れを検出するための以前の構成は、汚れレベルを検出するために２つの太陽光発電パネルを使用し得る。以前の構成は、第１の太陽光発電モジュール１０および第２の太陽光発電モジュール１２を含む。第１のＰＶモジュール１０は第１のＰＶパネルを含み、第２のＰＶモジュール１２は第２のＰＶパネルを含む。第１のＰＶパネルは、複数のＰＶモジュールを含むものなど、太陽光発電プラントによって経験されるものと実質的に同じ汚れ条件に曝されるように配置されている。第２のＰＶモジュール１２は、第１のＰＶモジュール１０に実質的に類似し、第１のＰＶモジュール１０と実質的に同じ日射を受けるように配置される。第２のＰＶモジュール１２は、汚れが出力に実質的に影響しないように、クリーンな状態に維持することを目的とする。次に、第１のＰＶモジュール１０および第２のＰＶモジュール１２の出力を比較して、汚れレベルを推定し得る。ただし、上記のように、第２のＰＶモジュールを清潔に保つために、定期的かつ頻繁な清掃事象が必要になり得る。あるいは、いくつかの構成では、汚れの測定を実行するときに自動または手動で除去できる汚れの堆積物から第２のＰＶの表面を保護するためにカバーを使用する。しかしながら、そのような構成は、費用がかかり、機械的に複雑であり、誤動作しやすい可能性がある。また、湿度の高い乾燥した砂漠地帯で、常にＰＶパネルをきれいに保つことは、大きな負担になり得る。

図２は、本開示の実施例による汚れ検出装置２０の概略図である。実施例では、太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するために動作可能な汚れ検出装置２０。実施例では、装置は、太陽光発電パネル２２に入射する光に応答して、太陽光発電パネル２２の汚れのレベルに依存して電気出力を生成するために動作可能な太陽光発電パネル２２を含む。

実施例では、ＰＶパネル２２は薄膜ＰＶパネルである。実施例では、ＰＶパネル２２は、Ｆｉｒｓｔ Ｓｏｌａｒによって製造されたモデルの薄膜ＣｄＴｅＰＶパネルである。しかし、多結晶シリコンパネルのような他のタイプのＰＶパネルを使用することができることが理解されよう。実施例では、装置はまた、日射計２４に入射する光の放射照度レベルに関連する放射照度信号を生成するように動作可能な日射計２４を含む。太陽放射照度の測定には、一般的に日射計が使用される。典型的な日射計は、半球状のガラスドームを含む白い金属製のハウジングを含み、その下に黒い金属吸収体が配置され、ドームに入射する太陽放射照度によって加熱され得る。通常、サーモパイル日射計は熱電対を含み、電圧を生成するために、吸収体と金属ハウジングとの間の温度差が測定される。電圧は一般的に日射量の値に比例する。別の言い方をすれば、例えば、日射計は、一般的に熱差の測定によって動作してもよい。そのため、ＰＶ基準電池を含む放射照度検出器を使用した場合のような頻繁な清掃の必要性が少なくなる可能性があり得る。

実施例では、日射計２４は、０～１Ｖの範囲の典型的な出力電圧を有するＫＩＰＰＰ＆ＺＯＮＮＥＮの日射計のモデル番号ＣＭＰ１０を含む。より一般的には、実施例では、日射計はサーモパイル日射計を含む。しかしながら、他の適切な日射計が使用されてもよいことが理解されよう。

実施例では、日射計２４は、太陽光発電パネル２２および日射計２４が互いに実質的に同じ太陽放射レベルを受ける得るように、太陽光発電パネル２２に対して配置される。例えば、ＰＶパネル２２および日射計２４は、互いに実質的に同じ角度および向きを有し、汚れ検出装置２０が適切な場所に配備されたときに、それらが互いに日射から遮らないように配置され得る。

実施例では、装置２０は、ＰＶパネル２２および日射計２４を支持することができるように、基部と、基部に取り付けられた支柱２８とを含む。実施例では、ＰＶパネル２２は、支柱２８の上に取り付けられる。実施例では、支柱は、Ｘｉａｍｅｎ Ｓｕｎｆｏｒｓｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．、Ｌｔｄによって製造されたモデル番号ＳＦＳ－Ｐ－６０の支柱を含む。実施例では、ＰＶパネル２２は、例えば、Ｘｉａｍｅｎ Ｓｕｎｆｏｒｓｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ． ，Ｌｔｄによって製造された、モデル番号ＳＦＳ－ＭＤ－０１のようなＰＶホルダーを使用して、支柱２８に取り付けられる。しかしながら、他の適切な支柱およびＰＶホルダーが使用され得ることが理解されよう。

実施例では、装置２０は、支柱３０から離れるようにアーム３０の第１の端部３０ａで支柱２８に取り付けられるアーム３０を含む。実施例では、日射計２４は、ＰＶパネル２２と実質的に同じ角度および向きを有するように、アーム３０の第２の端部３０ｂに取り付けられる。

実施例では、装置２０は、基部２６とＰＶパネル２２との間の支柱２８に取り付けられた回路筐体３２を含む。実施例では、回路筐体３２は、以下でより詳細に説明するように、ＰＶパネル２２の汚れレベルを測定するための回路を収容する。実施例には、回路筐体３２は、Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｂ＆Ｊ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏ． ， Ｌｔｄで製造されたモデル番号２５２０／１５０である筐体を含み、ＩＰ６６環境保護レベルを有する。実施例では、回路筐体３２は、周囲の環境から回路を保護することができ、誤動作のリスクを低減するのに役立つように、少なくともＩＰ５４の環境保護レベルを有する。しかしながら、他の適切な筐体が、装置２０の回路を収容するために使用され得ることが理解されよう。

実施例では、装置２０は、基部２６に取り付けられたバッテリ筐体３４を含む。実施例では、バッテリ筐体３４は、装置２０の出力信号回路に電力を供給するためのバッテリを収容する。実施例では、バッテリは、装置２０の測定回路に電力を供給するために使用され得る。実施例では、バッテリ筐体３４は、他の適切なバッテリ筐体が使用され得ることが理解されるであろうが、ＮＯＣＯ（登録商標）によって製造されたスナップトップ（Ｓｎａｐ－Ｔｏｐ）バッテリボックスのモデル番号ＨＭ３１８ＢＫを含む。実施例では、バッテリ筐体３４は、ＲＩＴＡＲによって製造された１２Ｖ－２６Ａｈ、モデルＤＣ１２－２６などのディープサイクルバルブ調整鉛酸（ＶＲＬＡ）バッテリタイプを含む。しかしながら、他の適切なバッテリが使用されてもよいことが理解されよう。

実施例では、装置２０は、ＰＶプラントの１または複数のＰＶパネルと実質的に同じ汚れを受けるように、電気を発生させるための複数のＰＶパネルを含むＰＶプラントに配置され得る。言い換えると、実施例では、ＰＶプラントは装置２０を含む。言い換えれば、より一般的に実施例では、太陽光発電プラントは、発電するための複数の太陽光発電パネルと、汚れ検出装置２０とを備え、汚れ検出装置は、太陽光発電プラントの１または複数の太陽光発電パネルと実質的に同じ汚れを受けるように、太陽光発電プラントの１または複数の太陽光発電パネルに対して配置される。したがって、装置２０は、ＰＶプラントのＰＶパネルが清掃を必要とするかどうかの表示を提供するのに役立ち得る。

実施例では、装置２０はまた、例えば、ＰＶプラントのための候補地の適合性を評価するために、単独のユニットとして使用されてもよい。

図３は、本開示の実施例による汚れ検出装置２０の概略回路図である。実施例では、汚れ検出装置２０は、ＰＶパネル２２の汚れレベルを測定するための汚れ検出回路を含む。

実施例では、汚れ検出回路は、所定の動作条件における太陽光発電パネルの理想的な電気出力に関連した照度信号から基準出力値を算出するように動作可能な計算手段として機能してもよい。実施例では、汚れ検出回路は、所定の動作条件における太陽光発電パネルの電気出力を測定するように動作可能な測定手段として機能してもよい。実施例では、汚れ検出回路は、比較値を生成するように、所定の動作条件における太陽光発電パネルの電気出力の測定値と基準出力値とを比較するように動作可能な比較手段として機能してもよい。実施例では、汚れ検出回路は、比較値が清掃閾値よりも大きい場合に、清掃信号を出力するように動作可能な出力手段として機能してもよい。

例えば、本開示の汚れ検出装置および方法は、汚れのレベルのより信頼性の高い表示を提供するのに役立ち得る。さらに、例えば、放射照度の測定が例えば熱測定に基づくものであることにより、日射計がＰＶパネルよりも汚れの影響を受けにくくなる可能性があるため、汚れ検出装置の定期的な清掃の必要性または、基準ＰＶパネルをクリーンな状態に維持するための複雑な装置の必要性が低減され得る。

このように、例えば、照度信号から算出される基準出力値は、パネルがクリーンな状態である場合など、ＰＶパネル２２の理想的な動作状態に関連し得る。言い換えれば、例えば、基準出力値は、実質的にクリーンな状態のＰＶパネルの予想される電気出力値に関連する。例えば、所定の動作条件におけるＰＶパネル２２の電気出力の測定値と基準出力値とを比較することにより、例えば、比較値に基づいてＰＶパネル２２の汚れのレベルを示す指標を得ることができる。例えば、比較値が清掃閾値よりも大きい場合には、清掃信号を出力し得る。実施例では、清掃信号はＰＶパネルの清掃が必要であることを示すが、ＰＶパネルの清掃が必要になるまでの将来の推定期間などの他の条件を示し得る。実施例では、清掃信号は、ＰＶパネル２２の汚れのレベルに関連する。したがって、例えば、比較値が清掃閾値より大きいときに清掃信号が出力され得るため、非効率的な頻度の事前にスケジュールされた清掃事象を実行する必要性も低減され得る。さらに、例えば、ＰＶプラントのＰＶパネルが清掃されない限り、ＰＶパネル２２は清掃を必要としないかもしれない。装置２０はまた、例えば、ＰＶプラントの機能不全があるかどうかを決定するのに役立ち得る。例えば、ＰＶプラントの出力が故障閾値を下回り、比較値が清掃閾値を下回る場合、次いでＰＶプラントの故障信号が出力され得る。

実施例では、汚れ検出回路は、ＰＶパネル２２、日射計２４、マイクロコントローラ３６、シャント抵抗器３８、電圧調整器４０、充電コントローラ４２、光センサ４４、バッテリ４６、第１のリレー４８、第２のリレー５０、第３のリレー５２、第４のリレー５４、およびスイッチ５６を含む。実施例では、マイクロコントローラ３６、シャント抵抗３８、電圧調整器４０、充電コントローラ４２、第１のリレー４８、第２のリレー５０、第３のリレー５２、第４のリレー５４、およびスイッチ５６は、回路筐体３２内に収容されている。しかしながら、回路の１または複数の構成要素を収容するための他の配置が使用され得ることが理解されよう。

汚れ検出回路の動作については、後に詳述する。

実施例では、第１のリレー４８、第２のリレー５０、第３のリレー５２、および第４のリレー５４は、マイクロコントローラ３６と電気的に通信可能であるように、マイクロコントローラ３６の出力（Ｏ／Ｐ）ピンに動作可能に接続される。実施例では、第２のリレー５０、第３のリレー５２、および第４のリレー５４は、単極、単投リレーである。しかしながら、他のタイプのリレーを適宜使用することができることは理解されよう。実施例では、第２のリレー５０、第３のリレー５２、および第４のリレー５４は、ＰＶパネル２２の汚れレベルに関連する複数の出力信号を提供するために使用される。実施例では、出力信号は、バッテリ４６からの電流経路５７を介して、それぞれ第１の出力信号５０ａ、第２の出力信号５２ａ、および第３の出力信号５４ａを含む。

実施例では、電圧調整器４０、スイッチ５６、および光センサ４４は、マイクロコントローラ３６に電力を供給できるように、マイクロコントローラ３６に動作可能に接続される。実施例では、マイクロコントローラ３６は内部メモリを含むが、外部メモリが使用され得ることは理解されよう。実施例では、ＰＶは、マイクロコントローラ３６と電気的に通信可能であるように、シャント抵抗器３８および第１のリレー４８を介してマイクロコントローラ３６の入力（Ｉ／Ｐ）ピンに動作可能に接続される。実施例では、ＰＶパネル２２は、例えば、汚れ検出を行わない場合には、バッテリ４６を充電できるように、充電コントローラ４２および第１のリレー４８を介してバッテリ４６に動作可能に接続される。実施例では、日射計２４は、マイクロコントローラ３６と電気的に通信可能であるように、第１のリレー４８を介してマイクロコントローラ３６の入力ピン（Ｉ／Ｐ）に動作可能に結合される。実施例では、第１のリレー４８は、２極２投リレーである。前述したように、汚れ検出回路の構成要素の動作については、後に詳述する。

図４は、結晶シリコン太陽光発電パネルの汚れの概略図で、図５は薄膜太陽光発電パネルの汚れの概略図である。特に、図４は、複数の結晶シリコン太陽電池（ＰＶ電池６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、および６０ｄなど）を含む結晶シリコンＰＶパネル５８を概略的に示す。図４は、２つの電池を閉塞する汚れパッチ６２を概略的に示す。例えば、汚れまたは陰影が、汚れパッチ６２のようなＰＶパネル５８の１または複数のＰＶ電池の全体の領域を閉塞し得る可能性がある。これは、汚れパッチ６２によって閉塞されたいずれかの電池と直列に接続されたいずれかの電池が無効化され得ることを意味する。例えば、そのような電池は、電流をほとんどまたは全く発生させず、汚れのレベルに基づいて、完全にまたは部分的にサービスから外れていると考えられ得る。そのため、結晶シリコンＰＶパネルを基準にした場合、汚れのレベルを検出するのに不正確な結果が得られ得る。

図５は、ＰＶパネル２２の一例を模式的に示す図である。上述したように、実施例では、ＰＶパネル２２は薄膜ＰＶパネルを含む。結晶シリコンＰＶパネルと比較して、薄膜ＰＶパネルは、典型的には、例えば、それぞれがパネルの一方の側から他方の側に向けて、パネルの全長に沿って延びるように、細長い帯状に形成されている複数のＰＶ電池（例えば、ＰＶ電池６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ）を含む。言い換えれば、より一般的な例では、太陽光発電パネル２２は、複数の薄膜太陽電池を含む。図５は、汚れパッチ６２が結晶シリコンパネル５８に対して有するのと実質的に同じパネル２２に対する位置にある汚れパッチ６４の位置を模式的に示す。図５の実施例では、汚れパッチ６４は、図４に示された汚れパッチ６２と実質的に同じ形状およびサイズを有する。しかしながら、実施例のＰＶパネル２２の電池は、パネルの一方の側から他方の側に向かって、パネルの全長に沿って実質的に延びているので、電池の領域全体が、汚れパッチ６４のような汚れパッチによって閉塞される危険性が低減され得る。そのため、薄膜ＰＶパネルの使用は、汚れ測定の信頼性および精度を向上させることに役立ち得る。

図６は、本開示の実施例による汚れ検出装置で使用されるマイクロコントローラの概略的なピン配置図である。特に、図６は、マイクロコントローラ３６のピン配置を示す図である。実施例では、マイクロコントローラ３６は、Ａｔｍｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造された８ビットマイクロコントローラモデルＡｔｍｅｇａ３２ ４０ Ｐｉｎ ＰＤＩＰを含む。しかしながら、他のマイクロコントローラを使用することができたことは理解されよう。ピン３３～４０はアナログ～デジタル変換器に関連する。ピン１０ ＶＣＣ、ピン１１ ＧＮＤ、ピン３１ ＧＮＤは、５ボルト電源などからマイクロコントローラへの電源供給に使用され得る。また、ピン３０ ＡＶＣＣは、５Ｖ電源などの電源に接続されていてもよく、ピン１０ ＶＣＣに電気的に接続されていることが望ましい。ピン１３ ＸＴＡＬ １とピン１２ ＸＴＡＬ２は、内部の反転オシレータアンプに関して、例えば、必要に応じてテストのために外部オシロスコープに接続するために、あるいは、例えば、外部クロック信号として機能するために使用され得る。３２ピン ＡＲＥＦは、ＡＤＣピン３３～４０のアナログ基準ピンとして使用され得、９ピン ＲＥＳＥＴはマイクロコントローラをリセットできるようにし得る。ピン１～７（ＰＢ０～ＰＢ７）、ピン２２～２９（ＰＣ０～ＰＣ７）、およびピン１４～２１（ＰＤ０～ＰＤ７）は、例えば、１または複数の出力信号を提供するため、および／またはマイクロコントローラ３６をプログラミングするための８ビット双方向Ｉ／Ｏ（入力／出力）ポートとして機能し得る。

図７は、本開示の実施例による汚れ検出装置２０のマイクロコントローラ３６をプログラミングするための装置の概略図である。実施例では、マイクロコントローラ３６をプログラミングするための装置は、汎用コンピュータ６６、インターフェース基板６８、およびマイクロコントローラ３６を含む（図７の実施例では、図面の理解を容易にするために、図６のマイクロコントローラ３６のピン配置図の一部を示す）。実施例では、マイクロコントローラ３６のピン６～１１は、適当なケーブルおよびコネクタを介してインターフェース基板６８に動作可能に接続される。電源は、インターフェース基板６８からピン１０ ＶＣＣおよびピン１１ ＧＮＤを介してマイクロコントローラ３６に供給され得る。実施例では、マイクロコントローラが本明細書に記載されているような装置の機能を提供するのに役立つように、適切なプログラミング言語で書かれたプログラムが、コンピュータ６６からインターフェース基板６８を介してマイクロコントローラ３６にロードされ得る。実施例では、プログラミング言語はＣ＋＋であるが、他の適切なプログラミング言語を使用することができ、マイクロコントローラをプログラミングするための他の装置を使用することができることが理解されよう。実施例では、汚れ検出回路は、筐体３２に取り付けられた適当なコネクタを介してインターフェース基板に接続可能なインターフェースポートを含む。したがって、実施例では、例えば、異なる測定時間スケールまたは持続時間が必要とされる場合など、必要に応じて、汚れ検出装置の動作条件を変更または適合させることができる。より一般的には、実施例では、マイクロコントローラは、汚れ検出装置の機能を制御するように外部的にプログラム可能である。これは、汚れの検出を提供するためのより柔軟な測定システムを提供するのに役立ち得る。

実施例では、電力は電圧調整器４０からマイクロコントローラ３６に供給される。図８は、本開示の実施例によるマイクロコントローラに電力を供給するための電圧調整回路の概略回路図である。特に、実施例では、電圧調整器４０は、図８に示されるような電圧調整回路を含む。

実施例では、電圧調整回路は、電圧調整集積回路７０、バッテリ７２、第１のコンデンサ７４、および第２のコンデンサ７６を含む。実施例では、電圧調整集積回路７０は、図９の実施例に模式的に示されるようなピン配置を有する、ＳＴＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ＲＴＭ）によって製造された正電圧調整集積回路（ＩＣ）モデル番号ＬＭ７８０５である。実施例では、バッテリは９ボルトバッテリ、例えばＰＰ３バッテリであり、第１のコンデンサ７４は１０μＦの電解コンデンサであり、第２のコンデンサは、図８に示すように接続された０．１０μＦの電解コンデンサである。しかしながら、他の適切な電圧調整ＩＣ、コンデンサ、およびバッテリが使用され得ることが理解されよう。他の実施例では、バッテリは、適宜、適切な電圧調整を行ったバッテリ４６であってもよい。実施例では、電圧調整回路は、５ボルトの電源を供給できるように、マイクロコントローラ３６のピン１０ ＶＣＣおよびピン１１ ＧＮＤを介してマイクロコントローラ３６に動作可能に接続される。

図１０は、本開示の実施例による汚れ検出装置に使用される日射計とシャント抵抗器の接続レイアウトの概略図である。特に、図１０の実施例は、（図面の理解を容易にするために）シャント抵抗器３８、日射計２４、およびマイクロコントローラピン配置の一部を示す。実施例では、日射計２４の出力電圧を測定できるように、日射計２４は、ピン３１ ＧＮＤおよびピン４０ ＰＡ０（ＡＤＣ０）を介してマイクロコントローラ３６の第１のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）に動作可能に接続される。より一般的には、実施例では、日射計２４の出力電圧は、日射計２４に入射する光の放射照度レベルに関連する放射照度信号であると考えられ得る。

実施例では、シャント抵抗器３８は、マイクロコントローラ３６と電気的に通信できるように、マイクロコントローラ３６に動作可能に接続される。実施例では、シャント抵抗器は、シャント抵抗器３８を横切る電圧を測定できるように、ピン３１ ＧＮＤおよびピン３９ ＰＡ１（ＡＤＣ１）を介して、マイクロコントローラ３６の第２のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）に動作可能に接続される。実施例では、シャント抵抗器３８は、ＣＡＤＤＯＫ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓによるシャント抵抗器モデルＳＲ１０を含み、１Ｗの定格および０．００８Ωの抵抗を有し、１１Ａの最大動作電流を有する。それはまた乾燥した砂漠地帯での使用により適したようにし得る摂氏７０度の温度まで負荷軽減する定格負荷を実質的になしで行う。実施例では、ＰＶパネル２２（例えば、モデルＦＳ－４１１５－３）の最大短絡電流は１．８３Ａである。したがって、例えば、ＰＶパネル２２の短絡電流などのＰＶパネル２２の電気出力は、シャント抵抗３８を用いて測定し、マイクロコントローラ３６の第２のＡＤＣに入力された電圧からオームの法則を介して算出され得る。しかしながら、他のシャント抵抗器およびＰＶパネルを使用することができ、ＰＶパネル２２の電気出力を、電流計または電圧計などの他の適切な方法で測定することができることが理解されよう。

より一般的な実施例では、汚れ検出装置は、太陽光発電パネル２２の出力端子間に接続可能に配置されたシャント抵抗器３８を含み、測定手段（例えば、マイクロコントローラ３６）は、シャント抵抗器３８を横切る接続によって短絡電流を測定するように動作可能である。言い換えれば、実施例では、所定の動作条件は、太陽光発電パネル２２の短絡電流である。他の実施例では、所定の動作条件は、ＰＶパネル２２の電流電圧曲線上の位置であって、ＰＶパネル２２が最大電力を出力するように動作可能な位置である。しかしながら、これは、ＰＶパネル２２の動作温度によって異なる場合があり、所定の動作条件を設定するために、より複雑な回路を必要とする場合がある。実施例では、ＰＶパネル２２の短絡電流は、太陽放射照度に実質的に正比例しており、太陽電池温度の変動は一般に取るに足らないものである。例えば、本開示の実施例で使用されるＰＶパネル２２（ＦＳ－４１１５－３）では、２５℃での標準試験条件での短絡電流と比較して、短絡電流が０．０４％／℃変化してもよい。比較例では、ＰＶパネルＦＳ４１１３－３からの最大出力は、２５℃での標準試験条件と比較して、０．２８％／℃変化し得る。一般的に、他の太陽光発電パネルおよびモジュールは、短絡電流および最大電力の温度依存性の傾向が類似する。したがって、例えば、短絡電流の測定は、汚れのレベルをより正確に示すとともに、汚れのレベルを検出するために必要な回路を簡素化するのに役立ち得る。

実施例では、パネル２２の汚れレベルに関連するＰＶパネル２２の測定される短絡電流は、放射照度信号に基づいて日射計２４の出力から計算されたＰＶパネル２２の予想される短絡電流と比較される。より一般的には、上述したように、実施例では、汚れ検出装置は、比較値を生成するように、ＰＶパネル２２の短絡電流などの所定の動作条件における太陽光発電パネルの測定される電気出力を、例えば、日射計２４からの基準出力値と比較するように動作可能である。実施例では、比較値は、後に詳述するように、汚れレベルに関係する清掃信号または他の信号を出力してもよいかどうかを判断するために用いられ得る。

図１１は、本開示の実施例による汚れ検出装置に使用されるマイクロコントローラからの出力信号経路の概略図である。図１１に示す実施例では、マイクロコントローラのピン１ ＰＢ０（ＸＣＫ／Ｔ０）およびピン１１ ＧＮＤは、例えば、比較値に基づくマイクロコントローラ３６の論理レベルに依存して、第１の論理信号を出力するように動作可能である。実施例では、第１の論理信号は、０Ｖまたは５Ｖであるが、他の適切な論理信号を使用することができることが理解されよう。実施例では、マイクロコントローラ３６のピン１および１１は、第１の出力信号５０ａが生成されるように、第２のリレー５０ａに動作可能に接続され得る。実施例では、第１の出力信号５０ａは、比較値が清掃閾値よりも大きい場合に出力されるように動作可能である。

実施例では、例えば、マイクロコントローラのピン２ ＰＢ１（Ｔ１）およびピン１１ ＧＮＤは、比較値に基づくマイクロコントローラ３６の論理レベルに依存して、第２の論理信号を出力するように動作可能である。実施例では、第２の論理信号は、０Ｖまたは５Ｖであるが、他の適切な論理信号を使用することができることが理解されよう。実施例では、マイクロコントローラ３６のピン２および１１は、第２の出力信号５２ａが生成されるように、第３のリレー５２に動作可能に接続され得る。実施例では、第２の出力信号５２ａは、例えば清掃事象が間もなく必要になり得ることを示す警告信号である。実施例では、比較値が警告閾値と清掃閾値との間にある場合に警告信号を出力するように動作可能である。実施例では、警告閾値は清掃閾値よりも低い。他の実施例では、警告信号を省略し、第３のリレー５２を使用しないようにし得る。

実施例では、マイクロコントローラのピン３ ＰＢ２（ＡＩＮ０／ＩＮＴ２）およびピン１１ ＧＮＤは、例えば、比較値に基づくマイクロコントローラ３６の論理レベルに依存して、第３の論理信号を出力するように動作可能である。実施例では、第３の論理信号は、０Ｖまたは５Ｖであるが、他の適切な論理信号を使用することができることが理解されよう。実施例では、マイクロコントローラ３６のピン３および１１は、第３の出力信号５４ａが生成されるように、第４のリレー５４に動作可能に接続され得る。実施例では、第３の出力信号５４ａは、比較値が清掃閾値以下の場合に出力されるように動作可能である。実施例では、第３の出力信号５４ａは、例えば、太陽光発電パネルが清掃を必要としないことを示す休止信号である。警告信号が実装されている実施例では、比較値が清掃閾値未満である場合に第３の出力信号５４ａを出力するとともに、警告閾値未満である場合にも第３の出力信号５４ａを出力する。したがって、例えば、休止信号は、ＰＶプラントのオペレータが、清掃事象がスケジューリングを必要としないと判断することを可能にし、それにより清掃事象のタイミングの効率を向上させるのに役立ち得る。

ピン１、２、３、および１１は、それぞれ第１、第２、および第３の出力信号５０ａ、５２ａ、および５４ａを参照して記載されているが、マイクロコントローラの他の適切なピンが使用され得ることが理解されよう。休止信号、清掃信号、および警告信号は、他の好適な方法で生成されてもよいことも理解されよう。さらに、実施例では、第１の出力信号５０ａ、第２の出力信号５２ａ、および第３の出力信号５４ａのうちの１または複数が、バッテリと、ランプなどの信号要素またはラウドスピーカーもしくはバッテリ４６を備えた電流経路５７を介した圧電ブザーなどの音声出力要素との間に電流経路を形成するのに使用され得る。

図１２は、本開示の実施例による汚れ検出装置２０に使用される光センサ４４への電圧調整回路の接続を示す概略回路図である。上述したように、実施例では、汚れ検出装置は、光センサ４４を含む。実施例では、光センサ４４は、光センサ４４に入射する光の照度を検出するように動作可能である。実施例では、装置２０は、照度が閾値照度よりも大きい場合に、汚れレベルの検出を実行するように動作可能である。実施例では、光センサ４４は、光センサスイッチ、ＡｔｏｐｌｅｅのモデルＡＳ－２０を含む。実施例では、閾値照度は、例えば日中に汚れ検出が行われるようなものであり得る。

実施例では、汚れ検出回路は、スイッチ５６を含む。実施例では、スイッチ５６は、他の配線構成が可能であることが理解されるであろうが、電圧調整器４０と光センサ４４との間に動作可能に接続される。実施例では、スイッチ５６は、ユーザの指示により汚れ検出サイクルが実行されるように、手動によるオーバーライドを提供するように動作可能である。実施例では、スイッチ５６は、Ｃａｒｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されるＳＴシリーズのトグルスイッチのようなトグルスイッチを含む。しかしながら、いずれの適切なタイプのスイッチが使用され得ることが理解されよう。実施例では、スイッチ５６は、汚れ検出測定の手動起動または非起動を可能にする。図１２に示されるように、実施例では、電圧調整器４０は、マイクロコントローラ３６に電力を供給できるように、光センサ４４およびスイッチ５６を介して、マイクロコントローラ３６と電気的に接続され得る（例えば、ピン１０ ＶＣＣおよびピン３０ ＡＶＣＣへの接続）。しかしながら、マイクロコントローラ３６に電力を供給できるようにするための他の適切な接続配置を使用することができる。

上述したように、実施例では、バッテリ４６は、装置に電力を供給することができるように配置される。実施例では、太陽光発電パネル２２は、バッテリ４６を充電できるように、バッテリ４６と電気的に接続され得る。実施例では、ＰＶパネル２２は、バッテリ４６を充電できるように、充電コントローラ４２を介してバッテリ４６に動作可能に接続される。実施例では、充電コントローラ４２は、例えば、ＰＶパネル２２からバッテリ４６への充電レートを制御することにより、バッテリ４６の充電ステアを制御するために動作可能である。実施例では、充電コントローラは、Ｌｕｍｉａｘによって製造される１２Ｖ－３ＡモデルＳｔａｒ０３を使用しているが、他のタイプの充電コントローラを使用することも可能である。実施例では、汚れ検出回路は、例えばマイクロコントローラによって生成された汚れ検出制御信号に依存して汚れ検出を行うように動作可能である。実施例では、電力は、例えば、適切な電圧調整回路を使用して、バッテリ４６からマイクロコントローラ３６に供給されてもよい。しかしながら、他の実施例では、マイクロコントローラは、９Ｖバッテリなどの任意の他の適切な電源、または調整された主電源から供給されてもよい。しかしながら、１または複数のバッテリを使用することにより、装置２０は、外部の支持インフラストラクチャを使用せずに遠隔地で動作することができ得る。

実施例では、ＰＶパネル２２は、汚れ検出が行われていない場合には、バッテリ４６を充電するために動作可能である。実施例では、後にさらに詳細に説明するように、実質的に一定の間隔で汚れ検出サイクルが実行される。言い換えれば、より一般的な実施例では、装置２０は、ＰＶパネル２２の汚れレベルを検出するように、所定の時間間隔で太陽光発電パネルの電気出力を測定するために動作可能である。実施例では、装置２０は、太陽光発電パネル２２の電気出力を所定の期間測定するために動作可能である。

上述したように、実施例では、汚れ検出回路は、日射計２４、マイクロコントローラ３６、ＰＶパネル２２および充電コントローラ４２に動作可能に接続された第１のリレー４８を含む。実施例では、第１のリレー４８は、Ｐａｎａｓｏｎｉｃによって製造される５Ｖ、８ピンリレー、モデル番号ＪＷ２ＳＮ－ＤＣ５Ｖなどの２極２投（ＤＰＤＴ）リレーである。しかしながら、他のタイプのリレーを使用することができることは理解されよう。実施例では、第１のリレー４８は、一対のコイル端子を含むコイルと、第１組のリレー接点と、第２組のリレー接点とを含む。実施例では、リレー接点の第１組は、第１の共通端子と、第１の通常開放端子と、第１の通常閉鎖端子とを含み、コイルが通電されているか否か（コイルを流れる電流）に応じて、第１の共通端子と第１の開放端子または第１の通常閉鎖端子との間に電流が流れ得る。実施例では、リレー接点の第２組は、第２の共通端子と、第２の通常開放端子と、第２の通常閉鎖端子とを含み、コイルが活動されているか否か（コイルを流れる電流）に応じて、第２の共通端子と第２の開放端子または第２の通常閉鎖端子との間に電流が流れ得る。言い換えれば、例えば、第１のリレー４８は、２極２投リレーとして動作してもよい。

実施例では、マイクロコントローラ３６は、第１のリレー４８を切り替えることができるようにコイルを通電することができるようにコイルに動作可能に接続される。実施例では、汚れ検出制御信号はリレー制御信号を含む。実施例では、コイル端子は、例えばマイクロコントローラ３６からのＳＶ出力信号などのリレー制御信号によってコイルに通電し、汚れ検出装置が汚れ検出を行ったり、汚れ検出測定を制御したりすることができるように、ピン１１ ＧＮＤおよびピン４ ＰＢ３（ＡＩＮ１／ＯＣ０）に動作可能に接続されている。

実施例では、第１の共通端子は、ＰＶパネル２２の電気端子に電気的に接続され、シャント抵抗器３８は、コイルが通電されたときに、例えばマイクロコントローラが出力するリレー制御信号に応答して、シャント抵抗器３８を介して電流が流れるように、第１の通常開放端子に電気的に接続される。実施例では、第１リレー４８のコイルが通電されたとき、例えばマイクロコントローラ３６のリレー制御信号に応答して日射計２４がマイクロコントローラ３６と電気的に接続されていてもよいように、日射計２４は、第２の共通端子および第２の通常開放端子を介して、図１０の実施例のマイクロコントローラ３６のピン４０およびピン３１に動作可能に接続される。実施例では、第１の通常閉鎖端子は、コイルが通電されていないとき、例えば汚れ検出が行われていないときにバッテリ４６が充電されるように、充電コントローラ４２に動作可能に接続される。実施例では、第２の通常閉鎖端子は接続されていない。言い換えれば、実施例では、リレー制御信号に依存して汚れ検出回路が汚れ検出を行うように動作可能である。

他の実施例では、日射計２４およびシャント抵抗器３８は、コイルが通電されたときにバッテリ４６を充電できるように、リレー４８の通常閉鎖端子に動作可能に接続され、充電コントローラ４２は通常開放端子に接続され得る。しかしながら、他の接続方法を使用することができることは理解されよう。

他の実施例では、充電コントローラ４２への接続が省略され、バッテリ４６の充電に使用される他の配置が使用され得る。さらに、バッテリ４６は、出力信号５０ａ、５２ａ、および５４ａのようなマイクロコントローラ３６からの出力信号に対して適切な修正を加えて省略され得るができることが理解されよう。

ここで、図１３、図１４Ａ、および図１４Ｂを参照して、汚れ検出装置の動作方法の実施例を説明する。図１３は、本開示の実施例による汚れ検出装置を用いた太陽光発電パネルの汚れレベル検出方法のフローチャートである。実施例では、太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するための汚れ検出方法は、汚れ検出装置２０を用いて行われる。上述したように、実施例では、汚れ検出は、太陽光発電パネル２２と、太陽光発電パネル２２対して配置された日射計２４とを含み、その結果、光起電パネル２２および日射計２４は、互いに実質的に同じ太陽放射レベルを受け得る。

工程ｓ１００では、ＰＶパネル２２に入射する光に応答して、ＰＶパネル２２の汚れレベルに依存して、太陽光発電パネル２２によって電気出力が生成される。実施例では、電気出力は、例えば、シャント抵抗器３８によって測定可能であってもよい太陽光発電電流である。しかし、他の実施例では、電気出力は、例えば、電力＝電圧×電流の式を使用して、測定される出力電圧および測定される出力電流から決定されるように、ＰＶパネルによって生成された電力であり得る。しかしながら、ＰＶパネル２２の電気出力の他の形態の電流、電圧、電力を測定するための他の技術が使用されてもよいことが理解されよう。

工程ｓ１０２では、日射計２４は、日射計２４に入射する光の照度レベルに関係する照度信号を生成する。例えば、放射照度信号は、日射計２４に入射する太陽放射のレベルに関連し得る。

工程ｓ１０４では、他の技術を使用してもよいが、基準出力値は、例えば、マイクロコントローラ３６によって、照度信号から計算される。実施例では、基準出力値は、所定の動作条件における太陽光発電パネル２２の理想的な電気出力に関するものである。実施例では、所定の動作条件は、ＰＶパネル２２の短絡電流である。実施例では、理想的な電気出力は、ＰＶパネルが実質的にクリーンな状態（例えば、実質的に汚れがない状態）にあるときにＰＶパネル２２に対して得られると予想されるＰＶパネル２２の短絡電流である。しかしながら、ＰＶパネルの最大電力が得られ得るＰＶパネル２２のバイアス位置のような他の所定の動作条件が使用され得ることが理解されよう。上述したように、短絡電流を所定の動作条件とすることで、回路の複雑さを低減し、基準出力値の温度依存性を低減するのに役立ち得る。

工程ｓ１０６では、所定の動作条件における太陽光発電パネル２２の電気出力が、例えば、マイクロコントローラ３６のＡＤＣによって、シャント抵抗３８を横切る電圧を測定することによって測定される。しかしながら、所定の動作条件におけるＰＶパネルの電気出力を測定するための他の技術が、例えば、最大電力が測定される場合に使用され得ることが理解されよう。

工程ｓ１０８では、比較値を生成するように、所定の動作条件における太陽光発電パネル２２の電気出力の測定値を基準出力値と比較する。実施例では、マイクロコントローラ３６は、比較値を生成するように、測定される電気出力を基準出力値と比較するように動作可能である。しかしながら、コンパレータ回路のような他の適切な配置が使用され得ることが理解されよう。

工程ｓ１１０では、比較値が清掃閾値超であるか否かを判定する。実施例では、マイクロコントローラ３６は、比較値が清掃閾値超であるかどうかを判断するために動作可能であるが、他の技術および回路または装置が使用され得ることが理解されよう。実施例では、清掃閾値は、例えば、図７を参照して上述した装置を用いて、マイクロコントローラを適切にプログラミングすることによって設定され得る。

比較値が清掃閾値超の場合には、次いで工程ｓ１１２で清掃出力信号、例えば対応する出力信号５０ａを出力する。言い換えれば、例えば、比較値が清掃閾値超の場合に清掃信号を出力する。例えば、清掃信号は、太陽光発電パネルが清掃を必要としていることを示すものであってもよい。しかしながら、比較値が清掃比較値よりも小さい場合、または比較値以下である場合には、工程ｓ１１４において、休止信号、例えば出力信号５４ａに対応する信号が出力される。上述したように、いくつかの実施例では、図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して以下にさらに詳細に説明するように、適切な場合には警告信号を出力することもできる。

図１４Ａおよび１４Ｂは、本開示の実施例に従って、シャント抵抗器３８を横切る電圧を測定することによって、太陽電池パネル２２の汚れレベルを検出する方法のフローチャートである。図１４Ａおよび図１４Ｂのフローチャートは、本開示の実施例のＰＶパネル２２の汚れレベルを測定するための同じ手順フローチャートの一部として一緒に考えられるべきである。しかしながら、フローチャートをわかりやすく、明確に、およびスペースを確保するために、２枚の描画シートを使用する。図１４Ａおよび図１４Ｂでは、丸で囲った文字Ａ、Ｂ、およびＣは、フローチャートが同じようなフローをリンクするような文字でページ間を結合する場所を示す。例えば、図１４Ｂの丸印Ａは、図１４Ａの丸印Ａにリンクしている。図１４Ａおよび１４Ｂの実施例では、方法はマイクロプロセッサ３６の制御下で実行されるが、方法を実施する他の方法が使用されてもよいことが理解されよう。

工程ｓ２００では、オートライトスイッチセンサがオンであるか否かを判定する。実施例では、オートライトスイッチセンサは、ライトセンサ４４を含む。例えば、光センサ４４に入射する光の照度が閾値照度よりも大きい場合には、次いでオートライトスイッチセンサがオンであると判断される。例えば、閾値照度レベルは、装置２０が配置されているサイトで日中に一般的に見られる照度の最小レベルに対応し得る。言い換えれば、例えば、汚れの検出は、昼間に行われ、夜間には行われないように配置され得る。

例えば、光センサ４４に入射する光が閾値照度レベルよりも小さいために、オートライトスイッチセンサがオフであると判断された場合には、次いで工程ｓ２０２で待機期間が開始される。待機期間の終了後、手順は工程ｓ２００に進む。実施例では、方法工程ｓ２０２が工程ｓ２００に進むかどうかは、スイッチ５６のスイッチ状態に依存する。例えば、スイッチ５６が閉じている場合、工程ｓ２０２は工程ｓ２００に進み得る。しかしながら、例えばスイッチ５６が開いている場合、次いで処理は停止し、方法工程ｓ２０２は、例えば、スイッチを使用するオペレータによる汚れ検出測定の手動オーバーライドのために、工程ｓ２００に進まない。他の実施例では、スイッチ５６は、工程ｓ２００およびｓ２０２が実行されないように、オートライトスイッチセンサをバイパスするために使用され得る。これは、汚れ検出測定が発生したときに、例えば、光センサ４４のバイパスが発生したときに実行できるように、オペレータが手動でオーバーライドしたい場合に発生し得る。

実施例では、待機期間は、１０分、２０分、３０分などの所定の期間に対応することができるが、任意の期間を使用することができる。他の実施例では、待機期間は１０秒未満であるため、例えば、閾値照度レベルを超えたときに汚れ検出測定を適時に実行し得る。

例えば、工程ｓ２００でオートライトスイッチセンサがオンであると判定された場合、工程ｓ２０４で、第１の時間パラメータＴ１が設定される。実施例では、Ｔ１は範囲１≦Ｔ１≦３０の整数であり、Ｔ１は分単位で測定される（例：Ｔ１＝１→３０分）。Ｔ１は最初はＴ１＝１に設定されているが、その後Ｔ１＝Ｔ１’にすることで繰り返し増加でき、ここで、Ｔ１’の値は、後で説明するように、増分工程（工程ｓ２３８）で以下に定義される。

工程ｓ２０６では、第２の時間パラメータＴ２が設定される。実施例では、Ｔ２は範囲１０≦Ｔ２≦６０の整数であり、Ｔ２は秒単位で測定される（例：Ｔ２＝１０→６０秒）。Ｔ２は最初はＴ２＝１０に設定されているが、その後Ｔ２＝Ｔ２’にすることで繰り返し増加でき、ここで、Ｔ２’の値は、後で説明するように、増分工程（工程ｓ２３２）で以下に定義される。

工程ｓ２０８では、第３の時間パラメータＴ３が設定される。実施例では、Ｔ３は範囲１≦Ｔ２≦１０の整数であり、Ｔ３は秒単位で測定される（例：Ｔ３＝１→１０秒）。Ｔ３は最初はＴ３＝１に設定されているが、その後Ｔ３＝Ｔ３’にすることで繰り返し増加でき、ここで、Ｔ３’の値は、後で説明するように、増分工程（工程ｓ２２６）で以下に定義される。

工程ｓ２０４、ｓ２０６、およびｓ２０８のうちの１または複数は、それらが説明される順序で実行され得るか、またはこれらの工程のうちの２つ以上は、並行して実行され得る。さらに、Ｔ１、Ｔ１’、Ｔ２、Ｔ２’、Ｔ３およびＴ３’のうちの１または複数は、他の任意の数（例えば、整数、実数、複素数、有理数、または非合理数）であり得、それらの値のための他の範囲が使用され得ることが理解されよう。また、上記以外の異なる初期化値を設定することも可能であることが理解されよう。

工程ｓ２１０では、シャント抵抗器３８のアナログ電圧が、例えばマイクロコントローラ３６の第１のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）への入力によって、第１のアナログ信号を生成するように測定される。言い換えれば、例えば、シャント抵抗器３８を流れる電流を決定するために、シャント抵抗器３８の横切るのアナログ電圧を測定し得る。

工程ｓ２１２では、第１のアナログ信号は、マイクロコントローラ３６の第１のＡＤＣによって第１のデジタル信号に変換される。

工程ｓ２１４では、マイクロコントローラ３６は、例えばＰＶパネルの汚れレベルに関連するＰＶパネル２２の短絡電流値（ａ）を計算するように、第１のデジタル信号にシャント抵抗器係数を乗算してもよい。例えば、短絡電流値は、オームの法則を用いてシャント抵抗器３８を横切る電圧の測定値から算出してもよい。実施例では、シャント抵抗器３８の抵抗は、０．００８オームであるが、他の適切な値を使用することができる。

工程ｓ２１６では、日射計２４のアナログ電圧が、例えばマイクロコントローラ３６の第２のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）への入力によって、第２のアナログ信号を生成するように測定される。言い換えれば、例えば、日射計２４によって生成されたアナログ電圧を測定して、日射計２４の放射照度レベルを決定することができる。

工程ｓ２１８では、第２のアナログ信号は、マイクロコントローラ３６の第２のＡＤＣによって第２のデジタル信号に変換される。

工程ｓ２２０で、マイクロコントローラ３６は、第２のデジタル信号に日射計係数を乗算して、日射計２４に入射する光の日射量の値を計算し得る。他の実施例では、マイクロコントローラ３６は、例えば、照射値を日射計出力電圧に関連付ける、マイクロコントローラ３６または外部メモリに格納されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を介して日射量を決定し得る。しかしながら、日射計２４の出力から放射照度レベルを決定するための他の適切な技術が使用されてもよいことが理解されよう。

工程ｓ２２２では、クリーン状態のＰＶパネル２２に関連する予想される短絡電流（ｂ）が、日射計２４から得られた放射照度値からマイクロコントローラ３６によって計算される。実施例では、ＰＶパネル２２の短絡電流は、ＰＶパネルに入射する光の放射照度に実質的に比例する。したがって、日射計２４から得られた放射照度値は、測定される短絡電流が、クリーンな状態のＰＶパネル２２について予想されるものであるかを示すことを可能にし得る。しかしながら、ルックアップテーブルまたは他の既知の関係を介するなど、クリーンパネルの予想される短絡電流（ｂ）を取得するための他の技術が使用されてもよい。

実施例では、工程ｓ２１０、ｓ２１２、およびｓ２１４は、工程ｓ２１６、ｓ２１８、ｓ２２０、およびｓ２２２と並行して実行される。しかしながら、シーケンシャルおよびパラレルまたはシーケンシャルのパフォーマンスの組み合わせなど、工程間のパフォーマンスの他の順序を使用できることは理解されよう。

工程ｓ２２４で、マイクロコントローラは、Ｔ３の値＝１０秒であるかどうかを決定した。そうでない場合、次いで、工程ｓ２２６で、増分値Ｔ３’＝Ｔ３＋１を生成するように、Ｔ３の値が１だけ増加される。実施例では、工程ｓ２１０～ｓ２２２で測定される短絡電流値（ａ）と予想される短絡電流値（ｂ）は、格納された複数の電流値を生成するように、工程ｓ２２４でマイクロコントローラ３６のメモリに格納される。そして、処理は、工程ｓ２２６から工程ｓ２０８に進む。言い換えれば、より一般的には、実施例では、ＰＶパネル２２の短絡電流（ａ）および日射計２４から得られる予想される短絡電流（ｂ）の測定は、第１の所定の頻度で生じる。図１４Ａおよび１４Ｂの実施例では、第１の所定の頻度は、ＰＶパネル２２の短絡電流（ａ）および予想される短絡電流（ｂ）の測定が１秒ごとに発生するようなものであるが、他の時間帯を使用することができることが理解されよう。

Ｔ３＝１０秒である場合、次いで処理は工程ｓ２２８に進む。工程ｓ２２８では、マイクロコントローラ３６は、測定される平均短絡電流値｛ａ｝および予想される平均短絡電流｛ｂ｝を生成するように、工程ｓ２２４においてメモリに格納された複数の格納された電流値から測定される短絡電流値（ａ）および予想される短絡電流値（ｂ）の平均平均値を計算する。言い換えれば、より一般的には、実施例では、測定される平均短絡電流値および予想される平均短絡電流値の計算は、第２の所定の頻度で行われる。図１４Ａおよび１４Ｂの実施例では、第２の所定の頻度は、平均値｛ａ｝および｛ｂ｝の計算が１０秒ごとに発生するようなものであるが、他の期間を使用できることは理解されよう。

工程ｓ２３０で、マイクロコントローラは、Ｔ２の値＝６０秒であるかどうかを決定する。そうでない場合、次いで、工程ｓ２３２で、増分値Ｔ２’＝Ｔ２＋１０を生成するように、Ｔ２の値が１０だけ増加される。実施例では、工程ｓ２２８で算出された平均短絡電流値｛ａ｝および予想される平均短絡電流値｛ｂ｝は、格納された複数の平均値を生成するように、工程Ｓ２３０でマイクロコントローラ３６のメモリに格納される。そして、処理は、工程ｓ２３２から工程ｓ２０６に進む。

Ｔ２＝６０秒である場合、次いで処理は工程ｓ２３４に進む。工程ｓ２３４では、マイクロコントローラ３６は、経過時間と格納された平均値に基づいて、｛ａ｝および｛ｂ｝のための複数の格納された平均値からそれぞれのアンペアアワー（ＡＨ）値を計算する。次に、マイクロコントローラは、それぞれのアンペアアワー値を合計して、合計アンペアアワー（ＡＨ）値［ａ］および［ｂ］を生成する。言い換えれば、より一般的には、実施例では、合計アンペアアワー値の計算および合計は、第３の所定の頻度で行われる。図１４Ａおよび１４Ｂの実施例では、第３の所定の頻度は、合計アンペアアワー値［ａ］および［ｂ］の計算および合計が６０秒ごと（毎分）に発生するようなものであるが、他の期間を使用できることは理解されよう。

工程ｓ２３６で、マイクロコントローラは、Ｔ１の値＝６０分であるかどうかを決定する。そうでない場合、次いで、工程ｓ２３８で、増分値Ｔ１’＝Ｔ１＋１を生成するように１だけ増加される。実施例では、工程ｓ２３４で計算された合計アンペアアワー値［ａ］および［ｂ］は、複数の格納されたアンペアアワー値を生成するように、工程ｓ２３６でマイクロコントローラ３６のメモリに格納される。そして、処理は、工程ｓ２３８から工程ｓ２０４に進む。アンペアアワー計算および／または平均値の計算の使用は、例えば、瞬時の測定される短絡電流値が閾値を超えることにより、誤った信号が出力される可能性を減らすのに役立ち得る。

Ｔ１＝３０分である場合、次いで処理は工程ｓ２４０に進む。工程ｓ２４０で、マイクロコントローラ３６は、工程ｓ２３６でメモリに格納された、格納されたアンペアアワー値を合計して、総合計アンペアアワー（ＡＨ）値［ａ’］および［ｂ’］を生成する。言い換えれば、より一般的には、実施例では、格納アンペアアワー値の合計は、所定の汚れ測定期間後に発生する。図１４Ａおよび１４Ｂの実施例では、所定の汚れ測定期間は３０分であるが、他の期間を使用できることは理解されよう。言い換えると、実施例では、完全な汚れ検出サイクルが実行されるまでに実質的に３０分かかる。

工程ｓ２４２では、比［ｂ’］／［ａ’］がマイクロコントローラ３６によって計算される。実施例では、比［ｂ’］／［ａ’］は、図１３および前述の説明を参照して上で述べたような比較値であると考えることができる。

工程ｓ２４４では、マイクロコントローラ３６は、比［ｂ’］／［ａ’］が第１の閾値と第２の閾値との間にあるかどうかを決定する。言い換えると、例えば、マイクロコントローラは、第１の閾値＜［ｂ’］／［ａ’］＜第２の閾値かどうかを判断する。実施例では、第１の閾値は上記の警告閾値に対応し、第２の閾値は上記の清掃閾値に対応する。

比［ｂ’］／［ａ’］が第１の閾値（警告閾値）と第２の閾値（清掃閾値）の間にある場合、次いで工程ｓ２４６で、警告信号が出力され、他の出力信号が停止される。しかしながら、他の実施例では、工程２４６で他の出力信号を停止する工程は省略されてもよい。

比［ｂ’］／［ａ’］が第１の閾値と第２の閾値の間にない場合、次いで工程ｓ２４８で、マイクロコントローラは、比［ｂ’］／［ａ’］が第２の閾値（清掃閾値）より大きいかどうかを決定する。

比［ｂ’］／［ａ’］が第２の閾値（清掃閾値）より大きい場合、次いで工程ｓ２５０で、清掃信号が出力され、他の信号が停止される。しかしながら、他の実施例では、ｓ２５０で他の出力信号を停止する工程は省略され得る。

比［ｂ’］／［ａ’］が第２の閾値（清掃閾値）より大きくない場合、工程ｓ２５２で、休止信号が出力される。

工程ｓ２５４では、工程ｓ２４６、ｓ２５０またはｓ２５２で出力された信号が活動に維持される（出力され続ける）。言い換えれば、例えば、処理は、工程ｓ２４６から工程ｓ２５４へ、工程ｓ２５０から工程ｓ２５４へ、そして工程ｓ２５２から工程ｓ２５４へ進むことができる。これにより、汚れ検出サイクルが現在実行されていなくても、プラントオペレーターはＰＶパネルの汚れ状態を簡単に確認し得る。実施例では、汚れ検出手順（汚れ検出サイクル）は、所定の汚れサイクル測定間隔で実行され得る。所定の汚れサイクル測定間隔を使用すると、汚れの検出が連続的でないため、エネルギーの節約に役立ち得る。さらに、マイクロプロセッサのメモリ要件が削減され、コストの削減に役立ち得る。実施例では、汚れサイクルの測定間隔は２時間であるが、他の時間間隔を使用し得る。汚れサイクル測定間隔が経過すると、処理は工程ｓ２００に進む。

図１３、１４Ａおよび１４Ｂの工程は実質的に順次説明されているが、それらはその順序で実行される必要はなく、工程を実行する他の順序が可能であることが理解されよう。また、工程の１または複数は、順次および／もしくは互いに並行して、または工程ｓ２３４、ｓ２３６、ｓ２３８、およびｓ２０４などのいくつかのステップを省略して実行できることも理解されよう。第１、第２および第３の所定の頻度、所定の汚れ測定期間、および汚れサイクル測定間隔など、図１４Ａおよび１４Ｂに記載された方法に関連する期間は、例えばマイクロコントローラ３６のプログラミングによって変化するか、または設定され得ることが理解されよう。例えば、汚れサイクルの測定間隔は、季節によって異なり得る。

さらに、例えば曇りの天気が予想される場合には、測定期間にわたってより一貫した測定を確保しようとするために、例えば汚れ測定期間によって決定されるように、より短い期間で汚れレベルを測定することが好ましい場合があり得る。

さらに、第１の閾値（警告閾値）および第２の閾値（清掃閾値）は、動作要件に応じて変化し得ることが理解されよう。実施例では、装置２０は、マイクロコントローラ３６が、ＷｉＦｉ、イーサネット、無線セルラーネットワークなどの適切な通信インターフェースを介して、ＰＶプラント制御ネットワークなどの外部ネットワークまたは装置と通信できるように動作可能な通信モジュールを含む。

実施例では、マイクロコントローラは、例えば通信モジュールを介して、第１の閾値、第２の閾値、汚れ検出測定のタイミング、ならびにＴ１、Ｔ２、およびＴ３の増分工程および範囲のうちの１または複数を設定するように、プログラム可能であるように動作可能である。これにより、例えば、装置２０を、その場所の動作条件に応じて適切に遠隔でプログラムすることができる。さらに、実施例では、装置２０は、休止信号、警告信号、および清掃信号のような出力信号のうちの１または複数を、通信モジュールを介して、ＰＶプラント制御室のような遠隔地に出力するように動作可能である。したがって、装置２０は、例えば、必要に応じて遠隔操作されてもよい。

実施例では、装置は、比較値に応じて定格信号を生成するように動作可能である。実施例では、定格信号は、装置の太陽光発電パネルと実質的に同じ汚れレベルを持つ１または複数の太陽光発電パネルの予測出力に関連する。実施例では、マイクロコントローラ３６は、例えば通信モジュールを介して、定格信号を出力するように動作可能である。例えば、汚れ検出装置２０が、ＰＶプラントの１または複数のＰＶパネルと実質的に同じ汚れレベルを受け得るように配置されている場合、定格信号は、ＰＶプラントのオペレータによって、ＰＶプラントの予想される電気出力を決定するために使用され得る。

例えば、工程ｓ２４２で上述したように計算された比［ｂ’］／［ａ’］は、第２のパネルまたは複数のパネルの予想される性能レベルが、実質的に汚れがない場合の第２のＰＶパネル（または複数の他のＰＶパネル）の予想される出力と比較して比［ｂ’］／［ａ’］に比例するように、ＰＶパネル２２と実質的に同じレベルの汚れを有する第２のＰＶパネル（または複数のＰＶパネル）の予想される電気出力を示すか、または予測するために使用され得る。言い換えれば、実施例では、装置２０は、比較値および測定される短絡電流に基づいて、太陽光発電パネルの出力に対する汚れの影響を評価するように動作可能である。これは、ＰＶプラントオペレーターがプラントからの電力出力をより正確に予測できるようになり、電力グリッド管理、配電、および利益予測に役立ち得る。

太陽光発電パネルまたはパネルが言及されている場合、１または複数のＰＶモジュールが、１もしくは複数のＰＶパネルの代わりに、または１もしくは複数のＰＶパネルと組み合わせて使用されてもよいことが理解されよう。また、ＰＶパネル（または複数のＰＶパネル）は、適宜１または複数のＰＶモジュールを含み得ることも理解されよう。本開示の実施例のＰＶパネル（複数可）は、例えば実質的に平面的な受光面を有するような、または例えば湾曲した受光面を有するような、任意の適切な物理的構成を有し得ることも理解されよう。

本開示の実施例の装置および方法は、既存のＰＶプラントとの容易な統合を可能にするだけでなく、例えば、サイトがＰＶプラントに適しているかどうかを判断するために、単独ユニットとして使用され得る。さらに、マイクロコントローラ３６を適宜プログラムして、異なるタイプのＰＶパネルを基準ＰＶパネル（ＰＶパネル２２のような）として使用してもよい。言い換えれば、例えば、本開示の装置および方法は、ＰＶパネルの汚れレベルを決定するための、より柔軟で容易に適合された方法を提供するのに役立ち得る。

様々な実施例が本明細書に記載されているが、これらは単なる例示であり、そのような例に関する多くの変形および修正は当業者には明らかであり、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の精神および範囲内に収まるであろう。

Claims (13)

1. 太陽光発電パネルの汚れレベルを検出するように動作可能な汚れ検出装置であって、前記装置は、
   前記パネルに入射する光に応答し、前記太陽光発電パネルの汚れレベルに応じて電気出力を生成するように動作可能な太陽光発電パネルと、
   日射計に入射する光の放射照度レベルに関連する放射照度信号を生成するように動作可能な日射計であって、前記日射計は、前記太陽光発電パネルと前記日射計とが互いに実質的に同じ太陽放射レベルを受け取ることができるように、前記太陽光発電パネルに対して配置されている日射計と、
   所定の動作条件での前記太陽光発電パネルの理想的な電気出力に関連する前記放射照度信号から基準出力値を計算するように動作可能である計算手段と、
   前記所定の動作条件で前記太陽光発電パネルの電気出力を測定するように動作可能な測定手段と、
   比較値を生成するために、前記所定の動作条件での前記太陽光発電パネルの測定される電気出力値を基準出力値と比較するように動作可能である比較手段と、
   前記比較値が清掃閾値よりも大きい場合に清掃信号を出力するように動作可能な出力手段と、を含む、汚れ検出装置。
2. 前記出力手段は、前記比較値が前記清掃閾値以下の場合に休止信号を出力するように動作可能である、請求項１に記載の汚れ検出装置。
3. 前記出力手段は、前記比較値が警告閾値と前記清掃閾値との間にある場合に警告信号を出力するように動作可能である、請求項１または請求項２に記載の汚れ検出装置。
4. 前記所定の動作条件は、前記太陽光発電パネルの短絡電流である、請求項１～３のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
5. 前記太陽光発電パネルの出力端子間に接続可能に配置されたシャント抵抗器を含み、前記測定手段は、前記シャント抵抗器を介して接続されて前記短絡電流を測定することができるように動作可能である、請求項４に記載の汚れ検出装置。
6. 前記装置に電力を提供することができるように配置されたバッテリを含み、前記太陽光発電パネルは、前記バッテリを充電することができるように、前記バッテリと電気的に接続することができる、請求項１～５のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
7. 光センサに入射する光の照度を検出するように動作可能な前記光センサを含み、前記照度が閾値照度よりも大きい場合に前記汚れのレベルの検出を行うように動作可能な、請求項１～６のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
8. 請求項６に従属している場合に、前記太陽光発電パネルは、汚れ検出が行われていない場合に前記バッテリを充電するために動作可能である、請求項７に記載の汚れ検出装置。
9. 前記太陽光発電パネルの汚れを検出するために、前記太陽光発電パネルの電気出力を所定の時間間隔で測定するように動作可能である、請求項１～８のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
10. 前記太陽光発電パネルの電気出力を所定の時間測定するように動作可能な、請求項１～９のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
11. 前記太陽光発電パネルは、複数の薄膜太陽電池を含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
12. 前記装置は、前記比較値に依存して定格信号を生成するように動作可能であり、
    前記定格信号は、前記装置の前記太陽光発電パネルと実質的に同じ汚れレベルを有する１または複数の他の太陽光発電パネルの予測出力に関連する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の汚れ検出装置。
13. 発電用の複数の太陽光発電パネルを含む太陽光発電プラントであって、前記太陽光発電プラントは、請求項１～１２のいずれか１項に記載の汚れ検出装置を含み、前記汚れ検出装置は、前記太陽光発電プラントの１または複数の太陽光発電パネルに対して、前記太陽光発電プラントの前記１または複数の太陽光発電パネルと実質的に同じ汚れを受けるように配置されている、太陽光発電プラント。

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