JP5111606B2 - 複数の光起電力アレイを結合するシステム、方法および装置 - Google Patents

Description

（優先権）
本願は、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇｒｏｕｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ」の２００８年１月２９日に出願された米国出願第１２／０２２，１４７号の一部継続出願であり、名称「Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」の２００７年８月３日に出願された米国仮特許出願第６０／９５３，８７５号に基づいて優先権の主張を行うものであり、両出願は、全体として参照により本明細書に援用される。

（発明の分野）
本発明は、一般に、ソーラーエネルギーを電気エネルギーに変換する装置および方法に関連し、さらに具体的には、光起電力アレイをエネルギー変換装置および／またはエネルギー配電装置に結合する装置および方法に関連する。

再生可能なエネルギーは、増加しつつある注目を引きつけている。また、再生可能なエネルギーソースの中で、電気を生成するためのソーラーエネルギーの利用は、今や、多くの電気エネルギーのニーズに対して存立可能なオプションであり、ソーラーエネルギーは、他の適用に比べてますます存立可能になるであろう。電気生成システム（例えば、１００ｋＷより多い光起電力システム）についての背景において、３相の送電網連絡の光起電力（ＰＶ）インバータ、およびそれらが接続されるアレイの性能、信頼性および規制の面は、注目を集め続ける問題である。

近年にわたる北米市場に対するこのクラスの装置の開発は、通常直面される一連の特徴をもたらした。これらの特質は、経験と苦労を通して得られた一方で、性能の主要な指標（特にエネルギー効率）が横ばい状態になった現代の状況を招来し、結果として、新たなソリューションおよびアプローチが、性能向上を提供するために必要とされている。

図面の中に示される本発明の例示的な実施形態は、下記に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の部分においてより完全に述べられる。しかし、この課題を解決するための手段の中で、または発明を実施するための形態の中で述べられる形態に発明を限定することを意図していないことは理解されるべきである。表現された発明の精神および発明の範囲の内に入る、多くの改変、多くの同等物および多くの代替構成が存在することを、当業者は認識し得る。

一実施形態において、本発明は、光起電力エネルギー変換システムとして特徴づけられ得、該光起電力エネルギー変換システムは、直流（ＤＣ）電力を生成するように構成される第１の光起電力アレイであって、該第１の光起電力アレイは、接地電位より上に配置され、正のレールおよび第１の中性線を含む、第１の光起電力アレイと、直流（ＤＣ）電力を生成するように構成される第２の光起電力アレイであって、該第２の光起電力アレイは、接地電位より下に配置され、負のレールおよび第２の中性線を含む、第２の光起電力アレイと、該第１の光起電力アレイの正のレールと該第２の光起電力アレイの負のレールとの両方に遠隔的に結合される電力変換コンポーネントであって、該電力変換コンポーネントは、該第１の光起電力アレイの正のレールと該第２の光起電力アレイの負のレールとの間の電圧を、１つの形式から別の形式に変換するように適合される、電力変換コンポーネントと、該第１の光起電力アレイと該第２の光起電力アレイとの間に結合される光起電力連絡であって、該光起電力連絡は、該第１および第２の光起電力アレイが該電力変換コンポーネントに電力を提供している間、該第１の光起電力アレイの第１の中性線を該第２の光起電力アレイの第２の中性線に結合することと、該第１および第２の光起電力アレイが該電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、該第１の光起電力アレイの第１の中性線を該第２の光起電力アレイの第２の中性線から分離することとを行うように構成される、光起電力連絡とを含む。

別の実施形態に従って、本発明は、光起電力アレイを制御する方法として特徴づけられ得、該方法は、第１の光起電力アレイを接地電位より上に置き、かつ、第２の光起電力アレイを接地電位より下に置くように、該第１の光起電力アレイの中性線を該第２の光起電力アレイの中性線に結合することと、該第１および第２の光起電力アレイの位置から遠隔において、該第１および第２のアレイからの電力を１つの形式から別の形式に変換することと、該第２の光起電力アレイの中性線への、該第１の光起電力アレイの中性線の結合を、少なくとも部分的に、該第１および第２のアレイの中性線から遠隔の位置から制御することとを含む。

さらに別の実施形態に従って、本発明は、光起電力アレイを結合する装置として特徴づけられ得、該装置は、第１の光起電力アレイの中性線に結合するように適合される第１の入力と、第２の光起電力アレイの中性線に結合するように適合される第２の入力と、第１の光起電力アレイの該中性線を第２の光起電力アレイの該中性線に切り替え可能なように結合するように構成される第１のスイッチであって、該接触器は電気制御信号によって制御可能である、第１のスイッチと、該電気制御信号の送信によって制御装置が第１のスイッチを制御することができるように、遠隔に位置する該制御装置に該スイッチを結合するように適合される制御入力とを含む。

これまでに述べられた通り、上記に述べられた実施形態およびインプリメンテーションは、説明の目的だけのためのものである。本発明の多くの他の実施形態、インプリメンテーションおよび詳細は、下記の発明を実施するための形態および特許請求の範囲から、当業者によって容易に認識される。
本願発明は、例えば、以下のものを提供する。
（項目１）
光起電力エネルギー変換システムであって、
直流（ＤＣ）電力を生成するように構成される第１の光起電力アレイであって、該第１の光起電力アレイは、接地電位より上に配置され、正のレールおよび第１の中性線を含む、第１の光起電力アレイと、
直流（ＤＣ）電力を生成するように構成される第２の光起電力アレイであって、該第２の光起電力アレイは、接地電位より下に配置され、負のレールおよび第２の中性線を含む、第２の光起電力アレイと、
該第１の光起電力アレイの正のレールと該第２の光起電力アレイの負のレールとの両方に遠隔的に結合される電力変換コンポーネントであって、該電力変換コンポーネントは、該第１の光起電力アレイの正のレールと該第２の光起電力アレイの負のレールとの間の電圧を、１つの形式から別の形式に変換するように適合される、電力変換コンポーネントと、
該第１の光起電力アレイと該第２の光起電力アレイとの間に結合される光起電力連絡であって、該光起電力連絡は、該第１および第２の光起電力アレイが該電力変換コンポーネントに電力を提供している間、該第１の光起電力アレイの第１の中性線を該第２の光起電力アレイの第２の中性線に結合することと、該第１および第２の光起電力アレイが該電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、該第１の光起電力アレイの第１の中性線を該第２の光起電力アレイの第２の中性線から分離することとを行うように構成される、光起電力連絡と
を含む、システム。
（項目２）
前記光起電力連絡から遠隔に位置する制御部を含み、該制御部は、制御線およびフィードバック線によって該光起電力連絡に結合される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記制御部は前記電力変換コンポーネント内に収容される、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記電力変換コンポーネントは、インバータとＤＣからＤＣへの電力変換コンポーネントとの群から選択される、項目１に記載のシステム。
（項目５）
前記第１の光起電力アレイの正のレールと前記第２の光起電力アレイの負のレールとの間の前記電圧が８００ボルトを超える、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記正のレールと第１の中性線との間のオープンロード電圧が６００ボルトを超えない、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記第１の光起電力アレイと前記第２の光起電力アレイとは、ともに双極式アレイを構成し、該双極式アレイと前記電力変換コンポーネントとの間の２つ以下の導体は、定格で５Ａｍｐより大きい、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記第１および第２の光起電力アレイが前記電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、前記光起電力連絡は、前記第１の中性線および前記第２の中性線を接地に結合するための切り替えコンポーネントを含む、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記第１および第２の光起電力アレイが前記電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、前記第１の中性線および前記第２の中性線が該電力変換コンポーネントにおいて接地に結合されることを可能にするように、前記光起電力連絡および該電力変換コンポーネントが相互に結合される、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
光起電力アレイを制御する方法であって、
第１の光起電力アレイを接地電位より上に置き、かつ、第２の光起電力アレイを接地電位より下に置くように、該第１の光起電力アレイの中性線を該第２の光起電力アレイの中性線に結合することと、
該第１および第２の光起電力アレイの位置から遠隔において、該第１および第２のアレイからの電力を１つの形式から別の形式に変換することと、
該第２の光起電力アレイの中性線への、該第１の光起電力アレイの中性線の結合を、少なくとも部分的に、該第１および第２のアレイの中性線から遠隔の位置から制御することと
を含む、方法。
（項目１１）
変換することは、前記第１および第２のアレイからの電力をＡＣ電力に変換することを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
変換することは、前記第１および第２のアレイからの電力を、該第１および第２のアレイからの電力の電圧よりも高いＤＣ電圧に変換することを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１３）
変換することは、前記第１の光起電力アレイからの１つ以下の導体と、前記第２の光起電力アレイからの１つの導体とによって印加される電力を変換することを含む、項目１０に記載の方法。
（項目１４）
光起電力アレイを結合する装置であって、
第１の光起電力アレイの中性線に結合するように適合される第１の入力と、
第２の光起電力アレイの中性線に結合するように適合される第２の入力と、
第１の光起電力アレイの該中性線を第２の光起電力アレイの該中性線に切り替え可能なように結合するように構成される接触器であって、該接触器は電気制御信号によって制御可能である、接触器と、
該電気制御信号の送信によって制御装置が第１のスイッチを制御することができるように、遠隔に位置する該制御装置に該スイッチを結合するように適合される制御入力と
を含む、装置。
（項目１５）
第１の出力と、
第２の出力と、
前記接触器が前記第１の光起電力アレイの中性線を前記第２の光起電力アレイの中性線に結合していない場合、該第１の光起電力アレイの中性線および該第２の光起電力アレイの中性線が接地されることを可能にするように、該第１の光起電力アレイの中性線を該第１の出力に結合し、第２の光起電力アレイの中性線を該第２の出力に結合するように構成される第２のスイッチと
を含む、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
前記接触器および前記第２のスイッチが両方とも、前記電気制御信号によって制御可能である、項目１５に記載の装置。
（項目１７）
前記接触器および前記第２のスイッチに結合されるフィードバックコンポーネントを含み、該フィードバックコンポーネントは、該接触器および第２のスイッチの状態が決定されることを可能にする、項目１５に記載の装置。

下記の発明を実施するための形態および添付の特許請求の範囲を参照することによって、それらが添付の図面と一緒に利用される場合に、本発明の様々な目的および本発明の様々な利点ならびに本発明のより完全な解釈が、明らかになり、かつ、比較的容易に正しく理解される。
図１は、光起電力エネルギー変換システムの例示的な実施形態を示すブロック図である。 図２は、光起電力エネルギー変換システムの例示的な別の実施形態を示す別のブロック図である。 図３は、光起電力エネルギー変換システムのさらに別の例示的な実施形態を示す別のブロック図である。 図４は、光起電力エネルギー変換システムの特定の実施形態を示す別のブロック図である。 図５は、図１〜４について論じられる実施形態に関して実行され得る方法を示すフローチャートである。

最初に図１を参照すると、示されるのは、本発明の例示的な実施形態のブロック図である。示される通り、この実施形態において、光起電力アレイの第１のセット１０２および第２のセット１０４は、光起電力連絡１１４によって相互に結合され、それにより、双極式パネルアレイ１０６を作り出し、双極式パネルアレイ１０６は、電力変換コンポーネント１０８に遠隔的に結合し、電力変換コンポーネント１０８は、パネルアレイ１０６と配電システム１１０との間に配置される。示されるのはまた、光起電力連絡１１４であり、光起電力連絡１１４は、光起電力アレイの第１のセット１０２と第２のセット１０４との間に位置し、制御線１１６および連絡情報線１１８によって制御部１０７に遠隔的に結合する。

図１に示されるコンポーネントの説明される配列は、論理的であり、実際のハードウェア図であることを意味しない。従って、さらなるコンポーネントが、加えられ得るか、または実際のインプリメンテーションに示されるコンポーネントと組み合わせられ得る。本明細書に開示されるものに照らしてコンポーネントが当業者によって容易にインプリメントされ得ることがまた、認識されるべきである。

一例として、制御部１０７は、電力変換コンポーネント１０８と別個の機能のコンポーネントのように示されるが、制御部１０７は、電力変換コンポーネント１０８内に収容されるコンポーネントによって実現されるか、または電力変換コンポーネント１０８および光起電力連絡１１４の中に分布されるかし得る。その上、電力変換コンポーネント１０８は、アレイ１０６に直接に結合するように示されるが、これは必ずしも必要とされない。一部の実施形態において、例えば、ＰＶインタフェースは、アレイ１０６と電力変換コンポーネント１０８との間に介在している。これらの実施形態において、電力変換コンポーネント１０８（アレイ１０６のオープンロード（ｏｐｅｎ−ｌｏａｄ）のレール間（ｒａｉｌ−ｔｏ−ｒａｉｌ）電圧よりも低い電圧で電力変換コンポーネント１０８が動作するように設計され得る）がＰＶアレイ１０６と連絡して利用されることを可能にするようにＰＶインタフェースは概して動作し、ＰＶアレイ１０６は、電力変換コンポーネント１０８の設計された動作電圧を超える電圧において、少なくとも一部の時間（例えば、アンロード（ｕｎｌｏａｄｅｄ）の間）動作する。Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄとタイトルづけられた米国出願第１１／９６７，９３３号（参照により本明細書に援用される）が例示的なＰＶインタフェースを開示し、そのＰＶインタフェースは、本発明の１つ以上の実施形態と連絡して利用され得る。

一般に、光起電力アレイ１０６は、ソーラーエネルギーをＤＣ電力に変換し、ＤＣ電力は、電力変換コンポーネント１０８によって、電力の別の形式（例えば、３相のＡＣ電力または比較的高い電圧のＤＣ電力）に変換され得る。示される通り、電力変換コンポーネント１０８によって出力される電力は、配電システム１１０に印加され、配電システム１１０は、多くの実施形態において、需要側のエネルギー消費者（例えば、商業のエンティティ、産業のエンティティまたは住宅のユニットの集合）の３相の配電システムである。しかし、他の実施形態において、配電システム１１０がユーティリティの配電システム１１０の１つ以上の部分であることが企図される。

一部の実施形態において、アレイ１０６の中のセルは、結晶の（例えば、単結晶のまたは多結晶の）シリコンを含み、そのシリコンは、１２００ボルトでのオープンロード状態において動作し、６６０ボルトと９６０ボルトとの間のロードされた状態において動作する。また、他の実施形態において、そのアレイは、無定形のシリコンを含むセルを含み、そのシリコンは、１４００ボルトでのオープンロード状態および９００ボルト付近でのロードされた状態において動作する。しかし、様々な異なる構成に配置される、様々な異なるタイプの光起電力セルを光起電力アレイ１０６が含み得ることを当業者は正しく認識する。例えば、光起電力セルは、並列、直列またはそれらの組み合わせで配列され得る。

正または負のどちらかの単極のレールについての従来の接地基準（ｇｒｏｕｎｄ ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）のもとで、低電圧の規制（例えば、米国電気規則（ＮＥＣ））を満たすために、単極アレイの電圧は、６００ＶＤＣに制限される。また、中電圧装置を採用するコストの実質的な増加を考えると、単極アレイは、動作効率において制限される。

しかし、本発明の実施形態において、アレイ１０２、アレイ１０４の中央は、「双極式の」構成において相互に連絡され、「双極式の」構成は、ＮＥＣの低電圧の制限を違反する前に、全部のＰＶ電圧が倍増することを可能にする。比較的高い電圧における動作からの効率的なゲインとは別に、４８０ＶＡＣへの直接の（例えば、変圧器なしでの）変換は可能であり、従って、変圧器の比率変更機能を無くす。双極式アレイの実現に関して利用され得、１つ以上の双極式アレイを配電システムに変圧器なく結合するために利用され得るさらなる詳細な記述を、参照により本明細書に援用されるＣＯＭＭＯＮ ＭＯＤＥ ＦＩＬＴＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＳＯＬＡＲ ＰＯＷＥＲ ＩＮＶＥＲＴＥＲとタイトルづけられた米国出願第１２／１２２，９５０号は提供する。

多くの実施形態において、アレイ１０６は、１２００ＶＤＣの最大差のオープンロード電圧を提供し、その電圧は、接地に対する６００ＶＤＣのＮＥＣ制限を超えない。電力を処理する間、ＰＶアレイ１０６の接地基準は、電力変換コンポーネント１０８（例えばインバータ）の切り換えアクションを介して、ＡＣ配電システム上の星型接点（ｓｔａｒ−ｐｏｉｎｔ）の接地から送達され得る。

一般に、電力変換コンポーネント１０８は、アレイ１０６によって印加される電力を一つの形式から別の形式へ変換する。一部の実施形態において、電力変換コンポーネント１０８は、インバータを含み、それにより、そのアレイによって提供されるＤＣ電力をＡＣ電力へ変換する。他の実施形態において、アレイ１０６からの電力をより高いまたはより低い電圧へ変換するために用いられ得る、ＤＣからＤＣへの電力変換コンポーネントを電力変換コンポーネント１０８は含む。

配電システム１１０は、アレイ１０６および電力変換コンポーネント１０８からの電力を、アレイ１０６および電力変換コンポーネント１０８が位置する構内（ｐｒｅｍｉｓｅｓ）および／またはユーティリティの配電システムへ配電するように一般に動作する。多くの実施形態において、配電システム１１０は、ＡＣ配電システム１１０、および変圧器のような関連したＡＣコンポーネントを含む。しかし、他の実施形態において、遠隔の位置にＤＣ電力を配電するためのＤＣ配電コンポーネントを配電システム１１０が含み得ることが企図される。

ソーラーＰＶシステム設計者にとって最も困難な問題のうちの１つは、電力変換コンポーネント１０８の配置である。電力変換コンポーネント１０８（例えばインバータ）をソーラーアレイ１０６の近傍に配置することは、多くの場合望ましいことではあるが、この配置は多くの場合、物理的に可能でない、かつ／または、コスト効果が大きくない。また、アレイ１０６と電力変換コンポーネント１０８との距離が長くなればなるほど、配線コストのためにより多くのコストがかかり、より多くのＤＣケーブル損失が生じる。

本発明の実施形態において、中性伝導体１２０、１２２が電力変換コンポーネント１０８（例えばインバータ）に帰線する（ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ）ことなく、光起電力連絡１１４はアレイ１０２、１０４の中性伝導体１２０、１２２に接続する。多くのインプリメンテーションにおいて、アレイ１０６の正のレール１２４および負のレール１２６は、コンジットの中に含まれ、高いレベルの電流（例えば５００Ａｍｐ）を伝えることができる導体によって、電力変換コンポーネント１０８に結合されるが、光起電力連絡と電力変換コンポーネント１０８との間の高いゲージの第３の中性伝導体の行程は、本発明の実施形態において不必要である。代わりに、制御線１１６および連絡情報線１１８が低いゲージ（例えば１６ＡＷＧ）のワイヤーによって制御部１０７に結合され、アレイ１０６が電力を電力変換コンポーネント１０８に印加する間、中性伝導体１２０、１２２は、電力変換コンポーネント１０８から切り離され得る。結果として、何万ドルという金額になり得る、中性伝導体ＤＣの局線受入管路（ｈｏｍｅ ｒｕｎｓ）と中性伝導体の局線受入管路（ｈｏｍｅ−ｒｕｎ）脚鉄（ｌｅｇｓ）の長いワイヤーおよび大きな直径のワイヤーとが（コンジットおよび導入労力は言うまでもなく）削除される。アレイから遠隔的に相互に連絡される双極式アレイ（例えば、電力変換コンポーネント１０８内またはその近傍）と比べると、ＤＣ伝達電流は２分の１になり得る。

従って、アレイ１０２とアレイ１０４との間の光起電力連絡１１４の導入によって、ＤＣワイヤーの損失を場合によっては半分にすることができ、電力変換コンポーネント１０８（例えばインバータ）は、ＡＣ損失を低減するために、設備へのユーティリティ供給の入口の近くに位置を定められ得る。その結果は、同一のエネルギー取り入れに対して、より高い全体のシステム効率となるか、またはシステム導入におけるパネルの使用機会がより少なくなる。

次いで図２を参照すると、それは、図１で示された光起電力エネルギー変換システムの例示的な実施形態の一部の概略図である。示される通り、第１および第２のアレイ２０２、２０４が光起電力連絡２１４に結合され、光起電力連絡２１４は、制御線２１６および連絡情報線２１８によって、制御部２０７に遠隔的に連結され、制御部２０７は、この実施形態において、電力変換コンポーネント２０８内に収容される。さらに、第１のアレイ２０２の正のレール２２４および第２のアレイ２０４の負のレール２２６は、切り替え可能なように電力変換コンポーネント２０８に結合される。

示される通り、この実施形態において、メイン接触器２２８は、第１および第２のアレイ２０２、２０４のそれぞれ中性伝導体２２０、２２２と結合および分離するように構成され、光起電力連絡２１４の補助のスイッチ２３０、２３２は、電力変換コンポーネント２０８における接地への／からの第１および第２のアレイ２０２、２０４のそれぞれ中性伝導体２２０、２２２と結合および分離するように構成される。特に、アレイ２０２、２０４が電力変換コンポーネント２０８に電力を提供する間、中性伝導体２２０、２２２を相互に結合するようにメイン接触器２２８が閉じられ、電力変換コンポーネント２０８からのアレイ２０２、２０４の中性伝導体２２０、２２２を分離するように補助のスイッチ２３０、２３２が開かれる。この動作の状態において、中性伝導体２２０、２２２は接地電位（「事実上の接地」とも呼ばれ得る）にあるか、またはその近くにあり、電力変換コンポーネント２０８に電力を印加する２つの接触器のみが存在する。それは、第１のアレイ２０２の正のレール２２４および第２のアレイの負のレール２２６である。従って、アレイ２０２、２０４と電力変換コンポーネントとの間の、高いゲージの高価な中性伝導体の行程は削除される。

アレイ２０２、２０４が電力変換コンポーネント２０８に電力を提供していない場合（例えば夜間）、アレイ２０２、２０４の中性伝導体２２０、２２２を分離するようにメイン接触器２２８が開かれ、低いゲージの導体（例えば、５Ａｍｐより少ない）を介して中性伝導体２２０、２２２を接地に結合するように補助のスイッチ２３０、２３２が閉じられる。

多くの実施形態において、補助のスイッチ２３０、２３２を開いている間に制御部２０７がメイン接触器２２８を同時に閉じることができるように（逆の場合も同様に）、メインスイッチ２２８および補助のスイッチ２３０、２３２は単一のリレー装置内に統合される。すなわち、制御部２０７がリレーコイル２３８に電圧を印加し、センサー２４０が、連絡情報線２１８を介してフィードバック信号を制御部２０７に提供し、それにより、メイン接触器２２８および補助のスイッチ２３４、２３６の状態についての状態情報を提供する。

障害状態の間、ＤＣ接触器２５０、２５２がまず開かれ得、それにより、アレイ２０２、２０４上に加えられる事実上の接地を取り外し、いったん接触器２５０、２５２が開かれると、正および負のアレイ２０２、２０４を孤立させるようにメイン接触器２２８が開かれる。最後に、アレイ２０２、２０４の中性伝導体２２０、２２２が、スイッチ２３０、２３２を用いて接地に接続される。接地電流がさらに存在する場合、適切なヒューズ２３４、２３６が開き、こうして、接地電流を遮り、危険な電流が流れることを防ぐ。

参照により本明細書に援用される、名称「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇｒｏｕｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ」の米国出願第１２／０２２，１４７号は、本発明の実施形態と接続して利用され得る他の技術的進歩の中で、システム遮断を必要とする接地障害状態をいったん検出すると双極式光起電力アレイのコンポーネントを分離するための新しい構造および方法を開示する。

次いで図３を参照すると、示されるのは、本発明のさらに別の実施形態のブロック図である。示される通り、この実施形態において、２つの別個の双極式アレイ３０６’、３０６’’が並列に配置されることによって、アレイ３０６’、３０６’’の各々の正のレール３２４’、３２４’’が、電力変換コンポーネント３０８の中で相互に結合され、アレイ３０６’、３０６’’の各々の負のレール３２６’、３２６’’が、電力変換コンポーネント３０８に遠隔的に結合される。示される通り、ＤＣからＤＣへの変換器か、またはインバータかの切り替えコンポーネントのような電力変換回路網（示されていない）が、ノード３６０、３６２に結合し得、ノード３６０、３６２は、それぞれ、アレイ３０６’、３０６’’の正のレール３２４’、３２４’’および負のレール３２６’、３２６’’に結合される。

この実施形態において、２つのアレイ３０６’、３０６’’の各々は、もう一方のアレイに対して遠隔に位置し得、アレイ３０６’、３０６’’の両方は、電力変換コンポーネント３０８から遠隔に位置し得る。２つのアレイ３０６’、３０６’’の各々が電力変換部３０８に電力を印加する間、４つの導体のみが、電流を伝えるために利用され、その電流は、電力変換コンポーネント３０８に対してアレイ３０６’、３０６’’によって生成される。結果として、アレイと電力変換コンポーネントとの間に通常存在する高いゲージの中性線が削除されるため、多額の資金が節約される。

示される通り、この実施形態において、光起電力連絡３１４’、３１４’’の切り替え（例えば、アレイの第１の対３０２’、３０４’およびアレイの第２の対３０２’’、３０４’’を相互に結合するための切り替え）を制御するために利用される制御線３１６’、３１６’’が、並列に配列され、制御部３０７に結合され、連絡情報線３１８’、３１８’’が直列に配列されることにより、光起電力連絡３１４’、３１４’’のうちのどちらかが動作しない（例えば、アレイの第１の対３０２’、３０４’またはアレイの第２の対３０２’’、３０４’’のどちらかが相互に結合しない）場合、制御部３０７は、アレイがオンラインであることを示すフィードバックを受け取らず、制御部３０７は、電力変換コンポーネント３０８を動作させないようにする。

次いで図４を参照すると、それは、図１に示される光起電力エネルギー変換システムの、別の例示的な実施形態の概略図である。示される通り、第１および第２のアレイ４０２、４０４は、光起電力連絡４１４に結合され、光起電力連絡４１４は、制御線４１６および連絡情報線４１８によって電力変換コンポーネント４０８に遠隔的に結合される。さらに、第１のアレイ４０２の正のレール４２４および第２のアレイ４０４の負のレール４２６は、断路器４５０、４５２によってエネルギー変換コンポーネント４０８に接続される。

示される通り、この実施形態において、メイン接触器４２８は、第１および第２のアレイ４０２、４０４のそれぞれの中性伝導体４２０、４２２を結合および分離するように構成され、光起電力連絡４１４の補助のスイッチ４３０、４３２は、電力変換コンポーネント４０８における接地接触へ／から、第１および第２のアレイ４０２、４０４のそれぞれの中性伝導体４２０、４２２を結合および分離するように構成される。特に、アレイ４０２、４０４が、電力変換コンポーネント４０８に電力を提供している間、中性伝導体４２０、４２２を相互に結合するようにメイン接触器４２８は閉じられ、アレイ４０２、４０４の中性伝導体４２０、４２２を電力変換コンポーネント４０８から分離するように、補助のスイッチ４３０、４３２は開かれる。この動作の状態において、中性伝導体４２０、４２２は、接地電位にあるか、またはその近くにあり、電力変換コンポーネント４０８に電力を印加する２つの接触器（第１のアレイ４０２の正のレール４２４および第２のアレイ４０４の負のレール４２６）のみが存在する。このようにして、アレイ４０２、４０４と電力変換コンポーネントとの間の高価な中性伝導体の行程が削除される。

次いで図５を参照すると、それは、図１〜４に示される実施形態に関して実行され得る例示的な方法を示すフローチャートである。示される通り、第１の光起電力アレイ（例えば、アレイ１０２、２０２、３０２’、３０２’’、４０２）を接地電位より上に、かつ、第２の光起電力アレイ（例えば、アレイ１０４、２０４、３０４’、３０４’’、４０４）を接地電位より下に置くように、第１の光起電力アレイの中性線（例えば、中性線１２０、２２０、３２０’、３２０’’、４２０）は、第２の光起電力アレイの中性線（例えば、中性線１２２、２２２、３２２’、３２２’’、４２２）に結合される（例えば、光起電力連絡１１４、２１４、３１４’、３１４’’、４１４によって）（ブロック５０２、５０４）。論じられる通り、アレイの中性伝導体を結合すること（例えば、中性伝導体を事実上の接地に保つこと）によって、重いゲージの高価な中性伝導体ワイヤーを、アレイ（屋根の上または別の遠隔の位置に典型的に位置する）から電力サービスパネル（電力変換装置および配電装置が位置する場所の近傍に典型的に存在する）まで導入する必要性が避けられる。

図５に示される通り、第１および第２のアレイからの電力は、次いで、第１および第２の光起電力アレイの位置から遠隔において、１つの形式から別の形式に（例えば、電力変換コンポーネント１０８、２０８、３０８、４０８によって）変換される（ブロック５０５）。論じられる通り、一部の実施形態において、アレイからのＤＣ電力は、より高い電圧でのＤＣ電力に変換され、多くの実施形態において、アレイからのＤＣ電力は、ＡＣ電力に変換される。

いくつかの実施形態において、第２の光起電力アレイの中性線への、第１の光起電力アレイの中性線の結合の制御（例えば、制御部１０７、２０７、３０７によって実行される）は、少なくとも部分的に、第１および第２のアレイの中性線から遠隔の位置から実行される（ブロック５０８）。

結論として、本発明はとりわけ、光起電力アレイをエネルギー変換装置および／またはエネルギー配電装置と結合するシステムおよび方法を提供する。当業者は、本発明、本発明の用途および本発明の構成において多数の変形および多数の置換がなされ得ることを容易に認識し得、それにより本明細書に述べられる実施形態によって達成されるのと実質的に同じ結果を達成する。それゆえに、本発明を開示された例示的な態様に限定することは意図していない。特許請求の範囲で表現される通り、多くの変形、多くの改変および多くの代替構成は、開示された発明の範囲および発明の精神の内に入る。

Claims (13)

1. 光起電力エネルギー変換システムであって、
   直流（ＤＣ）電力を生成するように構成される第１の光起電力アレイであって、該第１の光起電力アレイは、接地電位より上に配置され、正のレールおよび第１の中性線を含む、第１の光起電力アレイと、
   直流（ＤＣ）電力を生成するように構成される第２の光起電力アレイであって、該第２の光起電力アレイは、接地電位より下に配置され、負のレールおよび第２の中性線を含む、第２の光起電力アレイと、
   該第１の光起電力アレイの正のレールと該第２の光起電力アレイの負のレールとの両方に遠隔的に結合される電力変換コンポーネントであって、該電力変換コンポーネントは、該第１の光起電力アレイの正のレールと該第２の光起電力アレイの負のレールとの間の電圧を、１つの形式から別の形式に変換するように適合される、電力変換コンポーネントと、
   該第１の光起電力アレイと該第２の光起電力アレイとの間に結合される光起電力連絡であって、該光起電力連絡は、該第１および第２の光起電力アレイが該電力変換コンポーネントに電力を提供している間、該第１の光起電力アレイの第１の中性線を該第２の光起電力アレイの第２の中性線に結合することと、該第１および第２の光起電力アレイが該電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、該第１の光起電力アレイの第１の中性線を該第２の光起電力アレイの第２の中性線から分離することとを行うように構成される、光起電力連絡と
   を含む、システム。
2. 前記光起電力連絡から遠隔に位置する制御部を含み、該制御部は、制御線およびフィードバック線によって該光起電力連絡に結合される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御部は前記電力変換コンポーネント内に収容される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記電力変換コンポーネントは、インバータとＤＣからＤＣへの電力変換器との群から選択される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１の光起電力アレイの正のレールと前記第２の光起電力アレイの負のレールとの間の前記電圧が８００ボルトを超える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記正のレールと第１の中性線との間のオープンロード電圧が６００ボルトを超えない、請求項１に記載のシステム。
7. 前記第１の光起電力アレイと前記第２の光起電力アレイとは、ともに双極式アレイを構成し、該双極式アレイと前記電力変換コンポーネントとの間の２つ以下の導体は、定格で５Ａｍｐより大きい、請求項１に記載のシステム。
8. 前記第１および第２の光起電力アレイが前記電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、前記光起電力連絡は、前記第１の中性線および前記第２の中性線を接地に結合するための切り替えコンポーネントを含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記第１および第２の光起電力アレイが前記電力変換コンポーネントに電力を提供していない場合、前記第１の中性線および前記第２の中性線が該電力変換コンポーネントにおいて接地に結合されることを可能にするように、前記光起電力連絡および該電力変換コンポーネントが相互に結合される、請求項８に記載のシステム。
10. 複数の光起電力アレイを結合する装置であって、
    第１の光起電力アレイの中性線に結合するように適合される第１の入力と、
    第２の光起電力アレイの中性線に結合するように適合される第２の入力と、
    該第１の光起電力アレイの中性線を該第２の光起電力アレイの中性線に切り替え可能なように結合するように構成される接触器であって、該接触器は電気制御信号によって制御可能である、接触器と、
    該電気制御信号の送信によって制御装置が該接触器を制御することができるように、遠隔に位置する該制御装置に該接触器を結合するように適合される制御入力と
    を含む、装置。
11. 第１の出力と、
    第２の出力と、
    前記接触器が前記第１の光起電力アレイの中性線を前記第２の光起電力アレイの中性線に結合していない場合、該第１の光起電力アレイの中性線および該第２の光起電力アレイの中性線が接地されることを可能にするように、該第１の光起電力アレイの中性線を該第１の出力に結合し、該第２の光起電力アレイの中性線を該第２の出力に結合するように構成される第２のスイッチと
    を含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記接触器および前記第２のスイッチが両方とも、前記電気制御信号によって制御可能である、請求項１１に記載の装置。
13. 前記接触器および前記第２のスイッチに結合されるフィードバックコンポーネントを含み、該フィードバックコンポーネントは、該接触器および該第２のスイッチの状態が決定されることを可能にする、請求項１１に記載の装置。

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