JP5526333B2 - エネルギ発生システムにおいて集中型と分散型の最大パワーポイントトラッキングの間で選択する方法及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、概略、エネルギ発生システムに関するものである。更に詳細には、本開示はエネルギ発生システムにおいて集中型と分散型の最大パワーポイントトラッキングの間で選択する方法及びシステム関するものである。

太陽及び風のエネルギは、石炭又は石油等の従来の非再生不可能な汚染性エネルギ源と比較して、再生可能で非汚染性のエネルギ源を提供するものである。そのために、太陽及び風のエネルギは、電気へ変換することが可能なエネルギ源として益々重要なものとなっている。太陽エネルギの場合、アレイ状に配列させた光電パネルが、典型的に、太陽エネルギを電気エネルギへ変換する手段を与えている。風又はその他の自然エネルギ源からエネルギを取り出すために同じようなアレイを実現することが可能である。

光電アレイを動作させる場合に、特定の温度及び太陽放射照度に対して最大パワー出力を発生させるために該アレイが動作すべき電圧又は電流を自動的に決定するために最大パワーポイントトラッキング（ＭＰＰＴ）、即ち最大電力点追跡、が通常使用される。該アレイが理想的な条件下（即ち、該アレイの各パネルに対して同一の放射照度、温度、及び電気的特徴）で動作している場合には全体的なアレイに対するＭＰＰＴを実施させることは比較的容易であるが、ミスマッチがあったり又は部分的に影（陰）がかかった条件である場合には、該アレイに対するＭＰＰＴは全体として一層複雑なものである。この場合には、ミスマッチ状態のアレイのマルチピーク電力−電圧特性の相対的な最適条件に起因して、ＭＰＰＴ技術は正確な結果を与えるものではない場合がある。その結果、該アレイ内のパネルの内の数個のものが理想的に動作しているに過ぎない場合がある。このことはパワー発生を劇的に減少させることとなる。何故ならば、複数のパネルからなる複数の列（ストリング）を包含しているアレイの場合に、一つの列内の最も効率の悪いパネルがその列全体に対する電流及び効率を決定するからである。

このために、幾つかの光電システムはアレイ内の各パネルに対してＤＣ−ＤＣコンバータを与えている。これらのＤＣ−ＤＣコンバータの各々は、それに対応するパネルに対しての最大パワーポイントを見つけるためにＭＰＰＴを実施する。然しながら、このシステムにおけるＤＣ−ＤＣコンバータは、パネルの実際の最大パワーポイントの代わりにそのパネルを動作するための局所的最大を選択することに欺罔される場合がある。更に、この様なシステムにおける多数のＤＣ−ＤＣコンバータの使用は、該コンバータを動作させる場合に起こされる電気的損失を発生し、そのことは全体的なシステムの効率を低下させることとなる。

以下に説明する図１乃至１２、及び本特許文書において本発明の原理を説明するために使用する種々の実施例は単に例示的なものであって本発明の範囲を制限する態様で解釈されるべきものではない。当業者は、本発明の原理は適切に構成された任意の装置又はシステムにおいて実現することが可能であることを理解するものである。

図１は、本開示の１実施例に基いて、中央的に制御することが可能なエネルギ発生システム１００を例示している。エネルギ発生システム１００は、各々が対応する局所的変換器１０４に結合されている複数個のエネルギ発生装置（ＥＧＤ）１０２を有しており、それらは一緒になってエネルギ発生アレイ１０６を形成している。この開示において説明するように、特定の実施例の場合に、エネルギ発生システム１００は光電システムを有している場合があり、且つエネルギ発生装置１０２は光電（ＰＶ）パネルを有している場合がある。然しながら、エネルギ発生システム１００は、ウインドタービンシステム、燃料電池システム等の任意のその他の適宜のタイプのエネルギ発生システムを有することが可能であることが理解されることとなる。これらの実施例の場合には、エネルギ発生装置１０２はウインドタービン、燃料電池等を有することが可能である。

本開示の１実施例に基いて制御を中央化させることが可能なエネルギ発生システムの概略図。 本開示の１実施例に基く図１の局所的変換器を例示した概略図。 本開示の１実施例に基く図２の局所的変換器の詳細を例示した概略図。 本開示の１実施例に基く図２の局所的変換器において最大パワーポイントトラッキング（ＭＰＰＴ）を実現する方法を例示したフローチャート。 本開示の１実施例に基いてエネルギ発生システム用の中央化ＭＰＰＴと分散型ＭＰＰＴとの間で選択することが可能な中央アレイ制御器を含むエネルギ発生システムを例示した概略図。 本開示の１実施例に基いて部分的に陰となった条件下における図５のアレイを例示した概略図。 （Ａ）乃至（Ｃ）は図６の光電パネルの内の３個に対応する電圧・電力特性を夫々例示した各グラフ図。 本開示の１実施例に基く図５のエネルギ発生システムに対する中央化ＭＰＰＴと分散型ＭＰＰＴとの間で選択するための方法を例示したフローチャート。 本開示の１実施例に基いてエネルギ発生システム内の局所的変換器用の局所的制御器を活性化及び脱活性化させるシステムを例示した概略図。 本開示の１実施例に基く図９のシステムに対する時間に関しての装置電圧変動の１例を示したグラフ図。 本開示の１実施例に基く図９の活性化器を例示した概略図。 本開示の１実施例に基く図９の局所的変換器を活性化及び脱活性化させるための方法を例示したフローチャート。

例示した光電システム１００は中央アレイ制御器１１０を有しており且つシステム１００がオングリッド（ｏｎ−ｇｒｉｄ）システムとして動作される場合におけるＤＣ−ＡＣ変換器１１２又はその他の適宜の負荷も有することが可能である。然しながら、システム１００は、アレイ１０６を、ＤＣ−ＡＣ変換器１１２の代わりに、バッテリー充電器又はその他の適宜のエネルギ格納装置へ結合させることによってオフグリッド（ｏｆｆ−ｇｒｉｄ）システムとして動作させることが可能であることが理解される。

アレイ１０６内の複数個のＰＶパネル１０２は複数個のストリング（列）１１４に配列されている。例示した実施例の場合、アレイ１０６は２個のストリング（列）１１４を有しており、各ストリング（列）１１４は３個のパネル１０２を有している。然しながら、アレイ１０６は任意の適宜の数のストリング１１４を有することが可能であり、且つ各ストリング１１４は任意の適宜の数のパネル１０２を有することが可能である。又、例示した実施例の場合、各ストリング１１４内のパネル１０２は直列接続で実現されている。その結果、ＤＣ−ＡＣ変換器１１２の入力ポートへ高電圧を供給する一方、各局所的変換器１０４の出力電圧は未だにその入力電圧に近いものとすることが可能であり、ＤＣ−ＡＣ変換器１１２は、幾つかの実施例の場合に、１５０Ｖと５００Ｖとの間の入力電圧で動作することが可能である。従って、並列形態ストリングの場合に使用されるような変圧器を基礎とした変換器に対する必要性が無く、その結果、効率が高く且つ低コストの局所的変換器１０４を実現することが可能である。

各ＰＶパネル１０２は太陽エネルギを電気エネルギへ変換させることが可能である。各局所的変換器１０４はその対応するパネル１０２へ結合されており且つパネル１０２によって発生される電気エネルギがアレイ１０６用の負荷（図１では不図示）によって使用可能であるようにパネル１０２によって供給される入力の電圧・電流関係を再構成することが可能である。ＤＣ−ＡＣ変換器１１２はアレイ１０６へ結合されており且つ局所的変換器１０４によって発生された直流（ＤＣ）をＤＣ−ＡＣ変換器１１２へ結合させることが可能な負荷用の交流（ＡＣ）へ変換させることが可能である。

最大パワーポイントトラッキング（ＭＰＰＴ）が、特定の温度及び太陽放射照射に対して最大パワー出力を発生するためにパネル１０２を動作すべき電圧又は電流を自動的に決定する。全アレイ１０６に対するＭＰＰＴは、アレイ１０６が理想的な条件（即ち、アレイ１０６における各パネル１０２に対して同じ放射照度、温度及び電気的特徴）下において動作している場合には、実施することが比較的容易である。然しながら、例えば、ミスマッチが存在したり又は部分的に陰となっている条件の場合には、全体としてのアレイ１０６に対するＭＰＰＴは一層複雑なものとなる。この状態においては、ＭＰＰＴ技術は、ミスマッチ状態にあるアレイ１０６のマルチピークパワー対電圧特性の相対的な最適条件に起因して正確な結果を与えるものではない場合がある。その結果、アレイ１０６内のパネル１０２の内の数個のみが理想的に動作しているに過ぎない場合があり、パワー発生を劇的に減少させることとなる。従って、この問題を解決するために、各局所的変換器１０４はそれに対応するパネル１０２に対する局所的ＭＰＰＴを与えることが可能である。この様に、各パネル１０２は理想的な条件及びミスマッチ又は陰が存在する条件の両方においてそれ自身の最適パワーポイント（ＭＰＰ）において動作することが可能である。エネルギ発生装置１０２がウインドタービンを有している実施例の場合には、ＭＰＰＴはウインドタービンのブレードのピッチを調節するために使用することが可能である。ＭＰＰＴはその他のタイプのエネルギ発生装置１０２を有するシステム１００を最適化させるために使用することが可能であることも理解される。

中央アレイ制御器１１０はアレイ１０６へ結合されており且つ有線リンク（シリアル又はパラレルバス等）又は無線リンクのいずれかを介してアレイ１０６と通信を行なうことが可能である。中央アレイ制御器１１０は診断モジュール１２０及び／又は制御モジュール１２５を有することが可能である。診断モジュール１２０は光電システム１００をモニターすることが可能であり、一方制御モジュール１２５は光電システム１００を制御することが可能である。

診断モジュール１２０は、アレイ１０６内の各局所的変換器１０４から、局所的変換器１０４用の局所的変換器データとパネル１０２に対応する局所的変換器１０４用の装置データの両方を受け取ることが可能である。ここにおいて使用されているように、「装置データ」とはパネル１０２に対する出力電圧、出力電流、温度、放射照度、出力パワー等を意味している。同様に、「局所的変換器データ」とは局所的変換器出力電圧、局所的変換器出力電流、局所的変換器出力パワー等を意味している。

診断モジュール１２０は、又、システム１００に関するレポートを発生し且つ該レポートをオペレータへ与えることが可能である。例えば、診断モジュール１２０は、オペレータに対して、装置データ及び局所的変換器データの幾つか又は全てを表示することが可能である場合がある。更に、診断モジュール１２０は、装置データ及び局所的変換器データの幾つか又は全てを制御モジュール１２５へ供給することが可能である場合がある。診断モジュール１２０は、又、任意の適宜の態様でデータを解析し且つ該解析結果をオペレータ及び／又は制御モジュール１２５へ供給することが可能である。例えば、診断モジュール１２０は、時間毎、日毎、週毎、月毎等の任意の適宜の時間枠に基いて各パネル１０２に対する統計を決定することが可能である。

診断モジュール１２０は、又、アレイ１０６に対する欠陥モニタリングを与えることが可能である。局所的変換器１０４から受け取ったデータに基いて、診断モジュール１２０は、故障したか、機能障害を起こしたか、陰がかかったか、汚染されている等のパネル１０２である１個又はそれ以上の欠陥性パネル１０２を識別することが可能である。診断モジュール１２０は、又、欠陥性パネル１０２を置換するか、修復するか、又は清掃すべきである場合にオペレータに通知することが可能である。

制御モジュール１２５は、１個又はそれ以上の局所的変換器１０４へ制御信号を送ることによってアレイ１０６を実際に制御することが可能である。例えば、制御モジュール１２５は、機能障害を起こしている対応するパネル１０３を具備する特定の局所的変換器１０４へ迂回制御信号を送ることが可能である。該迂回制御信号はそのパネルを迂回するように局所的変換器１０４を促し、迂回されるパネル１０２と同じストリング１１４内のその他のパネル１０２の動作に影響を与えること無しに、アレイ１０６からそのパネル１０２を効果的に取り除く。

更に、制御モジュール１２５は、１つ又はそれ以上の局所的変換器１０４へ制御信号を送ることが可能であり、該制御信号は局所的変換器１０４の出力電圧又は電流を調節するように指示する。幾つかの実施例の場合には、局所的変換器１０４のＭＰＰＴ機能性は中央アレイ制御器１１０へ移すことが可能である。これらの実施例の場合には、制御モジュール１２５は、又、各パネル１０２を制御モジュール１２５によって決定されるようにそれ自身のＭＰＰにおいて動作させるために各パネル１０２のＭＰＰを較正し且つ変換比コマンドを該較正に基いて各局所的変換器１０４へ送ることが可能である。

制御モジュール１２５は、又、オペレータからの命令を受け取り且つそれに関して動作することが可能である。例えば、オペレータは、システム１００がオングリッド又はオフグリッドへ移行すべきことを制御モジュール１２５へ指示することが可能であり、且つ制御モジュール１２５はシステム１００をオングリッドとさせるか又はシステム１００をオフグリッドとさせることによって応答することが可能である。

従って、中央アレイ制御器１１０を実現することによって、光電システム１００はパネル当たりを基礎としたより良い利用率を与える。又、このシステム１００は異なる供給源の混合を可能とさせることによって増加された柔軟性を与える。中央アレイ制御器１１０は、又、全システム１００に対してより良い保護及びデータ収集を与える。

図２はこの開示の１実施例に基く局所的変換器２０４を例示している。局所的変換器２０４は図１Ａの局所的変換器の内の一つ又は図１の局所的変換器１０４の内の一つを表すことが可能であるが、局所的変換器２０４はこの開示の範囲から逸脱すること無しに、任意の適宜構成されたエネルギ発生システムにおいて実現することが可能であることが理解される。更に、ＰＶパネルとして呼称するエネルギ発生装置２０２へ結合して示されているが、局所的変換器２０４はＰＶパネルの単一のセルか又は光電アレイにおける複数個のパネルからなるサブセットか、又はウインドタービン、燃料電池等の別のエネルギ発生装置２０２へ結合させることが可能であることが理解される。

局所的変換器２０４は、パワーステージ２０６及び局所的制御器２０８を有しており、該局所的制御器は、更に、ＭＰＰＴモジュール２１０及びオプションの通信インターフェース２１２を有している。パワーステージ２０６は、入力としてパネル電圧及びＰＶパネル２０２からの電流を受け取り且つ出力電圧及び電流を発生するために該入力の電圧・電流関係を再構成することが可能である。

局所的制御器２０８の通信インターフェース２１２は、局所的変換器２０４と図１の中央アレイ制御器１１０のような中央アレイ制御器との間に通信チャンネルを与えることが可能である。然しながら、局所的変換器２０４が中央アレイ制御器と通信を行なうことのない実施例の場合には、通信インターフェース２１２は省略することが可能である。

ＭＰＰＴモジュール２１２は、入力として、パネル２０２からパネル電圧及び電流を受け取ることが可能であり、且つ実現されるアルゴリズムによって必要とされる場合には、パワーステージ２０６から出力電圧及び電流を受け取ることが可能である。これらの入力に基いて、ＭＰＰＴモジュール２１０はパワーステージ２０６を制御するための信号を供給することが可能である。この様に、局所的制御器２０８のＭＰＰＴモジュール２１０はＰＶパネル２０２に対してＭＰＰＴを与えることが可能である。

ＭＰＰＴを与えることによって、ＭＰＰＴモジュール２１０は対応するパネル２０２を基本的に固定された動作点（即ち、パネル２０２の最大パワーポイントに対応する固定電圧Ｖ_ｐａｎ及び電流Ｉ_ｐａｎ）において機能することを維持する。従って、与えられた固定太陽放射照度に対して、定常状態において、局所的変換器２０４に対する入力パワーは、パネル２０２の相対的又は絶対的な最大パワーポイントに対応しているので、固定されている（即ち、Ｐ_ｐａｎ＝Ｖ_ｐａｎ・Ｉ_ｐａｎ）_。更に、局所的変換器２０４は比較的高い効率を有しており、従って、出力パワーはほぼ入力パワーに等しい（即ち、Ｐ_ｏｕｔ≒Ｐ_ｐａｎ）。

図３はこの開示の１実施例に基く局所的変換器２０４の詳細を例示している。この実施例の場合には、パワーステージ２０６は単一インダクタ・４スイッチ同期バックブーストスイッチングレギュレータ（single-inductor, four-switch synchronous buck-boost switching regulator）として実現されており、且つＭＰＰＴモジュール２１０は、パワーステージレギュレータ３０２と、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４と、２個のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）３０６及び３０８とを有している。

ＡＤＣ３０６は、アナログパネル電圧Ｖ_ｐａｎ及びアナログパネル電流Ｉ_ｐａｎをスケーリングし且つ量子化して、夫々、デジタルパネル電圧及びデジタルパネル電流を発生することが可能である。パネル電圧及びパネル電流として例示されており且つ説明するが、ウインドタービン、燃料電池等の任意の適宜のエネルギ発生装置２０２に対して、Ｖ_ｐａｎは出力装置電圧のことを意味することが可能であり且つＩ_ｐａｎは出力装置電流のことを意味することが可能であることが理解される。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４及び通信インターフェース２１２へ結合されているＡＤＣ３０６は、又、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４及び通信インターフェース２１２の両方に対してデジタルパネル電圧及び電流信号を供給することが可能である。同様に、ＡＤＣ３０８は該アナログ出力電圧及びアナログ出力電流をスケーリングし且つ量子化して、夫々、デジタル出力電圧及びデジタル出力電流を発生することが可能である。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４及び通信インターフェース２１２へ結合されているＡＤＣ３０８は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４及び通信インターフェース２１２の両方へデジタル出力電圧及び電流信号を供給することが可能である。通信インターフェース２１２は、ＡＤＣ３０６によって発生されたデジタルパネル電圧及び電流信号と、ＡＤＣ３０８によって発生されたデジタル出力電圧及び電流信号とを中央アレイ制御器へ供給することが可能である。

パワーステージレギュレータ３０２へ結合されているＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、ＡＤＣ３０６からのデジタルパネル電圧及び電流及びＡＤＣ３０８からのデジタル出力電圧及び電流を受け取ることが可能である。これらのデジタル信号の内の少なくとも幾つかに基いて、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパワーステージレギュレータ３０２に対する変換比コマンドを発生することが可能である。該変換比コマンドは、パワーステージ２０６を動作させる場合に使用するためのパワーステージレギュレータ３０２に対する変換比を有している。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４がデジタル出力電圧及び電流に基くものではなくデジタルパネル電圧及び電流に基いて該変換比コマンドを発生することが可能である実施例の場合には、ＡＤＣ３０８は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４ではなく通信インターフェース２１２のみへ該デジタル出力電圧及び電流を供給することが可能である。

幾つかの実施例の場合には、パワーステージレギュレータ３０２はバックブースト（buck-boost）モード制御論理及びデジタルパルス幅変調器を有している。このパワーステージレギュレータ３０２は、パワーステージ２０６に対するＰＷＭ信号の変換比を較正することが可能なＭＰＰＴ制御ブロック３０４によって供給される変換比に基いてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生することによって異なるモードでパワーステージ２０６を動作させることが可能である。

パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６へ結合されており、且つ該変換比に基いて決定されるデューティサイクル及びモードを使用してパワーステージ２０６を動作させることによってＭＰＰＴ制御ブロック３０４からの変換比に基いてパワーステージ２０６を動作させることが可能である。パワーステージ２０６がバックブースト変換器として実現されている例示した実施例の場合には、パワーステージ２０６に対する可能なモードは、バックモード、ブーストモード、バックブーストモード、バイパスモード、及びシャットダウンモードを包含することが可能である。

この実施例の場合には、パワーステージレギュレータ３０２は、変換比ＣＲがバックブースト範囲内にある場合に、バックブーストモードで、ＣＲがバックブースト範囲未満にある場合に、バックモードで、且つＣＲがバックブースト範囲より大きい場合に、ブーストモードで、パワーステージ２０６を動作させることが可能である。バックブースト範囲は、実質的に１に等しい値を包含している。例えば、特定の実施例の場合に、バックブースト範囲は０．９５乃至１．０５を有することが可能である。パワーステージ２０６がバックモードにある場合、ＣＲが最大バック変換比ＣＲ_{ｂｕｃｋ，ｍａｘ}未満である場合には、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６を完全にバック形態で動作させることが可能である。同様に、パワーステージ２０６がブーストモードにある場合、ＣＲが最大ブースト変換比ＣＲ_{ｂｏｏｓｔ，ｍｉｎ}より大きい場合には、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６を完全にブースト形態で動作させることが可能である。

最後に、パワーステージレギュレータ３０２は、該変換比がＣＲ_{ｂｕｃｋ，ｍａｘ}よりも大きく且つＣＲ_{ｂｏｏｓｔ，ｍｉｎ}未満である場合に、パワーステージ２０６をバック形態及びブースト形態で交互に動作させることが可能である。この場合に、パワーステージレギュレータ３０２は時分割多重化を実施してバック形態とブースト形態との間で交互動作させることが可能である。従って、該変換比がＣＲ_{ｂｕｃｋ，ｍａｘ}に一層近い場合には、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６をブースト形態よりも一層頻繁にバック形態で動作させることが可能である。同様に、該変換比がＣＲ_{ｂｏｏｓｔ，ｍｉｎ}に一層近い場合には、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６をバック形態よりも一層頻繁にブースト形態で動作させることが可能である。該変換比がＣＲ_{ｂｕｃｋ，ｍａｘ}とＣＲ_{ｂｏｏｓｔ，ｍｉｎ}との間の中間点近くにある場合には、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６をブースト形態とほぼ同じ頻度でバック形態において動作させることが可能である。例えば、パワーステージ２０６がバックブーストモードにある場合に、パワーステージレギュレータ３０２は、バック形態とブースト形態とにおいてパワーステージ２０６を均等に交互に動作させることが可能である。

例示した実施例の場合には、パワーステージ２０６は４個のスイッチ３１０ａ−ｄと、インダクターＬと、コンデンサＣとを有している。幾つかの実施例の場合には、スイッチ３１０はＮチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴを有する場合がある。特定の実施例の場合には、これらのトランジスタはガリウム窒化物・オン・シリコン装置を有することが可能である。然しながら、スイッチ３１０はこの開示の範囲から逸脱すること無しにその他の態様で適宜に実現することが可能であることが理解される。更に、パワーステージ２０６はスイッチ３１０（例えば、該トランジスタのゲート）を駆動するために１個又はそれ以上のドライバ（図３においては不図示）を有することが可能である。例えば、特定の実施例の場合には、第１ドライバをトランジスタ３１０ａ及び３１０ｂのゲートを駆動するためにパワーステージレギュレータ３０２とトランジスタ３１０ａ及び３０１ｂとの間に結合させることが可能であり、一方第２ドライバをトランジスタ３１０ｃ及び３１０ｄのゲートを駆動するためにパワーステージレギュレータ３０２とトランジスタ３１０ｃ及び３１０ｄとの間に結合させることが可能である。この実施例の場合には、パワーステージレギュレータ３０２によって発生されるＰＷＭ信号が該ドライバへ供給され、該ドライバはこれらのＰＷＭ信号に基いてそれらの夫々のトランジスタ３１０のゲートを駆動する。

例示した実施例の場合には、パワーステージ２０６を動作させる場合に、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６のスイッチ３１０を制御するためにデジタルパルスを発生することが可能である。以下に説明する実施例の場合には。スイッチ３１０はトランジスタを有している。バック形態の場合には、パワーステージレギュレータ３０２はトランジスタ３１０ｃをターンオフし且つトランジスタ３１０ｄをターンオンさせる。該パルスは、次いで、パワーステージ２０６がバックレギュレータとして動作するようにトランジスタ３１０ａ及びトランジスタ３１０ｂを交互にターンオン及びターンオフさせる。この実施例に対するトランジスタ３１０ａのデューティサイクルは、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４によって発生される変換比コマンド内に包含されているデューティサイクルＤに等しい。ブーストモードの場合には、パワーステージレギュレータ３０２はトランジスタ３１０ａをターンオンし且つトランジスタ３０１ｂをターンオフする。該パルスは、次いで、パワーステージ２０６がブーストレギュレータとして動作するようにトランジスタ３１０ｃ及びトランジスタ３１０ｄを交互にターンオン及びオフさせる。この実施例に対するトランジスタ３１０ｃのデューティサイクルは１−Ｄに等しい。

バックブーストモードの場合には、パワーステージレギュレータ３０２は、上述した如く、バック形態とブースト形態との間で時分割多重化を実施する。パワーステージレギュレータ３０２は、トランジスタ３１０ａ及び３１０ｂのバックスイッチ対及びトランジスタ３０１ｃ及び３０１ｄのブーストスイッチ対に対する制御信号を発生する。トランジスタ３１０ａに対するデューティサイクルはＣＲ_{ｂｕｃｋ，ｍａｘ}に対応するデューティサイクルに固定され、且つトランジスタ３１０ｃに対するデューティサイクルはＣＲ_{ｂｏｏｓｔ，ｍｉｎ}に対応するデューティサイクルに固定される。特定した時間期間にわたってのバック形態及びブースト形態動作の間の比はＤに対して直線的に比例している。

パワーステージ２０６は、出力電圧がパネル電圧に近い場合に、バックブーストモードで動作される。この状態において、例示した実施例の場合には、インダクタ電流リップル及び電圧スイッチに起因するストレスは、ＳＰＥＩＣ及び従来のバックブースト変換器のものよりも一層低い。又、例示したパワーステージ２０６は、従来のバックブースト変換器と比較して、一層高い効率を達成する。

幾つかの実施例の場合には、図４に関連して以下により詳細に説明するように、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は４つのモード、即ち、ドーマント（dormant）、トラッキング（tracking）、ホールディング（holding）、及びバイパス（bypass）の内の一つにおいて動作することが可能である。パネル電圧が予め決定した一次スレッシュホールド電圧未満である場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はドーマントモードで動作することが可能である。ドーマントモードにある間は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はトランジスタ３１０ａ〜ｄをターンオフさせる。例えば、幾つかの実施例の場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４がドーマントモードにある場合にはトランジスタ３１０ａ〜ｄをターンオフさせるべくパワーステージレギュレータ３０２を促す変換比コマンドを発生することが可能である。従って、パワーステージ２０６はシャットダウンモードとされ且つパネル２０２は迂回され、パネル２０２をそれが実現されている光電システムから事実上取り除くこととなる。

パネル電圧が該一次スレッシュホールド電圧を超えて上昇すると、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はトラッキングモードで動作することが可能である。このモードにおいて、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、パワーステージレギュレータ３０２に対する最適な変換比を決定するためにパネル２０２に対する最大パワーポイントトラッキングを実施することが可能である。又、このモードにおいては、パワーステージレギュレータ３０２はパワーステージ２０６を、現在発生されている変換比コマンドに依存して、バックモード、ブーストモード、又はバックブーストモードとさせる。

更に、幾つかの実施例の場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、又、シャットダウンレジスタを有することが可能であり、該シャットダウンレジスタは、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４がパワーステージ２０６をシャットダウンモードに維持することを強制させるために、システムのオペレータか又は中央アレイ制御器において実現される制御プログラム等の任意の適宜の制御プログラムによって修正させることが可能である。この実施例の場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、（ｉ）パネル電圧が一次スレッシュホールド電圧を超え、且つ（ｉｉ）シャットダウンレジスタがＭＰＰＴ制御ブロック３０４がパワーステージ２０６をシャットダウンモードから外すことが可能であることを表す、これらの両方の条件が満足されるまで、トラッキングモードにおいて動作を開始することはない。

ＭＰＰＴ制御ブロック３０４が最適な変換比を見つけ出した場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は予め定めた時間期間の間ホールディングモードで動作することが可能である。このモードにおいて、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、パワーステージレギュレータ３０２に対して、継続してトラッキングモードにおいて最適な変換比であると決定された同じ変換比を供給することが可能である。又、このモードにおいて、トラッキングモードの場合のように、パワーステージ２０６は、変換比コマンド内に与えられている最適な変換比に依存して、バックモード、ブーストモード、又はバックブーストモードとされる。該予め定めた時間期間が経過した後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、最適な変換比が変化していないことを確認するため、又はパネル２０２に対する条件が変化した場合には新たな最適な変換比を見つけ出すために、トラッキングモードへ復帰することが可能である。

図５〜８に関連して以下に一層詳細に説明するように、光電アレイ内のパネル２０２等の各パネルが一様な照明の下にあり且つパネル２０２間にミスマッチが存在しない場合には、中央アレイ制御器は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４、従ってパワーステージ２０６をバイパスモードとさせることが可能である。バイパスモードにおいては、幾つかの実施例の場合に、トランジスタ３１０ａ及び３１０ｄがターンオンされ且つトランジスタ３１０ｂ及び３１０ｃがターンオフされ、従ってパネル電圧は出力電圧と等しくなる。その他の実施例の場合には、オプションのスイッチ３１２がパワーステージ２０６内に包含させることが可能であり、それは入力ポートを出力ポートへ結合させて出力電圧をパネル電圧と等しくさせることが可能である。この様に、ＭＰＰＴが局所的に必要とされない場合には、局所的変換器２０４はシステムから基本的に取り除くことが可能であり、それにより局所的変換器２０４と関連する損失を減少させ且つその寿命を増加させることによって効率を最大化させる。

従って、上述した如く、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、ドーマントモードで動作し且つパワーステージ２０６をシャットダウンモードとさせることが可能である、そのことはパネル２０２を迂回させる。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、又、トラッキングモード又はホールディングモードで動作することが可能である。これらのモードのいずれにおいても、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパワーステージ２０６をバックモード、ブーストモード及びバックブーストモードの内の一つのモードとさせることが可能である。最後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、バイパスモードで動作し且つパワーステージ２０６をバイパスモードとさせることが可能であり、そのことはパネル２０２をアレイ内の他のパネル２０２へ直接結合させることを可能とさせる一方、局所的変換器２０４をバイパスさせる。

局所的変換器２０４をこの様な態様で動作させることによって、パネル２０２を含む複数のパネルからなるストリング（列）に対するストリング電流は個々のパネル電流とは独立的である。その代わりに、ストリング電流はストリング電圧及び全ストリングパワーによって設定される。更に、陰が無いパネル２０２は、ストリング内のその他のパネルの陰条件とは無関係に、ピークパワー点において継続して動作することが可能である。

代替的実施例の場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４が最適な変換比を見つけた場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、最適な変換比がパワーステージ２０６に対するバックブーストモードに対応している場合には、ホールディングモードの代わりにバイパスモードで動作することが可能である。バックブーストモードにおいては、出力電圧はパネル電圧に近い。従って、パネル２０２は、局所的変換器２０４をバイパスすることによってその最大パワーポイントの近くで動作させることが可能であり、そのことは効率を増加させる。前に説明した実施例の場合における如く、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、最適な変換比がバックブーストモード範囲内に留まっていることを検証するために、このバイパスモードから周期的にトラッキングモードへ復帰することが可能である。

幾つかの実施例の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、パワーステージ２０６のトランジスタ、インダクタ、及びコンデンサ上のストレスを回避するために、通常の段階的変化ではなく、パワーステージレギュレータ３０２に対する変換比を漸進的に調節することが可能である。幾つかの実施例の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、変換比の代わりにパネル電圧又はコンダクタンスを調節するために異なるＭＰＰＴ技術を実現することが可能である。更に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、動的入力電圧規制のために変換比の代わりに基準電圧を調節することが可能である。

更に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、シャットダウンモードとパワーステージ２０６用のその他のモードとの間で比較的高速で且つ滑らかな遷移を可能とさせることが可能である。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は非揮発性メモリを有することが可能であり、それは変換比等の以前の最大パワーポイント状態を格納することが可能である。この実施例の場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４がドーマントモードへ遷移している場合には、最大パワーポイント状態がこの非揮発性メモリ内に格納される。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４がその後にトラッキングモードへ帰還すると、格納されている最大パワーポイント状態を初期的最大パワーポイント状態として使用することが可能である。この様に、シャットダウンモードとその他のモードとの間の遷移はパワーステージ２０６に対して著しく減少させることが可能である。

幾つかの実施例の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、又、局所的変換器２０４に対して過剰パワー及び／又は過剰電圧保護を与えることが可能である。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は最大のパワーを抽出することを試みる。何故ならば、信号Ｖ_ｐａｎ及びＩ_ｐａｎがＡＤＣ３０６を介してＭＰＰＴ制御ブロック３０４へフィードフォアワードされるからである。局所的変換器２０４に対する出力電圧は、パワーステージ２０６出力において開回路が存在する場合には、最大に到達する。従って、過剰パワー保護の場合に、局所的変換器２０４の出力電流は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４をターンオン及びオフするための信号として使用することが可能である。この実施例の場合に、出力電流が低く降下しすぎると、パネル電圧が出力電圧とほぼ等しいように、変換比をＭＰＰＴ制御ブロック３０４によって設定させることが可能である。

過剰電圧保護の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４が超えることの無い変換比コマンドに対する最大変換比を有している場合がある。従って、変換比が最大変換比を超えて継続して一層高いものであるような場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は変換比をその最大値に制限する。このことは、出力電圧が対応する最大値を超えて増加することがないことを確保する。最大変換比の値は固定したもの又は適応的なものとすることが可能である。例えば、適応的変換比制限は、パネル電圧を検知し、且つ、パワーステージ２０６の変換比に従って変換比の次にプログラムされている値に対応する出力電圧の推定を計算することによって達成することが可能である。

更に、例示した実施例の場合に、パワーステージ２０６は、オプションの単一方向スイッチ３１４を有している。このオプションのスイッチ３１４は、パワーステージ２０６がシャットダウンモードにある場合にパネル２０２を迂回させることを可能とさせるために設けることが可能であり、それによりパネル２０２をアレイから取り除き一方その他のパネル２０２は継続して動作することを可能とさせる。特定の実施例の場合に、この単一方向スイッチ３１４はダイオードを有することが可能である。然しながら、単一方向スイッチ３１４はこの開示の範囲を逸脱すること無しに任意のその他の適宜のタイプの単一方向スイッチを有することが可能である。

図４は、この開示の１実施例に基いて局所的変換器２０４においてＭＰＰＴを実現するための方法４００を例示している。この方法４００の実施例は単に例示的なものであるに過ぎない。方法４００のその他の実施例をこの開示の範囲を逸脱すること無しに実現することが可能である。

方法４００は、ドーマントモードで動作しているＭＰＰＴ制御ブロック３０４で開始する（ステップ４０１）。例えば、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、変換比コマンドを発生してパワーステージレギュレータ３０２がパワーステージ２０６のトランジスタ３１０ａ〜ｄをターンオフさせることを促し、それによりパワーステージ２０６をシャットダウンモードとさせ且つパネル２０２を迂回することが可能である。

ドーマントモードにある間に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパネル電圧Ｖ_ｐａｎをモニターし且つパネル電圧を一次スレッシュホールド電圧Ｖ_ｔｈと比較する（ステップ４０２）。例えば、ＡＤＣ３０６はパネル電圧をアナログ信号からデジタル信号を変換し且つそのデジタルパネル電圧をＭＰＰＴ制御ブロック３０４へ供給することが可能であり、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は該デジタルパネル電圧と比較するための該一次スレッシュホールド電圧を格納している。

パネル電圧が一次スレッシュホールド電圧より低いままである限り（ステップ４０２）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は継続してドーマントモードで動作する。更に、上述した如く、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、シャットダウンレジスタがパワーステージ２０６がシャットダウンモードに留まるべきであることを表す場合には、ドーマントモードに留まることが可能である。然しながら、パネル電圧が一次スレッシュホールド電圧を超えると（ステップ４０２）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、初期的変換比を包含しているパワーステージ２０６を動作させるための変換比コマンドを発生する（ステップ４０３）。例えば、１実施例の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は変換比１で開始することが可能である。代替的に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、以前のトラッキングモード期間中に決定された最適な変換比を格納することが可能である。この実施例の場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、変換比を以前に決定した最適な変換比と同じであるように初期化させることが可能である。又、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４によって発生される変換比コマンドはパワーステージレギュレータ３０２へ供給され、それは該初期的変換比を使用してパワーステージ２０６を動作させる。

この点において、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパネル電流Ｉ_ｐａｎ及び出力電流Ｉ_ｏｕｔをモニターし、且つ該パネル電流及び出力電流をスレッシュホールドＩ_ｔｈと比較する（ステップ４０４）。例えば、ＡＤＣ３０６は該パネル電流をアナログ信号からデジタル信号へ変換し且つ該デジタルパネル電流をＭＰＰＴ制御ブロック３０４へ供給することが可能であり、且つＡＤＣ３０８は該出力電流をアナログ信号からデジタル信号へ変換し且つ該デジタル出力電流をＭＰＰＴ制御ブロック３０４へ供給することが可能であり、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は該デジタルパネル電流及びデジタル出力電流と比較するためのスレッシュホールド電流を格納している。これらの電流Ｉ_ｐａｎ及びＩ_ｏｕｔの内の少なくとも一つが該スレッシュホールド電流より下側に留まる限り（ステップ４０４）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は継続して電流レベルをモニターする。然しながら、これらの電流の両方が該スレッシュホールド電流を超えると（ステップ４０４）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はトラッキングモードで動作を開始し、そのことは、初期的にトラッキング変数Ｔを１に設定し且つカウントを初期化することを包含している（ステップ４０６）。

図４の方法４００には図示していないが、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、トラッキングモードにある間に継続してパネル電圧をモニターし且つ該パネル電圧を一次スレッシュホールド電圧未満の二次スレッシュホールド電圧と比較することが可能であることが理解される。パネル電圧がこの二次スレッシュホールド電圧より下側へ降下すると、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はドーマントモードへ復帰することが可能である。一次スレッシュホールド電圧未満の二次スレッシュホールド電圧を使用することによって、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はノイズ免疫性が与えられ、それはＭＰＰＴ制御ブロック３０４がドーマントモードとトラッキングモードとの間で頻繁にスイッチングすることを防止する。

トラッキング変数の値を設定し且つカウントを初期化した後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパネル２０２に対する初期パワーを計算する（ステップ４０８）。例えば、ＡＤＣ３０６はデジタルパネル電流及びパネル電圧信号（Ｉ_ｐａｎ及びＶ_ｐａｎ）をＭＰＰＴ制御ブロック３０４へ供給することが可能であり、該ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はこれらの信号を共に掛け合わせて該装置（即ち、パネル）パワー（Ｉ_ｐａｎ・Ｖ_ｐａｎ）に対する初期値を決定する。

初期パワーを計算した後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は変換比を第一方向に修正し且つ修正した変換比を有する変換比コマンドを発生する（ステップ４１０）。例えば、幾つかの実施例の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は変換比を増加させる場合がある。その他の実施例の場合に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は変換比を減少させる場合がある。安定化するためのシステム時間を与えた後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパネル２２２に対する現在のパワーを計算する（ステップ４１２）。例えば、ＡＤＣ３０６はデジタルパネル電流及びパネル電圧信号をＭＰＰＴ制御ブロック３０４へ供給することが可能であり、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はこれらの信号を共に掛け合わせてパネルパワーに対する現在の値を決定する。

次いで、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は現在の計算されたパワーを初期的には初期パワーである以前に計算したパワーと比較する（ステップ４１４）。現在のパワーが以前のパワーよりも大きい場合には（ステップ４１４）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は変換比を以前の修正と同じ方向に修正し且つアップデートした変換比コマンドを発生する（ステップ４１６）。幾つかの実施例の場合に、変換比は同じ寸法の増分で一層高く又は一層低く修正させることが可能である。その他の実施例の場合には、変換比はシステム応答を最適化させるために線形的な又は非線形的な増分で一層高く又は一層低く修正させることが可能である。例えば、変換比が最適値からかなり離れている場合には、初期的には一層大きな増分を使用し次いで最適値に近づくに従い一層小さな増分を使用することが幾つかのシステムの場合に望ましい場合がある。

ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、又、トラッキング変数Ｔが１に等しいか否か、即ち、変換比が以前の計算の前の計算に対して修正された場合の以前の計算に対するものと同じ方向に修正されたことを表すものであるか否か、を決定する（ステップ４１８）。従って、Ｔ＝１である場合には、パネルパワーは同一の方向において変換比の以前の修正で増加している。この場合には、安定化するためにシステム時間を与えた後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、再度、パネル２０２に対する現在のパワーを計算し（ステップ４１２）且つそれを以前のパワーと比較する（ステップ４１４）。然しながら、Ｔが１に等しくないこと、即ち、変換比が以前の計算の前の計算に対して修正された場合とは以前の計算に対して反対の方向に修正されたこと（ステップ４１８）を示していること、をＭＰＰＴ制御ブロック３０４が判別する場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はＴを１に設定し且つカウントをインクリメントさせる（ステップ４２０）。

次いで、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はカウントがカウントスレッシュホールドＣ_ｔｈを超えたか否かを判別する（ステップ４２２）。カウントスレッシュホールドが該カウントの現在値によって越えられていない場合には（ステップ４１２）、安定化するためにシステム時間を与えた後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、再度、パネル２０２に対する現在のパワーを計算し（ステップ４１２）且つそれを以前のパワーと比較して（ステップ４１４）パネルパワーが増加しているか又は減少しているかを判別する。

現在のパワーが以前のパワーよりも一層大きいものではないことをＭＰＰＴ制御ブロック３０４が判別すると（ステップ４１４）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は以前の修正とは反対の方向に変換比を修正し且つアップデートした変換比コマンドを発生する（ステップ４２４）。ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、又、トラッキング変数Ｔが２に等しいか否か、即ち、変換比が以前の計算の前の計算に対して修正された場合とは以前の計算に対して反対の方向に修正されたことを示しているか否か、を判別する（ステップ４２６）。この場合には、安定化するためのシステム時間を与えた後に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、再度、パネル２０２に対する現在のパワーを計算し（ステップ４１２）且つそれを以前のパワーと比較する（ステップ４１４）。

然しながら、Ｔが２に等しくないこと、即ち、変換比が以前の計算の前の計算に対して修正された場合に以前の計算に対するのと同じ方向に修正されたことを示していること、をＭＰＰＴ制御ブロック３０４が判別する場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はＴを２に設定し且つカウントをインクリメントさせる（ステップ４２８）。次いで、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、上述した如く、カウントがカウントスレッシュホールドＣ_ｔｈを超えたか否かを決定する（ステップ４２２）。

カウントがカウントスレッシュホールドを超えている場合（ステップ４２２）、即ち、変換比がカウントスレッシュホールドよりも大きな回数にわたり第１方向及び第２方向に交互に修正されたことを示している場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はパネル２０２に対する最大パワーポイントに対応する最適な変換比を見つけ出しており、且つＭＰＰＴ制御ブロック３０４はホールディングモードにおいて動作を開始する（ステップ４３０）。

ホールディングモードにある間に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はタイマーを設定し且つカウントを再初期化させることが可能である（ステップ４３２）。タイマーが時間経過すると（ステップ４３４）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４はトラッキングモードへ復帰し（ステップ４３６）且つ現在のパワーを計算して（ステップ４１２）、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４が以前にトラッキングモードにあった時に計算した最後のパワーと比較することが可能である（ステップ４１４）。この様に、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、最適な変換比が変化していないことを確保することが可能であるか、又はパネル２０２に対する条件が変化した場合には異なる最適な変換比を見つけ出すことが可能である。

図４Ａはエネルギ発生装置２０２に対する最大パワーポイントをトラッキング、即ち追跡するための方法４００の１例を例示しているが、この方法４００に対する種々の変形例を構成することが可能である。例えば、方法４００を光電パネルに関して説明したが、方法４００はウインドタービン、燃料電池等のその他のエネルギ発生装置２０２に対して実現することが可能である。更に、方法４００を図３のＭＰＰＴ制御ブロック３０４に関して説明したが、方法４００は本開示の範囲を逸脱すること無しに任意の適宜に構成されたＭＰＰＴ制御ブロックにおいて実現することが可能であることが理解される。更に、幾つかの実施例の場合には、最適な変換比がパワーステージ２０６に対するバックブーストモードに対応することをＭＰＰＴ制御ブロック３０４が判別する場合には、ＭＰＰＴ制御ブロック３０４は、ステップ４３０において、ホールディングモードの代わりにドーマントモードで動作することが可能である。これらの実施例の場合には、ドーマントモード期間中にタイマーが時間経過した後の時間量が、ホールディングモード期間中にタイマーと関連する時間量と同じであるか又は異なるものである場合がある。又、一連のステップとして示してあるが、方法４００におけるステップはオーバーラップするか、並列的に発生するか、複数回発生するか、又は異なる順番で発生することが可能である。

図５は、本開示の１実施例に基づくエネルギ発生システム５００を例示しており、それは、複数個のエネルギ発生装置５０２と、エネルギ発生システム５００に対して集中型（中央化）ＭＰＰＴ及び分散型ＭＰＰＴの間で選択することが可能な中央アレイ制御器５１０とを包含している。ここで説明する実施例の場合には、エネルギ発生システムは、各々が対応する局所的変換器５０４へ結合されている複数個の光電パネル５０２からなるアレイを有する光電システム５０２を参照して説明する。

各局所的変換器５０４は、パワーステージ５０６と局所的制御器５０８とを具備している。更に、幾つかの実施例の場合には、各局所的変換器５０４は、スイッチ３１２等のオプションの内部スイッチを介してバイパスさせることが可能である。バイパスされると、局所的変換器５０４の出力電圧は基本的にその入力電圧に等しい。この様に、局所的変換器５０４の動作と関連する損失は最小化させることが可能であり、又は局所的変換器５０４が必要とされない場合には除去することも可能である。

中央アレイ制御器５１０に加えて、システム５００の例示した実施例は、又、変換ステージ５１２と、グリッド５１４と、データバス５１６とを有することが可能である。中央アレイ制御器５１０は、診断モジュール５２０と、制御モジュール５２５と、オプションの変換ステージ（ＣＳ）最適化器５３０とを有している。更に、例示した実施例は、変換ステージ５１２内にグローバル制御器５４０を設けている。然しながら、グローバル制御器５４０は、変換ステージ５１２の代わりに中央アレイ制御器５１０において実現することが可能であることが理解される。又、ＣＳ最適化器５３０は、中央アレイ制御器５１０の代わりに変換ステージ５１２内において実現させることが可能である。

幾つかの実施例の場合に、パネル５０２及び局所的変換器５０４は、図１のパネル１０２及び局所的変換器１０４を、及び／又は図２又は３のパネル２０２及び局所的変換器２０４を表すことが可能であり、中央アレイ制御器５１０は、図１の中央アレイ制御器１１０を表すことが可能であり、及び／又は変換ステージ５１２は、図１のＤＣ−ＡＣ変換器１１２を表すことが可能である。更に、診断モジュール５２０及び制御モジュール５２５は、診断モジュール１２０及び制御モジュール１２５を夫々表すことが可能である。然しながら、システム５００のコンポーネントは任意の適宜の態様で実現することが可能であることが理解される。変換ステージ５１２は、ＤＣ−ＡＣ変換器と、バッテリーチャージャー又はその他のエネルギ格納装置と、又は任意のその他の適宜のコンポーネントとを有することが可能である。グリッド５１４は、光電システム５００によって発生されるエネルギに基いて動作することが可能な任意の適宜の負荷を有することが可能である。

各局所的制御器５０８は、データバス５１６、又は、代替的に、無線リンク、を介して、中央アレイ制御器５１０へ対応するパネル５０２用の装置データ及び局所的変換器データを供給することが可能である。このデータに基いて、診断モジュール５２０は、パネル５０２が準理想的条件で、即ち、パネル５２０がミスマッチではなく且つ基本的に互いに同じ量で照明されている状態で、動作しているか否かを判別することが可能である。この場合に、診断モジュール５２０は、システム５００を中央化ＭＰＰＴ（ＣＭＰＰＴ）モードとさせるために制御モジュール５２５を促すことが可能である。このことを達成するために、制御モジュール５２５は、局所的変換器５０４をバイパスモードで動作することによって局所的変換器５０４をディスエーブルさせるために局所的制御器５０８の各々へデータバス５１６を介してディスエーブル信号を送信することが可能である。制御モジュール５２５は、又、イネーブル信号をグローバル制御器５４０へ送信することが可能である。

バイパスモードにおいて、局所的制御器５０８は、最早、ＭＰＰＴを実施することはなく、且つパワーステージ５０６の出力電圧は、基本的に、パネル５０２からのパネル電圧に等しい。従って、局所的変換器５０４を動作させることに関連する損失は、最小化され、且つシステム５００の効率は最大化される。局所的変換器５０４がバイパスモードで動作している場合には、グローバル制御器５４０は複数のパネル５０２からなるアレイに対してＣＭＰＰＴを実施することが可能である。

診断モジュール５２０は、又、パネル５０２の幾つかが陰がかかっており、ミスマッチの状態（即ち、幾つかのパネル５０２はアレイ内の他のパネル５０２と比較して異なる特性を有している）であるか否かを判別することが可能である。この場合には、診断モジュール５０２は、システム５００を分散型ＭＰＰＴ（ＤＭＰＰＴ）モードとさせるべく制御モジュール５２５を促すことが可能である。このことを達成するために、制御モジュール５２５は、局所的変換器５０４の通常動作を許容することによって局所的変換器５０４をイネーブルさせるために局所的制御器５０８の各々へデータバス５１６を介してイネーブル信号を送信することが可能である。制御モジュール５２５は、又、グローバル制御器５４０へディスエーブル信号を送信することが可能である。

パネル５０２の幾つかに陰がかかっている場合には、診断モジュール５２０は、陰がかかっているパネル５０２の幾つかが部分的に陰がかかっている場合があることを判別することが可能である。この場合には、システム５００をＤＭＰＰＴモードとさせるために制御モジュール５２５を促すことに加えて、診断モジュール５２０は、部分的に陰がかかっているパネル５０２に対する局所的制御器５０８が局所的最大ではなくそれらの実際の最大パワー点を見出していることを確保するために、システム５００の完全なる診断スキャンを実施することも可能である。エネルギ発生装置５２０がウインドタービンを有している実施例の場合に、診断モジュール５２０は、変化する風パターン、丘、又は風をブロックするその他の構造物、又はその他の風に影響を与える条件に起因して、ウインドタービンの幾つかが「shaded（即ち、陰となっている）」か否かを判別することが可能である。

光電システム５００に対して部分的に陰となっている状態を図６及び７Ａ−７Ｃに例示してある。図６は部分的に陰となっている条件下における光電アレイ６００を例示している。図７Ａ−７Ｃは、図６の光電パネルの内の３つに対応する電圧・パワー特性を例示したグラフ７００，７０５，７１０である。

例示したアレイ６００は複数の光電パネルからなる３個のストリング（列）６１０を有している。ストリング６１０ｃ内のパネルの内の３個は、パネルＡ、パネルＢ、パネルＣと符号が付けられている。これらのパネルは図５のパネル５０２か、又は任意のその他の適宜に構成されている光電システムにおけるパネルを表すことが可能であることが理解される。これらのパネルの内の幾つかは陰付領域６２０によって完全に又は部分的に被覆されている。

例示した例においては、パネルＡは完全に照明されており、一方パネルＢは部分的に陰がつけられており、且つパネルＣは陰付領域６２０によって完全に陰が付けられている。図７Ａのグラフ７００における電圧対パワー特性はパネルＡに対応しており、図７Ｂのグラフ７０５における電圧対パワー特性はパネルＢに対応しており、且つ図７Ｃのグラフ７１０における電圧対パワー特性はパネルＣに対応している。

従って、グラフ７０５において示されている如く、部分的に陰が付けられているパネルＢは、その実際の最大パワー点７２５とは異なる局所的最大値７２０を有している。中央アレイ制御器５１０の診断モジュール５２０は、パネルＢが部分的に陰が付けられていることを判別することが可能であり且つパネルＢが局所的最大値７２０ではなくその実際の最大パワー点７２５においてその局所的制御器５０８によって動作されていることを確保するためにフル診断スキャンを実施することが可能である。点７２５の様な実際の最大パワー点の代わりに点７２０のような局所的最大パワー点において動作しているパネル５０２は、「過少性能（under-performing）」パネル５０２と呼称される。

特定の実施例の場合に、診断モジュール５２０は、以下の如くにして、部分的に陰が付けられたパネル５０２を識別することが可能である。第１に、診断モジュール５２０は、パネル１，．．．，Ｎが同じ特性を具備する考慮中のアレイ内の複数のパネル５０２からなるサブセットであると仮定し、且つＰ_{ｐａｎ，ｉ}がセット［１，．．．，Ｎ］に属するｉ番目のパネル５０２の出力パワーであると仮定する。次いで、以下の通りであるとする。

尚、Ｐ_{ｐａｎ，ｍａｘ}は最良性能パネル５０２の出力パワーであり、且つＰ_{ｐａｎ，ｍｉｎ}は最悪性能パネル５０２の出力パワーである。

診断モジュール５２０は、又、以下の式によって変数φ_ｉを定義する。

ｉ番目のパネル５０２が完全に又は部分的に陰が付けられている確率は以下の如くに表すことが可能である。

尚、ｋは１以下である定数である。従って、次式が得られる。

尚、

診断モジュール５２０は、又、ＤＭＰＰＴが必要とされるように確率関数ρ_ｍａｘの最小値としてρ_{ＤＭＰＰＴ}を定義する。従って、ρ_ｍａｘがρ_{ＤＭＰＰＴ}よりも大きい場合には、ＤＭＰＰＴがイネーブルされる。更に、部分的に陰が付けられている場合があるいずれかのパネル５０２がそれらのＭＰＰにおいて動作しているか否かを判別するために診断機能が必要とされるように確率関数ρ_ｍａｘの最小値としてρ_ｄｉａｇが定義される。従って、ρ_ｍａｘがρ_ｄｉａｇよりも大きい場合には、診断モジュール５２０は、部分的に陰が付けられている場合があるパネル５０２を識別し且つこれらの識別されたパネル５０２に関してスキャンを実施する。

診断モジュール５２０は、パネル５０２の間の比較的小さなミスマッチの場合でもＤＭＰＰＴをイネーブルさせることが可能であるが、一層大きなミスマッチの場合には、診断モジュール５２０はフル即ち完全な診断スキャンを実施することが可能である。そうであるから、ρ_{ＤＭＰＰＴ}の値は、通常、ρ_ｄｉａｇ未満である。

従って、幾つかの実施例の場合には、診断モジュール５２０は、システム５００が、ρ_ｍａｘ＜ρ_{ＤＭＰＰＴ}である場合には、ＣＭＰＰＴモードであり、ρ_{ＤＭＰＰＴ}＜ρ_ｍａｘ＜ρ_ｄｉａｇである場合に、ＤＭＰＰＴモードであり、且つρ_ｍａｘ＞ρ_ｄｉａｇである場合には、フル診断スキャンと共にＤＭＰＰＴモードであるべきであることを判別することが可能である。

これらの実施例の場合には、フル診断スキャンは、ρ_ｊ＞ρ_ｄｉａｇに対しての各パネルｊの電圧対パワー特性の完全なスキャンを包含することが可能である。診断モジュール５２０は、中央アレイ制御器５１０によって与えられるタイミングに基づいてこの様な各パネル５０２の特性を個別的にスキャンすることが可能である。この様に、変換ステージ５１２は継続して通常に動作することが可能である。

システム５００がＤＭＰＰＴモードで動作している場合に、ＣＳ最適化器５３０は変換ステージ５１２の動作点を最適化させることが可能である。１実施例の場合に、変換ステージ５１２の動作点は一定値に設定することが可能である。然しながら、ＣＳ最適化器５３０が実現されている実施例の場合には、変換ステージ５１２の動作点はＣＳ最適化器５３０によって最適化させることが可能である。１実施例の場合に、変換ステージ５１２の動作点は一定値に設定することが可能である。然しながら、ＣＳ最適化器５３０が実現されている実施例の場合には、変換ステージ５１２の動作点はＣＳ最適化器５３０によって最適化させることが可能である。

特定の実施例の場合に、ＣＳ最適化器５３０は、以下に説明する如くに、変換ステージ５１２に対する最適化された動作点を決定することが可能である。ｉ番目のパワーステージ５０６に対して、デューティサイクルはＤ_ｉとして定義され且つその変換比はＭ（Ｄ_ｉ）として定義される。パワーステージ５０６は、Ｍ_０の公称変換比を有するべく構成される。従って、パワーステージ５０６を可及的にＭ_０に近くに動作させることは、一層高い効率を与え、ストレスを低下させ、且つ出力電圧飽和の確率を低下させる。ステップアップコンバータを具備するパワーステージ５０６の場合には、Ｍ_０は１である場合がある。

そのために、最適化原理は以下の如くに定義することが可能である。

従って、次式が得られる。

尚、Ｉ_{ｐａｎ，ｉ}はｉ番目パワーステージ５０６の入力電流であり、Ｉ_{ｏｕｔ，ｉ}はｉ番目パワーステージ５０６の出力電流でありη_ｉはｉ番目パワーステージ５０６の効率であり、且つＩ_ＬＯＡＤは変換ステージ５１２に対する入力電流である。その結果、最適化原理は以下の如くに書き直すことが可能である。

ＣＳ最適化器５３０は、変換ステージ５１２の入力電流がＩ_ＬＯＡＤに設定されるように変換ステージ５１２の入力ポートにおいて標準の電流モード制御技術を使用することによってこの最適化を達成することが可能である。

図８は、本開示の１実施例に従ってエネルギ発生システム５００に対する集中型ＭＰＰＴと分散型ＭＰＰＴとの間の選択を行う方法８００を例示している。方法８００の実施例は単に例示的なものに過ぎない。方法８００のその他の実施例を本開示の範囲を逸脱すること無しに実現することが可能である。

方法８００は、診断モジュール５２０がタイマーを設定することで開始する（ステップ８０２）。該タイマーは、繰り返しを基礎とする方法８００の初期化をトリガーするために診断モジュール５２０によって使用することが可能である。診断モジュール５２０は、エネルギ発生システム５００内のパネル等のエネルギ発生装置５０２を解析する（ステップ８０４）。例えば、幾つかの実施例の場合に、診断モジュール５２０は、各パネル５０２に対するパネルパワーＰ_ｐａｎを計算し、次いで、図５に関連して上により詳細に説明した如く、Ｐ_ｐａｎのこれらの計算された値に基づいて多数のその他の値を決定することによって、パネル５０２を解析することが可能である。例えば、診断モジュール５２０は、計算されたＰ_ｐａｎ値の最大値及び最小値（夫々、Ｐ_{ｐａｎ，ｍａｘ}及びＰ_{ｐａｎ，ｍｉｎ}）を決定し、次いでパネル５０２が完全に又は部分的に陰が付けられていることの各パネル５０２に対する確率（ρ）を計算するためにこれらの最大値及び最小値を使用することが可能である。診断モジュール５２０は、又、計算された確率の最大値（ρ_ｍａｘ）を決定することも可能である。

パネル５０２を解析した後に（ステップ８０４）、診断モジュール５２０は準理想的条件下で動作する（ステップ８０６）。例えば、幾つかの実施例の場合に、診断モジュール５２０は、パネル５０２が陰が付けられていることの計算された確率の最大値（ρ_ｍａｘ）を予め定めたＤＭＰＰＴスレッシュホールド（ρ_{ＤＭＰＰＴ}）と比較することが可能である。ρ_ｍａｘがρ_{ＤＭＰＰＴ}未満である場合には、パネル５０２の最大出力パワー及び最小出力パワーは互いに十分に近いものであって、パネル５０２間のミスマッチの確率は極めて小さいものと考えることが可能であり、且つシステム５００は準理想的条件下で動作しているものと考えることが可能である。同様に、ρ_ｍａｘがρ_{ＤＭＰＰＴ}未満で無い場合には、パネル５０２の最大出力パワー及び最小出力パワーは互いに十分に離れており、パネル５０２間のミスマッチの確率は極めて低いものと考えることは出来ず、システム５００は準理想的条件下で動作していないものと考えることが可能である。

システム５００が準理想的条件下で動作していないものと診断モジュール５２０が判別する場合には（ステップ８０６）、制御モジュール５２５は局所的制御器５０８をイネーブルさせ（ステップ８０８）且つグローバル制御器５４０をディスエーブルさせ（ステップ８１０）、それによりシステム５００をＤＭＰＰＴモードとさせる。従って、この状態においては、局所的制御器５０８は各個別的なパネル５０２に対してＭＰＰＴを実施する。

ＤＭＰＰＴモードはパネル５０２間の比較的小さなミスマッチの場合でも使用されるので、診断モジュール５２０は、陰が付けられたパネル５０２の確率が非常に低いものであると考えられるものではないが尚且つ低いものであると考えられる場合であっても、システム５００が準理想的条件下で動作しているものではないことを判別することが可能である。従って、ＤＭＰＰＴモードに入った後に、診断モジュール５２０は、陰が付けられたパネル５０２の確率が高いか否かを判別する（ステップ８１２）。例えば、診断モジュール５２０は、パネル５０２が陰が付けられていることの最大確率（ρ_ｍａｘ）を予め定めた診断スレッシュホールド（ρ_ｄｉａｇ）と比較することが可能である。ρ_ｍａｘがρ_ｄｉａｇよりも大きい場合には、パネル５０２の最大出力パワー及び最小出力パワーは十分に離れており、パネル５０２間のミスマッチの確率は比較的高いものであり、従って少なくとも１個の陰が付けられたパネル５０２の確率が高いものと考えることが可能である。

陰が付けられたパネル５０２の確率が高い場合には（ステップ８１２）、診断モジュール５２０は全ての潜在的に陰が付けられている可能性のあるパネル５０２に対してフル特性スキャンを実施する（ステップ８１４）。例えば、診断モジュール５２０は、各パネル５０２に対して、パネル５０１が陰が付けられている確立（ρ）を診断スレッシュホールド（ρ_ｄｉａｇ）と比較することによって潜在的に陰が付けられている可能性のあるパネル５０２を識別することが可能である。特定のパネル５０２に対するρがρ_ｄｉａｇよりも一層大きい場合には、その特定のパネル５０２の出力パワーはシステム５００におけるパネル５０２によって与えられる最大出力パワーから十分にかなり離れており、その特定のパネル５０２が少なくとも部分的に陰が付けられている確立は比較的高い。

フル特性スキャンを実施する場合に、診断モジュール５２０は、中央アレイ制御器５１０によって与えられるタイミングに基いて各潜在的に陰が付けられている可能性のあるパネル５０２に対する電圧対パワー特性のスキャンを個別的に実施することが可能である。この様に、変換ステージ５１２は該スキャン期間中に継続して通常通り動作することが可能である。

フル特性スキャンを実施している過程期間中に、いずれかのパネル５０２が過少実施である（即ち、ＭＰＰ７２５のような実際のＭＰＰの代わりに、局所的ＭＰＰ７２０のような局所的最大パワー点（ＭＰＰ）において動作している）ことを診断モジュール５２０が判別する場合には、制御モジュール５２５はこれらの過少実施状態のパネル５０２に対して補正を行なうことが可能である（ステップ８１６）。

この点において、又は陰が付けられているパネル５０２の高い確率が存在しない場合には（ステップ８１２）、診断モジュール５２０はタイマーが時間切れとなっているか否か（ステップ８１８）、即ち方法８００が再度初期化されるべきであるか否か、を判別する。タイマーが時間切れである場合には（ステップ８１８）、診断モジュール５２０はタイマーをリセットし（ステップ８２０）且つ再度パネル５０２の解析を開始する（ステップ８０４）。

システム５００が準理想的条件下で動作していることを診断モジュール５２０が判別する場合には（ステップ８０６）、制御モジュール５２５は局所的制御器５０８をディスエーブルさせ（ステップ８２２）且つグローバル制御器５４０をイネーブルさせ（ステップ８２４）、それによりシステム５００をＣＭＰＰＴモードとさせる。従って、この状態において、グローバル制御器５４０は全システム５００に対してＭＰＰＴを実施する。

この点において、又、診断モジュール５２０は、タイマーが時間切れしたか否か、即ち方法８００が再度初期化されるべきか否か、を判別する（ステップ８１８）。タイマーが時間切れであると（ステップ８１８）、診断モジュール５２０はタイマーをリセットし（ステップ８２０）且つ再度パネル５０２の解析を開始する（ステップ８０４）。

図８は集中型ＭＰＰＴと分散型ＭＰＰＴとの間の選択をする方法８００の１例を例示しているが、この方法８００に対して種々の変更を行なうことが可能である。例えば、方法８００を光電システムを参照して説明しているが、方法８００は、ウインドタービンシステム、燃料電池システム等のその他のエネルギ発生システム５００に対して実現することが可能である。更に、方法８００を図５のシステムを参照して説明しているが、方法８００は本開示の範囲を逸脱すること無しに任意の適宜に構成されたエネルギ発生システムにおいて実現することが可能である。更に、一連のステップとして示してあるが、方法８００におけるステップは、オーバーラップするか、並列に発生するか、複数回発生するか、又は異なる順番で発生することが可能である。

図９は、本開示の１実施例に従うエネルギ発生システムにおける局所的変換器９０４用の局所的制御器９０８を活性化且つ脱活性化させるシステム９００を例示している。システム９００は、光電パネル９０２として呼称されるエネルギ発生装置９０２と、局所的変換器９０４とを有している。局所的変換器９０４は、パワーステージ９０６と、局所的制御器９０８と、アクチベーター即ち活性化器９１０とを有している。

局所的変換器９０４は、図１の局所的変換器１０４の内の一つ、図２又は３の局所的変換器２０４、及び／又は図５の局所的変換器５０４の内の一つを表すことが可能であるが、局所的変換器９０４は、本開示の範囲を逸脱すること無しに任意の適宜に構成されたエネルギ発生システムにおいて実現することが可能であることが理解される。従って、システム９００は他の同様のシステム９００へ直列的及び／又は並列的に結合されてエネルギ発生アレイを形成することが可能である。

例示した実施例の場合、アクチベーター９１０がパネル９０２と局所的制御器９０８との間に結合されている。幾つかの実施例の場合に、アクチベーター９１０は、パネル９０２の出力電圧に基づいて局所的制御器９０８を活性化させ且つ脱活性化させることが可能である。パネル９０２の出力電圧が低すぎる場合には、アクチベーター９１０は、基本的にゼロである供給電圧を局所的制御器９０８へ供給することが可能であり、それにより局所的制御器９０８をシャットオフさせる。パネル９０２の出力電圧が一層高い場合には、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８が動作可能状態となるべくゼロではない供給電圧を局所的制御器９０８へ供給することが可能である。

アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８へ供給電圧を供給する以外の任意の適宜の態様で局所的制御器９０８を活性化させ且つ脱活性化させることが可能である。例えば、一つの代替例の場合に、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８を活性化させ且つ脱活性化させるために局所的制御器９０８の１個又はそれ以上のピンをセットさせることが可能である。別の代替例の場合には、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８を活性化させるために局所的制御器９０８内の第１レジスタへ第１所定値を書き込み、且つ局所的制御器９０８を脱活性化させるために局所的制御器９０８内の該第１レジスタ又は第２レジスタのいずれかに第２所定値（これは、特定の実現例に基づいて、第１所定値と同じもの又は異なるものとすることが可能である）を書き込むことが可能である。

従って、システム９００は、バッテリ又は外部電源を使用すること無しに、局所的変換器９０４の自立的動作を与えている。太陽放射照度が十分に高い場合には、出力パネル電圧Ｖ_ｐａｎは、アクチベーター９１０をしてゼロではない供給電圧Ｖ_ｃｃの発生を開始させるレベルへ増加する。この点において、局所的制御器９０８及び／又は中央アレイ制御器（図９においては不図示）は、レジスタの初期化、パネル９０２間の予備的電圧比較、アナログ・デジタル変換器キャリブレーション、クロック同期又はインターリーブ、パワーステージ９０６の同期的活性化、等の活性化手順を実施することを開始することが可能である。同様に、システム９００を脱活性化させる前に、スタンドアローン適用例の場合におけるバックアップユニットとの同期、パワーステージ９０６の同期的脱活性化、等の脱活性化手順を実施することが可能である。これらの脱活性化手順期間中に、アクチベーター９１０はそれ自身は活性化されたままとなることが可能である。

更に、幾つかの実施例の場合に、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０４に対して過剰パワー保護を与えることが可能である。図３に関連して上に説明した如く、局所的制御器２０８の一部であるＭＰＰＴ制御ブロック３０４は過剰パワー保護を与えることが可能である。然しながら、アクチベーター９１０を含むシステムに対する代替例として、アクチベーター９１０はその代わりにこの保護を与えることが可能である。従って、この代替例の場合には、出力電流が低すぎるほど低下すると、アクチベーター９１０は、パネル電圧Ｖ_ｐａｎがほぼ出力電圧Ｖ_ｏｕｔに等しいように局所的制御器９０８のＭＰＰＴ機能性をスイッチオフさせることが可能である。

図１０は本開示の１実施例に基づくシステム９００に対する時間に関しての装置電圧変化の１例を例示しているグラフ９２０である。光電パネル９０２の場合には、太陽放射照度レベルがアクチベーター９１０に対する電圧活性化レベル（Ｖ_ｔ−ｏｎ）周りに振動する状態において、電圧脱活性化レベル（Ｖ_{ｔ−ｏｆｆ}）と同じ電圧活性化レベルを使用することは、システム９００の不所望の複数の活性化及び脱活性化を発生させることとなる。従って、グラフ９２０に示されているように、このことを防止するために、一層低い電圧脱活性化レベルを使用することが可能である。この一層低い電圧脱活性化レベルを使用することによって、システム９００は、パネル電圧が電圧活性化レベルよりも幾分一層低いレベルへ降下するように太陽放射照度レベルが十分に減少するまで、一貫性をもって活性化されたまま留まることが可能である。その結果、頻繁な活性化及び脱活性化が回避され、システム９００に対してノイズ免疫性を与えている。

幾つかの実施例の場合に、パネル電圧が電圧活性化レベルを超えて局所的制御器９０８の活性化となった後に、局所的制御器９０８は、パネル電圧が電圧脱活性化レベルよりも一層低いレベルへ継続して降下する場合に一層迅速に脱活性化させることが可能であるために、パネル電圧が電圧脱活性化レベルより下側に降下する場合に、脱活性化手順を開始することが可能である。更に、幾つかの実施例の場合に、局所的制御器９０８は、特定の状態に対して電圧脱活性化レベルに到達する前に、アクチベーター９１０、従ってそれ自身をシャットオフさせることが可能である。

図１１は、本開示の１実施例に従うアクチベーター９１０を例示している。この実施例の場合、アクチベーター９１０は、電源９３０と、複数個の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と、ダイオードＤとを有している。抵抗Ｒ１及びＲ２は、電源９３０の入力ノード（ＩＮ）と接地との間に直列に結合されている。該ダイオード及び抵抗Ｒ３は、電源９３０の出力ノード（ＯＵＴ）と抵抗Ｒ１及びＲ２が共に結合されているノード９４０との間に直列に結合されている。更に、電源９３０のシャットダウンノード（ＳＤ）もノード９４０に結合されている。

電源９３０は、その入力ノードにおいてパネル電圧Ｖ_ｐａｎを受け取り且つその出力ノードにおいて局所的制御器９０８用の供給電圧Ｖ_ｃｃを発生することが可能である。電源９３０のシャットダウンノードは、電源９３０の制御回路によって決定されるように該シャットダウンノードにおける電圧レベルが特定した電圧Ｖ_０を超える場合に、電源９３０の動作をイネーブルさせ、且つ該シャットダウンノードにおける電圧レベルが該特定した電圧Ｖ_０より下側に降下する場合に、電源９３０の動作をディスエーブルさせる。

電源９３０がターンオフされると、該ダイオードは非導通状態であり、且つ該シャットダウンノードにおける電圧は次式によって与えられる。

電圧Ｖ_{ＳＤ，ｔ−ｏｎ}が値Ｖ_０を超えると、該ダイオードは導通状態を開始し且つ該シャットダウンノードにおける電圧は以下の如くになる。

尚、Ｖ_ｄはダイオード電圧降下であり、且つ

である。電圧Ｖ_{ＳＤ，ｔ−ｏｆｆ}がＶ_０より下側に降下すると、電源９３０はターンオフされる。従って、ターンオン及びターンオフ電圧スレッシュホールドは、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって与えられる抵抗値に基づいて決定される。

図１２は、本開示の１実施例に従って局所的変換器９０４を活性化及び脱活性化させる方法１２００を例示している。方法１２００の実施例は、単に例示的なものであるに過ぎない。方法１２００のその他の実施例を本開示の範囲を逸脱すること無しに実現することが可能である。

方法１２００は、開回路条件で動作しているエネルギ発生装置、即ちパネル、９０２で開始する（ステップ１２０２）。この条件において、アクチベーター９１０は局所的制御器９０８を活性化させていない。何故ならば、パネル９０２によって出力されるパネル電圧が低すぎるからである。アクチベーター９１０は、電圧活性化レベル（Ｖ_ｔ−ｏｎ）を超えるまで、このパネル電圧（Ｖ_ｐａｎ）をモニターする（ステップ１２０４）。

パネル電圧が電圧活性化レベルを超えたことをアクチベーター９１０が判別すると（ステップ１２０４）、アクチベーター９１０は局所的制御器９０８をターンオンさせることによって局所的変換器９０４の活性化を開始する（ステップ１２０６）。例えば、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８に対してゼロではない供給電圧Ｖ_ｃｃを発生することによって局所的変換器９０４の活性化を開始することが可能である。その他の実施例の場合に、アクチベーター９０４は、局所的制御器９０８の１個又はそれ以上のピンをセットすることによって、又は局所的制御器９０８内の第１レジスタへ第１所定値を書き込むことによって局所的変換器９０４の活性化を開始することが可能である。局所的制御器９０８及び／又は中央アレイ制御器は、次いで、局所的変換器９０４に対する活性化手順を実施する（ステップ１２０８）。例えば、該活性化手順は、レジスタの初期化、パネル９０２間の予備的電圧比較、アナログ・デジタル変換器キャリブレーション、クロック同期又はインターリーブ、パワーステージ９０６等を含む複数のパネルからなるストリングの同期的活性化を含むことが可能である。

局所的制御器９０８は、該ストリング内の他のパワーステージ９０６が動作状態となるまで（ステップ１２１２）、所定の変換比でパワーステージ９０６を動作させる（ステップ１２１０）。該ストリング内のパネル９０２の各々が動作状態にあるパワーステージ９０６を持つと（ステップ１２１２）、局所的制御器９０８は、パネル電流（Ｉ_ｐａｎ）を活性化電流レベル（Ｉ_ｍｉｎ）と比較する（ステップ１２１４）。パネル電流が活性化電流レベルよりも一層大きい場合には（ステップ１２１４）、局所的制御器９０８が通常の動作を開始する（ステップ１２１６）。従って、局所的制御器９０８はパワーステージ９０６に対してＭＰＰＴの実施を開始する。

この様に、エネルギ発生システムにおける全ての局所的制御器９０８の活性化は自動的に同期させることが可能である。更に、光電システムにおける複数のパネル９０２からなるサブセットのみがアクチベーター９１０による活性化となるのに十分に高い電圧を発生するに過ぎない場合には、スイッチ３１４等の単一方向スイッチをパワーステージ９０６の各々に包含させて、残りのパネル９０２が動作されることを許容することが可能である。

局所的制御器９０８は、継続してパネル電流を活性化電流レベルと比較する（ステップ１２１８）。パネル電流が活性化電流レベル未満である場合には（ステップ１２１８）、局所的制御器９０８は脱活性化タイマーをセットする（ステップ１２２０）。局所的制御器９０８は、次いで、所定の変換比でパワーステージ９０６を動作することへ復帰する（ステップ１２２２）。次いで、局所的制御器９０８及び／又は中央アレイ制御器が局所的変換器９０４に対する脱活性化手順を実施する（ステップ１２２４）。例えば、該脱活性化手順は、スタンドアローン適用例の場合におけるバックアップユニットとの同期、パワーステージ９０６の同期的脱活性化等を含むことが可能である。

次いで、局所的制御器９０８は、脱活性化タイマーが時間切れとなったか否かを判別する（ステップ１２２６）。このことは、パネル電流が活性化電流レベルの上方へ増加することを許容する。従って、局所的制御器９０８は、脱活性化の準備をするが、脱活性化が実際に実施されるべきであることを確保するために待機する。

従って、脱活性化タイマーが時間切れとならない限り（ステップ１２２６）、局所的制御器９０８はパネル電流を活性化電流レベルと比較する（ステップ１２２８）。パネル電流が継続して活性化電流レベル未満に留まる場合には（ステップ１２２８）、局所的制御器９０８は継続して脱活性化タイマーの時間切れを待機する（ステップ１２２６）。脱活性化タイマーの時間切れ（ステップ１２２６）の前にパネル電流が活性化電流レベルより一層大きくなると（ステップ１２２８）、局所的制御器９０８は、再度、パワーステージ９０６に対してＭＰＰＴを実施することによって通常に動作する（ステップ１２１６）。

然しながら、パネル電流が活性化電流レベル未満である間（ステップ１２２８）に脱活性化タイマーが時間切れとなると（ステップ１２２６）、局所的制御器９０８はパワーステージ９０６及び局所的制御器９０８をターンオフし、且つパネル９０２は、再度、開回路条件で動作される（ステップ１２３０）。幾つかの実施例の場合に、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８に対してゼロの供給電圧Ｖ_ｃｃを発生することによって、局所的変換器９０４の脱活性化を完了する場合がある。その他の実施例の場合に、アクチベーター９１０は、局所的制御器９０８の１個又はそれ以上のピンをセットすることによって、又は局所的制御器９０８内の第１レジスタ又は第２レジスタのいずれかに第２所定値を書き込むことによって、局所的変換器９０４の脱活性化を完了する場合がある。この点において、アクチベーター９１０は、再度、電圧活性化レベルを超えるまで（ステップ１２０４）パネル電圧をモニタし、活性化プロセスを最初期化させる。

図１２は局所的変換器９０４を活性化させ且つ脱活性化させるための方法１２００の１例を例示しているが、この方法１２００に対して種々の変形を行うことが可能である。例えば、方法１２００は光電パネルを参照して説明しているが、方法１２００は、ウインドタービン、燃料電池等のその他のエネルギ発生装置９０２に対して実現することが可能である。更に、方法１２００を図９の局所的制御器９０８及びアクチベーター９１０を参照して説明しているが、局所的制御器９０８及びアクチベーター９１０は本開示の範囲を逸脱すること無しに任意の適宜に構成されたエネルギ発生システムにおいて実現することが可能であることが理解される。又、一連のステップとして示してあるが、方法１２００におけるステップは、オーバーラップすること、並列的に発生すること、複数回発生すること、又は異なる順番で発生することが可能である。

上の説明は特定の実施例を参照しているが、説明したコンポーネント、システム及び方法の幾つかは、サブセル、単一セル、パネル（即ち、セルアレイ）、パネルアレイ、及び／又は複数のパネルアレイからなるシステムに対して適用することが可能であることが理解される。例えば、上述した局所的変換器は各々１個のパネルと関連しているものであるが、１個のパネル内の各セルに対しての、又は複数のパネルからなる各ストリングに対しての、局所的変換器と共に、同様にシステムを実現することが可能である。更に、説明したコンポーネント、システム及び方法の幾つかは、ウインドタービン、燃料電池等の光電装置以外のエネルギ発生装置へ適用することが可能である。

この特許文書において使用されている或る単語及び用語の定義を説明しておくことが有益的である。「結合」という用語及びその派生語は、２個又はそれ以上のコンポーネント間のいかなる直接的又は間接的な通信を意味しており、これらのコンポーネントが互いに物理的に接触しているか否かを問うものではない。「送信」、「受信」及び「通信する」という用語及びそれらの派生語は、直接的な及び間接的な両方の通信を包含している。「含む」及び「有する」という用語及びそれらの派生語は、制限無しでの包含することを意味している。「又は」という用語は包括的であり、及び／又はの意味である。「各」という用語は識別された複数の項目からなる少なくともサブセット（副組）の内のどれもこれもである。「関連する」及び「それと関連する」という用語及びそれらの派生語は、包含すること、その中に包含されていること、それと相互接続していること、含むこと、その中に含まれること、それへ又はそれと接続すること、それへ又はそれと結合すること、それと通信可能であること、それと共同すること、インターリーブすること、並置すること、それに近接していること、それへ又はそれと束縛されていること、持っていること、その特性を持っていること、等を意味する場合がある。

本開示を或る実施例及び通常関連する方法について説明したが、これらの実施例及び方法の変更及び置換は当業者に自明である。従って、例示的実施例の上の説明は本開示を定義付けるか又は拘束するものではない。以下の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の精神及び範囲を逸脱すること無しにその他の変化、置換、変形も可能である。

Claims (30)

1. 各局所的変換器が対応するエネルギ発生装置用の局所的制御器を有しており、各エネルギ発生装置が対応する局所的変換器へ結合されている複数個のエネルギ発生装置を具備しているエネルギ発生システムにおいて集中型と分散型の最大パワーポイントトラッキングの間で選択する方法において、
   該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作しているか否かを判別し、
   該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作している場合には該エネルギ発生システムを集中型最大パワーポイントトラッキング（ＣＭＰＰＴ）とさせ、
   該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作していない場合には該エネルギ発生システムを分散型最大パワーポイントトラッキング（ＤＭＰＰＴ）とさせる、
   ことを包含している方法。
2. 請求項１において、該システムをＣＭＰＰＴモードとさせる場合に、該局所的制御器をディスエーブルさせ且つグローバル制御器をイネーブルさせる方法。
3. 請求項１において、該システムをＤＭＰＰＴモードとさせる場合に、該局所的制御器をイネーブルさせ且つグローバル制御器をディスエーブルさせる方法。
4. 請求項１において、更に、該システムがＤＭＰＰＴモードにある場合に、該エネルギ発生装置の内の少なくとも一つが陰が付いていることの確率が予め定めたスレッシュホールドより上側であるか否かを判別することを包含している方法。
5. 請求項４において、更に、該エネルギ発生装置の内の少なくとも一つが陰が付いていることの確率が該予め定めたスレッシュホールドより上側であることが判別される場合に、
   少なくとも１個の陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置を識別し、
   各識別された陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置に対してフル特性スキャンを実施する、
   ことを包含している方法。
6. 請求項５において、更に、
   該フル特性スキャンに基づいて少なくとも１個の過少性能エネルギ発生装置を識別し、
   各識別された過少性能エネルギ発生装置に対する補正を与える、
   ことを包含している方法。
7. 請求項１において、該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作しているか否かを判別する場合に、
   各エネルギ発生装置に対して、該エネルギ発生装置の各々と関連する出力パワー値に基づいて該エネルギ発生装置が陰が付けられていることの確率を計算し、
   該計算した確率の中の最大値を識別し、
   該計算した確率の中の該最大値をＤＭＰＰＴスレッシュホールドと比較し、
   該計算した確率の中の該最大値がＤＭＰＰＴスレッシュホールド未満である場合には、該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作していることを判別する、
   ことを包含している方法。
8. 請求項７において、更に、該システムがＤＭＰＰＴモードにある場合に、該計算した確率の中の該最大値を診断スレッシュホールドと比較することを包含している方法。
9. 請求項８において、更に、該計算した確率の該最大値が該診断スレッシュホールドよりも一層大きい場合に、（ｉ）該診断スレッシュホールドよりも一層大きな該エネルギ発生装置が陰が付けられている計算された確率を持っているエネルギ発生装置の各々を陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置として識別すること、且つ（ｉｉ）陰が付けられている可能性があるものとして識別された各エネルギ発生装置に対してフル特性スキャンを実施すること、を包含している方法。
10. 請求項９において、更に、（ｉ）該フル特性スキャンに基づいて少なくとも１個の過少性能エネルギ発生装置を識別すること、及び（ｉｉ）各識別された過少性能エネルギ発生装置に対して補正を与えること、を包含している方法。
11. 請求項１において、該エネルギ発生装置が光電パネルを包含している方法。
12. 各局所的変換器が対応するエネルギ発生装置用の局所的制御器を有しており、各エネルギ発生装置が対応する局所的変換器へ結合されている複数個のエネルギ発生装置を具備しているエネルギ発生システムにおいて集中型と分散型の最大パワーポイントトラッキングの間で選択する方法において、
    該エネルギ発生装置の各々に対して出力パワー値を計算し、
    各エネルギ発生装置に対して、該エネルギ発生装置に対する出力パワー値に基づいて該エネルギ発生装置が陰が付けられていることの確率を計算し、
    該計算した確率の中の最大値を識別し、
    該計算した確率の中の該最大値を分散型最大パワーポイントトラッキング（ＤＭＰＰＴ）スレッシュホールドと比較し、
    該計算した確率の中の該最大値がＤＭＰＰＴスレッシュホールド未満である場合には該エネルギ発生システムを集中型最大パワーポイントトラッキング（ＣＭＰＰＴ）モードとさせ、
    該計算した確率の中の該最大値がＤＭＰＰＴスレッシュホールド以上である場合には該エネルギ発生システムをＤＭＰＰＴモードとさせる、
    ことを包含している方法。
13. 請求項１２において、更に、該システムがＤＭＰＰＴモードにある場合に、該エネルギ発生装置の内の少なくとも１個が陰が付けられている確率が予め定めたスレッシュホールドより上側であるか否かを判別することを包含している方法。
14. 請求項１３において、該エネルギ発生装置の内の少なくとも１個が陰が付けられている確率が該予め定めたスレッシュホールドの上側であるか否かを判別する場合に、該計算した確率の内の該最大値を診断スレッシュホールドと比較する方法。
15. 請求項１４において、更に、該計算した確率の内の該最大値が診断スレッシュホールドよりも一層大きい場合に、（ｉ）該エネルギ発生装置が陰が付けられていることの計算された確率が診断スレッシュホールドよりも一層大きなエネルギ発生装置の各々を陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置として識別すること、（ｉｉ）各識別された陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置に対してフル特性スキャンを実施すること、（ｉｉｉ）該フル特性スキャンに基づいて少なくとも１個の過少性能エネルギ発生装置を識別すること、及び（ｉｖ）各識別した過少性能エネルギ発生装置に対して補正を与えること、を包含している方法。
16. 請求項１２において、該エネルギ発生装置が光電パネルを包含している方法。
17. 各局所的変換器が対応するエネルギ発生装置用の局所的制御器を有しており、各エネルギ発生装置が対応する局所的変換器へ結合されている複数個のエネルギ発生装置を具備しているエネルギ発生システムに対して集中型と分散型の最大パワーポイントトラッキングの間で選択することが可能な中央アレイ制御器において、
    該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作しているか否かを判別することが可能な診断モジュール、
    該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作している場合には、該エネルギ発生システムを集中型最大パワーポイントトラッキング（ＣＭＰＰＴ）モードとさせ、且つ、該エネルギ発生装置が準理想的条件下で動作していない場合には、該エネルギ発生システムを分散型最大パワーポイントトラッキング（ＤＭＰＰＴ）モードとさせることが可能な制御モジュール、
    を有している中央アレイ制御器。
18. 請求項１７において、該制御モジュールは、該局所的制御器をディスエーブルさせ且つグローバル制御器をイネーブルさせることによって、該システムをＣＭＰＰＴモードとさせることが可能である中央アレイ制御器。
19. 請求項１７において、該制御モジュールは、該局所的制御器をイネーブルさせ且つグローバル制御器をディスエーブルさせることによって、該システムをＤＭＰＰＴモードとさせることが可能である中央アレイ制御器。
20. 請求項１７において、該診断モジュールは、更に、該システムがＤＭＰＰＴモードにある場合に、該エネルギ発生装置の内の少なくとも１個が陰が付けられていることの確率が予め定めたスレッシュホールドの上側であるか否かを判別することが可能である中央アレイ制御器。
21. 請求項２０において、該診断モジュールが、更に、該エネルギ発生装置の内の少なくとも１個が陰が付けられていることの確率が該予め定めたスレッシュホールドの上側であるか否かを判別する場合に、（ｉ）少なくとも１個の陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置を識別すること、及び（ｉｉ）各識別された陰が付けられている可能性のあるエネルギ発生装置に対してフル特性スキャンを実施することが可能である中央アレイ制御器。
22. 請求項２１において、該診断モジュールが、更に、（ｉ）該フル特性スキャンに基づいて少なくとも１個の過少性能エネルギ発生装置を識別すること、及び（ｉｉ）各識別された過少性能エネルギ発生装置に対して補正を与えること、が可能である中央アレイ制御器。
23. 請求項１７において、該エネルギ発生装置が光電パネルを包含している中央アレイ制御器。
24. エネルギ発生アレイ内の複数個のエネルギ発生装置の内の一つに対する局所的変換器であってパワーステージと局所的制御器とを具備している局所的変換器を脱活性化させる方法において、
    該エネルギ発生装置に対する装置電流を活性化電流レベルと比較し、
    該装置電流が該活性化電流レベルより下側に降下する場合に該局所的変換器を自動的に脱活性化させる、
    ことを包含している方法。
25. 請求項２４において、該局所的変換器を自動的に脱活性化させる場合に、該局所的制御器に対してゼロの供給電圧を発生する方法。
26. 請求項２４において、該局所的変換器を自動的に脱活性化させる場合に、該局所的制御器の少なくとも１個のピンをセットする方法。
27. 請求項２４において、該局所的変換器を自動的に脱活性化させる場合に、該局所的制御器内のレジスタに予め定めた値を書き込む方法。
28. 請求項２４において、該局所的変換器を自動的に脱活性化させる場合に、該局所的変換器に対して脱活性化手順を実施し、該脱活性化手順は、バックアップユニットとの同期及び該アレイ内の複数個のエネルギ発生装置の少なくともサブセットの同期的脱活性化の内の少なくとも一つを包含している方法。
29. 請求項２４において、該局所的変換器を自動的に脱活性化させる場合に、
    特定した時間期間に対して該装置電流をモニターし、
    該特定した時間期間に対して該装置電流が該活性化電流レベルの下側に留まる場合に、該局所的変換器の脱活性化を完了する、
    ことを包含している方法。
30. 請求項２４において、該エネルギ発生装置が光電パネルを包含している方法。

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