JP5492298B2 - いくつかの光起電力モジュールを含む装置中の個々の光起電力モジュールをモニタする方法、およびその方法を行うためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、いくつかの光起電力モジュールを含む装置中の個々の光起電力モジュールをモニタする方法に関し、また、電流を生成するための装置に関する。

光起電力モジュールのモニタ方法の汎用的方法は、既にドイツ特許公報ＤＥ１０１３６１４７Ｂ４（特許文献１）で知られている。その方法は、各ソーラーモジュールの構成部分としてモジュールコンバータを含み、そのコンバータは、ソーラーモジュールの所定の特性、たとえば、直流電圧、直流電流、温度または振動を測定するためのいくつかの個別のセンサを有する。測定値は、アナログ信号としてマイクロプロセッサに供給され、前記マイクロプロセッサは、アナログ信号をデジタル信号に変換し、バスバーに接続されている電力コントローラに、実測値の形式で情報を提供する。

独国特許発明第１０１３６１４７号明細書

この既知の方法は、必要とされる取り付けが複雑で高額になるという不利益を有する。

本発明の目的は、回路構成が単純で低コストの手段を用いて光起電力モジュールのモニタリングを容易にする、汎用的方法および対応する装置を提供することである。

上記の目的は、請求項１に記載の方法によって請求された方法、請求項２３に記載の光起電力モジュールによって請求された光起電力モジュール、および、請求項２７に記載の装置によって請求された装置によって達成される。

さらなる従属請求項は、本発明の有利な実施形態に関する。

データブロックの独立した送信は、導電手段を介したある光起電力モジュールからのデータセットの送信が、他の１つまたは他のいくつかの光起電力モジュールが同時にデータブロックを送信していないかどうか、について考慮しないことを意味する。個々の光起電力モジュールは、評価ユニットの側から意図的にアドレスされることはない。マイクロコントローラは、評価ユニットの側からアドレスを受けることはない。それは、実際に、自己充足的である。そのため、本発明は、多数の光起電力モジュールを含む装置内の個々の光起電力モジュールの動作能力の効率的なチェックを、比較的低い投資コストで実行することを可能にする。その装置は、光起電力モジュールに付随する、別個の電源や付加的な配線またはケーブル設置を必要としないため、低い投資コストで現存システムを相応に改造するという選択肢が存在する。そのようにすると、光起電力システムの効率は、単純な改造手段によって大きく改善されうる。

データブロックが送信の間に互いに衝突したり、個々の光起電力モジュールのアドレスが中央評価位置からなされないといったような、一方向のデータ送信方法について一見予測される不利益は、達成される利益が上記不利益を上回るので、それを自覚して受け入れられなければならない。

本発明の有益な実施形態は、図面を参照して以下に詳細に説明される。

本発明の実施形態による光起電力システムの模式的な全体図 本発明の実施形態による光起電力モジュールの、非常に単純化した概略回路図 評価ユニットに送信されるデータブロックの、非常に単純化した概略表示 盗難防止モニタリングを確保するための、非常に単純化した概略回路図

図１は、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成するための光起電力システム２０を示す。光起電力システムは、複数の光起電力モジュール１、２を含み、その光起電力モジュール１、２は、互いに、それぞれ従来の導電手段３または４を介して直列の形式（直列接続）で接続されている。図１に示される装置は、全体で２列の光起電力モジュールを含み、光起電力モジュール１、２は、導電手段３を介して互いに接続されており、図１に図示された他の光起電力モジュールは、導電手段４を介して互いに接続されている。しかし、図１において、光起電力モジュールのさらなる直列接続も考えうることが示唆される。

導電手段３および４は、各々の光起電力モジュール（たとえば１または２）の多数の光電池９によって生成された電流を、消費負荷や蓄電などに供給するという目的を果たす。

テストデバイス１２または１３は、光起電力モジュール（たとえば１、２）のそれぞれに付随している。前記テストデバイス１２、１３は、光起電力モジュールを導電手段３または４に接続するいわゆる接続ボックス１４、１５の中に配置されている。

中央評価ユニット１０は、関連する導電手段（たとえば３または４）を介して、光起電力システム２０の各々の光起電力モジュール（たとえば、１または２）に接続されている。評価ユニット１０は、個々の光起電力モジュール（たとえば１または２）のステータス（たとえば電圧、温度および／またはアンペア数など）に関する情報の項目を受け取って評価するために、また、必要があれば、任意の問題（光電池または光起電力モジュールの交換、前記モジュールを影にする植物の切断、前記モジュールの表面の清浄化、嵐による電線などの損傷の修理）を解消する適切な方法を導入するために、設けられている。

評価ユニットは、たとえばＣＯＭポート２１、光学インターフェース２２、インターネット接続２３および／またはＧＳＭ接続２４などのような、所望のデータ出力機器またはデータ通信機器にそれを接続するための異なるインターフェース１６、１７、１８、１９を有する。

電源２５は、評価ユニット１０を操作するために設けられている。スイッチギア組立体２６によって、評価ユニット１０を、個々の光起電力モジュール（たとえば１または２）の各々の列に切り替えることが可能である。

評価ユニット１０は、入力（電圧入力２７）、（データ入力２８）および（電流信号入力２９）を有する。前記入力２７〜２９は、導電手段３に接続されている。

テストデバイス１２、１３の操作のためのエネルギーは、本発明によれば、電気エネルギーの形式で光起電力モジュール１、２から直接供給される。そのため、付加的な電源または付加的な給電配線が光起電力モジュールの領域になくてもよい。実際に、既存の標準的な配線またはケーブル設置を使用できる。

日光が得られない場合、出力電力はテストデバイス１２、１３に提供されない。
しかし、日光が得られる時における各々の光起電力モジュールのステータスパラメータの決定には充分であるため、この問題点は受け入れられる。

図２は、各々の光起電力モジュール、たとえば図２に図示された光起電力モジュール１、の少なくとも１つのステータスパラメータを決定するための、単純化された回路図を示す。単純化のために、１つの光電池９だけが図２に図示されるが、実際には、複数の光電池９が図２に図示されるような回路に付随する。図２に見られるように、光子が照射された時に光電池９内で電流Ｉが生成され、前記電流は電線３へ供給される。

テストデバイス１２または１３は更にマイクロコントローラ５を含み、それは、別個の発電機（図示せず）および別個の制御ソフトウェアを備え、必要な操作を実行できる。マイクロコントローラ５は、ステータスパラメータを決定するための手段、たとえば電圧を得るためのデバイス、を含む。テストデバイス１２または１３は、導電手段３の末端でデータとして読み取ることができる電流パルスを生成するための手段を含む。この目的のために、前記テストデバイス１２は、抵抗器３３とマイクロコントローラ５によって作動されるトランジスター３２とを有する分岐回路を含む。電圧降下パルスは、この回路によって導電手段３中に生成される。

マイクロコントローラ５において、バイナリーコード構造は、適切なモデルを用いて、対応する電圧降下パルスの特定のシーケンスに変換される。

分岐の使用は、電流の変調によるデータ信号の生成を容易にする。電流パルスは、分岐とともにマイクロコントローラ５によってデータ要素として生成され、データの送信のための導電手段３へ供給される。

送信されるステータスデータに加えて、確からしさデータと同様に光起電力モジュール１または２の個々のシリアル番号は、このようにコード化され、導電手段へ供給される。

マイクロコントローラ５は、図２に図示された回路のオプションによるバイナリービット列から導電手段３へ供給される電流パルスを生成する。図３に見られるように、データブロック（たとえばデータブロック７）は、各々の光起電力モジュール（たとえば１）を識別するデータ要素１１と、付随する光起電力モジュールの各々のステータスデータ（たとえば電圧など）に関するデータ要素３１と、確からしさデータを含むデータ要素６とを含む。前記データの生成および送信は、フレーム中のパルスの形式で生じる。そのようなフレーム内のパルスまたはビット列、あるいはそれぞれデータ要素１１または３１は、電磁誘導（ＥＭＩ）を低く抑え、それによってノイズを制限するために、擬似乱数生成法で生成される。これは、たとえば、マイクロコントローラによって生成されるようにビット列（すなわち複数のビット）に置き換えられる「規則的な」ビットによって達成でき、前記シーケンスは、順に、評価ユニットによって読み取られる。このビット列のビットの順序は、たとえば、擬似乱数生成法で生成できる。擬似乱数の順序は、定義された任意の演算工程で計算できビット列を読み取るために使用できる、数の順序である。

本発明は、一方向のデータ送信に関する。光起電力システム２０の光起電力モジュールは、個々の光起電力モジュール（たとえば１または２）を互いに接続する導電手段３または４内におけるデータブロックの衝突の確率が０より大きいように、互いに独立してそのデータブロック（たとえば７）を送信する。データブロック７、８の上記の独立した送信とは、導電手段３または４を介したある光起電力モジュールからのデータセットの送信が、他のまたは他のいくつかの光起電力モジュールが同時にデータブロックを送信していないかどうかについて考慮しないことを意味する。個々の光起電力モジュールは、評価ユニット１０の側からアドレスされることはない。マイクロコントローラ５は、評価ユニットの側からアドレスを受けることはない。前記マイクロコントローラは、実際に、自己充足的である。

各マイクロコントローラ５は、特にランダムに生成される遅延時間Ｔ_w後にデータブロック７、８を導電手段３に供給する（図３参照）。平均ランダム遅延時間ΔＴ_wは、以下の条件を満たす。

ΔＴ_w≧Ｎ・Ｔ_D／ΔＣ_R
ここで、Ｎは直列接続した光起電力モジュールの数を示し、Ｔ_Dはデータブロックを送信するのに必要な時間であり、ΔＣ_Rはデータブロックの衝突によるエラーレートを意味する。エラーレートΔＣ_Rは、好ましくは１０^-1から１０^-6の範囲にあり、さらに好ましくは、１０^-2〜１０^-5の範囲にある。たとえば１０^-3の値では、１０００のデータブロックに対して１回衝突が生じる。

データブロック１１または１２を送信するための時間の長さは、たとえば約２ミリ秒である。列をなす８つの光起電力モジュールにおいて１５秒のデータブロックの平均送信割合を仮定した場合、千のデータブロック中の１つのデータブロックが衝突によって失われるだけである。

データブロックが変更されるデータブロック７、８の衝突が起きた場合に、評価ユニットは、確からしさデータを用いて、変更された、すなわち不完全なデータブロックを選択的に選り分けるという選択肢が存在する。

タイマー機能を有する従来の８ビットマイクロコントローラ（たとえばＳＯＩＣ２０、８ビット／８ｃｈのＡＤＣ）が、マイクロコントローラ５として使用される。

導電手段によって送信されたデータブロックは、評価ユニット１０で読まれ、実際に、具体的な光起電力モジュールの識別に関するデータ要素１１が読まれるとともに、各々の光起電力モジュールのステータスパラメータ（たとえば測定された電流）に関するデータ要素３１が読まれる。これらのデータの読出しは、たとえば同相で接続されるのみである分路抵抗器の使用を介して、評価ユニット１０において生じる。

図４は、列をなすいくつかの光起電力モジュールの装置を示し、ここでは、光起電力モジュール列によって生成される電圧が測定される。個々のテストデバイス１１、１２によって読み取られた電圧のすべての和は、評価ユニット１０によって実際に測定された電圧に相当する。これは、デバイスのエネルギーが直接確認されることを可能にする。さらに、テストデバイスが不充分な日光のために運転中でない場合でも、任意の盗難防止セキュリティを実行できる。この技術のために、内部容量Ｃｐｖは、接続ボックス１４または１５中の保護ダイオードの容量Ｃｐより大きい。列に沿ったＮ個の光起電力モジュールの容量は、Ｃｓ＝Ｎ×（Ｃｐｖ＋Ｃｐ）である。１つまたはいくつかの光起電力モジュールが分断された場合、値ＣｓはＣｐより本質的に小さくなり、その結果、盗難または同様の状況についての情報の項目が供給される。

評価ユニット１０は、明細書の初めに既に記載したように、様々な方法でデータを供給するように設計されている。

なお、記述された実施形態の特徴の部分的な結合が進歩性を含んでいるものとして権利主張されることを明記する。

１ 光起電力モジュール
２ 光起電力モジュール
３ 導電手段
４ 導電手段
５ マイクロコントローラ
６ データ要素
７ データブロック
８ データブロック
９ 光電池
１０ 評価ユニット
１１ データ要素
１２ テストデバイス
１３ テストデバイス
１４ 接続ボックス
１５ 接続ボックス
１６ インターフェース
１７ インターフェース
１８ インターフェース
１９ インターフェース
２０ 光起電力システム
２１ ＣＯＭポート
２２ 光学インターフェース
２３ インターネット接続
２４ ＧＳＭ接続
２５ 電源
２６ スイッチギア組立体
２７ 電圧入力
２８ データ入力
２９ 電流信号入力
３０ 光子
３１ データ要素
３２ ダイオード
３３ 抵抗器

Claims (24)

1. 導電手段（３）によって特に直列に接続されるいくつかの光起電力モジュールを含む装置中において使用される光起電力モジュール（１、２）をモニタする方法であって、
   個別のマイクロコントローラ（５）が前記各々の光起電力モジュール（１、２）に付随しており、
   前記各々の光起電力モジュール（１、２）の少なくとも１つのステータスパラメータの特に連続的な決定が前記マイクロコントローラ（５）によって行われ、
   前記ステータスパラメータに関するデータが評価ユニット（１０）に送信され、
   評価ユニット（１０）に送信されるための前記データがデータブロック（７、８）の形式で設計されており、
   前記個々の光起電力モジュール（１）を接続するために存在する前記導電手段（３）は、前記データブロック（７、８）を送信するために使用され、
   前記データブロック（７、８）が互いに衝突する確率が０より大きいように、前記データブロック（７、８）が互いに独立して送信され、
   前記マイクロコントローラ（５）は、それぞれ、ランダムに生成される遅延時間Ｔ_w後にデータブロック（７、８）が導電手段に供給され、
   前記平均ランダム遅延時間ΔＴ_wが以下の条件を満たす、方法。
   ΔＴ_w≧Ｎ・Ｔ_D／ΔＣ_R
   ここで、Ｎは直列中の光起電力の数を示し、Ｔ_Dはデータブロックを送信するのに必要な時間であり、ΔＣ_Rは互いに衝突するデータブロックによるエラーレートを意味する。
2. １つの光起電力モジュール（たとえば１）の前記マイクロコントローラ（５）が、他の光起電力モジュール（たとえば２）の前記マイクロコントローラとは独立してデータブロック（７、８）を生成し、前記データブロックを前記導電手段（３）へ供給することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記エラーレートΔＣ_Rが、１０^-1から１０^-6の範囲にあり、好ましくは１０^-2〜１０^-5の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記導電手段（たとえば３）中にある電流が、前記データブロック（７、８）用のデータを形成するために、変更、特に変調、されることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
5. 変調パルスのシーケンスが、前記マイクロコントローラ（５）の中のビット列から前記導電手段（たとえば３）中に生成されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記データブロック（７、８）を送信するためのエネルギーが、前記光起電力モジュール（１、２）自体から引き出されることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
7. 前記データブロック（７、８）が、個々のデータ要素（１１、３１、６）で構築されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
8. 前記データブロック（７、８）は、前記各々の光起電力モジュール（１、２）を識別するためのデータ要素（１１）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記データブロック（７、８）は、前記各々の光起電力モジュール（１、２）の前記ステータスパラメータに関するデータ要素（３１）を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. 電圧が、前記ステータスパラメータとして決定されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記データブロック（７、８）が、確からしさチェックのためのデータ要素（６）を含むことを特徴とする、請求項７〜１０に記載の方法。
12. 前記データブロック（７、８）内の文字列またはビット列が、擬似乱数の原理によって生成されることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
13. 前記各々のデータブロック（７、８）が、特定の、特に一定の、間隔で送信されることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
14. ダメージを与える衝撃、特に衝突、を受けた前記データブロック（７、８）の存在のチェックが、前記データ要素（６）を用いた、評価ユニット（１０）側において確からしさチェックによって行われることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
15. 前記光起電力モジュール（１）のそれぞれのシリアル番号が、前記データブロック内の文字列の形成を初期化するために使用されることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
16. 直流電流の測定が、共通の評価ユニット（１０）において行われることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
17. 容量の測定が、前記共通の評価ユニット（１０）において行われることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
18. 電圧測定が行われることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
19. 容量測定が行われることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
20. 電圧、温度および／またはアンペア数が、前記ステータスパラメータとして確認されることを特徴とする、先行する請求項の１項に記載の方法。
21. 光起電力モジュール、特に先行する請求項の１項に記載の方法を行うための光起電力モジュールであって、
    少なくとも１つの、好ましくは複数の、互いに接続された光起電力セル（９）と、
    導電手段（３、４）に前記光起電力セル（９）を接続するための接続ボックス（１４、１５）と、
    関連する前記光起電力モジュール（１）のステータスパラメータを決定し他の光起電力モジュール（２）のテストデバイス（１３）からのデータブロック（８）の供給とは独立して前記パラメータをデータブロック（７）の形式で前記導電手段（３、４）へ供給するテストデバイス（１２）とを含み、
    前記テストデバイス（１２、１３）は、前記導電手段（３、４）において得られる電流の変調によってデータブロック（７、８）の送信を行うマイクロコントローラ（５）を含み、
    前記マイクロコントローラ（５）は、電圧および／または温度を測定するためのデバイスを含むマイクロコントローラ（５）を含み、
    前記マイクロコントローラ（５）は、ランダムに生成される遅延時間Ｔ _w 後にデータブロック（７、８）を前記導電手段に供給し、
    前記テストデバイス（１２、１３）は、電流の変調のための分岐回路を含む、
    光起電力モジュール。
22. 複数の光起電力モジュール（１、２）と、
    前記個々の光起電力モジュール（１、２）を直列に接続するために設けられた接続手段（３、４）とを含む太陽エネルギーから電流を生成するための装置であって、
    付随する前記光起電力モジュールのステータスパラメータを得るためのテストデバイス（１２、１３）が、前記光起電力モジュール（１、２）のそれぞれに付随しており、
    データブロック（７または８）として生成される前記テストデバイス（１２、１３）の信号を受け取ってさらに処理するために設けられた評価ユニット（１０）をさらに含み、
    異なる前記光起電力モジュール（１または２）のデータブロック（７または８）が互いに衝突する確率が０より大きいように、他のテストデバイス（たとえば１３）のデータブロック（たとえば８）の供給とは独立して、各々の前記テストデバイス（たとえば１２）の前記信号が前記導電手段（３）へ供給され、
    前記マイクロコントローラ（５）はそれぞれ、ランダムに生成される遅延時間Ｔ_w後にデータブロック（７、８）が導電手段に供給され、
    前記平均ランダム遅延時間ΔＴ_wが以下の条件を満たす。
    ΔＴ_w≧Ｎ・Ｔ_D／ΔＣ_R
    ここで、Ｎは直列中の光起電力モジュールの数を示し、Ｔ_Dはデータブロックを送信するのに必要な時間であり、ΔＣ_Rは互いに衝突するデータブロックによるエラーレートを意味する。
23. 前記データブロック（７、８）が、前記評価ユニット（１０）において確からしさチェックを受けることを特徴とする、請求項２２に記載の装置。
24. 前記評価ユニット（１０）は、電流パルスを得ることによって前記データブロックを受け取って評価を行う混合信号プロセッサを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の装置。

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