JP5966027B2 - 不均一な照度に寛容な太陽電池パネルのための光起電力モジュールの電力制御方法 - Google Patents
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Description
1つの実施形態例において、光起電力モジュールは、複数の電池行(電池の行)に配置された複数の個別の光起電力電池と、実質的に導電性で連続的な領域のバックシートとを含む。電池の各行の光起電力電池は、互いに並列に電気的接続される。電池行は、互いに直列に電気的接続され、第1行および最終行を含む。バックシートは、第1行と最終行と
の間の電流の帰還路を形成する。動作中、電流が第1行と最終行との間の複数の光起電力電池を通って実質的に単一方向的に流れるように、光起電力電池は構成される。
本発明の典型的な実施形態だけを描いており、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なすべきではないことを理解されたい。本発明は、添付の図面を使用して、さらなる特定性および具体性ともに記述され説明される。
本発明の実施形態例の種々の態様について説明するために、これから図面を参照する。
図面は、そのような実施形態例の概略的で模式的な表現であり、本発明を限定するものではなく、また必ずしも一定の縮尺で描かれているものではないことを理解されたい。
いくつかの実施形態において、光起電力モジュール102は、約48ボルト(V)の直流(DC)電力を生成するように構成される。48VのDC電力は、バッテリ116を充電し、および/またはインバータ118によって送電網への出力のために120Vの交流(AC)電力に変換される。
図2A〜9Bへのさらなる参照によって、図1の動作環境例100において実施することができる光起電力モジュール例102の態様がいくつかの実施形態によって開示される。
図2Aおよび図2Bは、光起電力モジュール102の正面図および背面図を含む。図2Aで最も良く見えるように、光起電力モジュール102は、複数の電池行126に配置された複数の個別の光起電力電池124を含む。電池行126は、第1行126Aおよび最終行126Bを含む。さらに電池行126は並んで配置され、光起電力電池124と電池行126は、動作中、電流が光起電力電池124を通り概して単一方向的に流れるように
電気的接続される。図2Aの例において、たとえば電流は、任意に定義された正のx方向に対応して、概して左から右へ光起電力電池124のすべてを通り流れる。
内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
52と光起電力電池124との間のいかなるギャップにも移動し、それを充填することを可能にする。
バックシート144は、アルミニウム、アルミニウム合金、または別の適切な単数または複数の材料などの実質的に導電性の材料から作られる。いくつかの実施形態において、バックシート144は、等級1145−H19または1235−H19のアルミニウム合金である。これらおよび別の実施形態によれば、バックシート144の張力の耐力強度は、120〜200メガパスカル(MPa)範囲にある。より一般的に、バックシート144の張力の耐力強度は、少なくとも30MPaである。代替的にまたは付加的に、バックシート144は、0.02〜0.2ミリメートル(mm)間の厚みである。
クシート144の幅方向に沿った第2端部160で形成された第1折返し164A(図4)を含む。図4に図示された第1折返し164Aの形成に先立って、1つまたは複数の第1折返線164Bが、図5に図示されるようにバックシート144に形成されてもよい。1つまたは複数の第1折返線164Bは、第1折返し164Aを形成するために、あらかじめ定められた方法でバックシート144が折返すのを確実にするために、1つまたは複数の第1折返線164Bに沿ってバックシート144の弱化を含んでもよい。
よび/または0.6を超える放射率を有する。これらおよび別の実施形態において、保護膜150の比較的高い放射率は、光起電力モジュール102の熱の処理のために、保護膜150が熱エネルギーを光起電力モジュール102から外へ放射することを可能にする。
るからである。したがって、バックシート144の露出した部分において、そこから水分が浸透することができる切り込まれた孔はなく、電気的導線の収容用に形成された孔を有するバックシートを備える光起電力モジュールと比較して、水分侵入をさらに防ぐことになる。
図4を再び参照して、いくつかの実施形態によるエレクトロニクス組立品128の態様を開示する。一般に、エレクトロニクス組立品128は、光起電力電池124によって生成されたDC電力を、昇圧され伝送に適した電圧を備えるDC電力に変換するように構成された複数の電力変換回路(図示せず)を含む。
らに含む。第3相互接続部材202は、第1側部202Aと第2側部202Bを有する。第3相互接続部材202の第1側部202Aは、第1電池行126A内の光起電力電池124のそれぞれへ電気的接続される。第3相互接続部材202の第2側部202Bは、歪み緩和折返し202Cを含み、電気的および機械的にプリント回路基板組立品194に接続される。歪み緩和折返し202Cは、第3相互接続部材202とプリント回路基板組立品194との間の相互接続での歪みを最小限にするために構成され、この歪みは、たとえば膨張、収縮、および/または変動する温度条件の下での、積層品積み重ねの面外ゆがみから生ずるものである。
通ってプリント回路基板組立品194に電気的接続され、次いで第2相互接続部材192およびバックシート144への第2折返し166Aを通ってアースされる。いくつかの実施形態において、ネジ、ボルトおよび/またはナットなどの締結具208は、プリント回路基板組立品194を第2相互接続部材192に機械的に固定し、プリント回路基板組立品194を第2相互接続部材192に、したがって、バックシート144に電気的接続する。
既に上記に言及されたように、電力変換回路212は、長距離送電に適した昇圧された電圧と、逓減(漸減)された電流とを有するように調節された電力供給を出力するために、光起電力モジュール102によって生成されたDC電力の電圧変換を提供する。実施例として、光起電力電池124は、正常運転条件の下で総体として、約8ボルトおよび30アンペアで、240ワットのDC電力を生成してもよい。この240ワットのDC電力の長距離送電には恐らく法外な費用がかかるであろう。というのは30アンペアの電流の処理するには、比較的大きな、したがって、高価な導体を必要とするであろうからである。
それぞれの20ワットの出力の電圧を昇圧し、電流を逓減する。たとえばこの実施例におけるそれぞれの電力変換回路212は、それぞれ約54ボルトおよび約0.74アンペアまで20ワットの出力の電圧を昇圧し、電流を逓減する。電力変換回路212の54ボルトおよび0.74アンペアの出力は、内部の正回線234上で合同し、54ボルトおよび4.4アンペアの240ワットの出力を生成する。よって、8ボルトおよび30アンペアの240ワットのDC電力に必要とされるであろうものよりも比較的小さく、より安価な導体を介して、240ワットの出力が長距離伝送されることを可能にする。
ューズを切れさせた後、光起電力モジュール102は、通常動作に復帰する。
電力継電器216、他の継電器218、および電圧計228B、228Cは、光起電力モジュール102の二重用途の動作を可能にする。この二重用途は、バッテリ負荷と、バッテリ無しのインバータ負荷とのいずれかに対しての動作を含む。朝または任意の別の時間において動作を始める前に、光起電力モジュール102は、十分な照度に当初は露出され、光起電力モジュール102は、バッテリまたはバッテリ無しの負荷のいずれかとしてその負荷を認定するために、電力継電器216、他の継電器218および電圧計228B、228Cによって容易にされた安全スタートのアルゴリズムを実施し、その結果として、動作を適宜始める。安全スタート方法の実施例の態様を、図10A〜図10Bに関して以下に開示する。
[D. 端子]
図7A〜図7Bに図示する実施形態において、端子130のそれぞれは、バックシート144の主表面に実質的に垂直の方角に延在し、図4の実施例でさらに見られる通りである。いくつかの実施例において、端子130のそれぞれは、大きな接触面部の端子である。これらおよび別の実施形態において、端子130のそれぞれは、少なくとも6平方ミリメートルの接触面部を有する。代替的にまたは付加的に、それぞれの端子130は、直径が少なくとも6ミリメートルであるワイヤの連続区間へ接続するように構成される。
ヤ256が包まれ、端子カバー246をワイヤ256に固定するように摘み部260に係合する。ワイヤ256が端子ハウジング244内の端子130に接続されるので、これは、端子カバー246を端子ハウジング244に有効に固定する。
図10A〜図12をさらに参照して、光起電力モジュール102によって実施することができる様々な方法を開示する。当業者は、これら、および本明細書で開示された別のプロセスおよび方法に関して、そのプロセスおよび方法で実行される機能は、異なる順において実施されてもよいことを理解するであろう。更に、概説されたステップおよび操作は、単に実施例として提供されており、また開示された実施形態の本質を損なうことなく、ステップと操作のうちのいくつかは任意であったり、より少数のステップおよび操作へ組合せられたり、あるいは、さらなるステップおよび操作へと拡張されたりしてもよい。
最初に図10Aおよび図10Bを参照して、光起電力モジュール102によって実施することができる安全スタート方法(safe−start method。安全開始方法)の実施例262(図10A)をいくつかの実施形態によって開示する。具体的には図10Aは、安全スタート方法実施例262を説明するフローチャートである。図10Bは、いくつかの点で図1に似ており、光起電力モジュール102の1つと動作環境実施例100との間の電気的接続を示す回路図である。図10Bの構成要素はすべて以前に、たとえば図1と図7Cに関して、説明された。図10Bは、とりわけ、図1と図7Cの構成要素が互いにどのように関係しているかを説明し、また図10Aの方法262の論考のための情況を提供するために提供される。付加的に、図10Bは、いくつかの実施形態によるバックシート144および光起電力モジュール102の電池層140を通る電流の方向を示す矢印264および266を含む。
いて格納されたファームウエアにおいて規定される。最小および最大のシステム電圧限界は、外部回線104および106に接続される1つまたは複数のバッテリを示す許容できる電圧範囲を規定する。
たとえば外部回路のRCレスポンスに基づき、外部回路が連続的であり、また電荷を維持する能力を有するとステップS280で判定される場合、方法262は、たとえば継電器218Bを使用し、外部の正回線106上に連続的に少量の電流を細流で流すことによって、ステップS284で継続する。
認するために、外部回線104および106上の回線電位が監視される。
次に図11A〜11Cを参照して、光起電力モジュール102によって実施することができる最大ピーク電力トラッキング方法実施例294(図11A)をいくつかの実施形態によって開示する。より詳細には、図11Aは、最大ピーク電力トラッキング方法実施例294を説明するフローチャートである。図11Bは、パネル電圧(たとえば光起電力電池124によって総体として生成された、エレクトロニクス組立品128の入力の電圧)の関数として、光起電力モジュール102の光起電力電池124によって総体として生成された電流および電力に対応する電流曲線296および電力曲線298をグラフ式に図示する。また図11Cは、電力変換回路212のスイッチング周期の関数として、総体として電力変換回路212によって生成され、光起電力モジュール102によって出力された電力に対応する電力曲線300をグラフ式に図示する。スイッチング周期は、電力変換回路212のスイッチング周波数の逆数である。
を測定することによって、モジュール出力電力曲線300上で右(または左)に周期的に「跳躍する」ことを、概して含んでいる。測定されたモジュール出力電力が以前に測定されたモジュール出力電力よりも大きい場合、より低いモジュール出力電力に遭遇するまで、ディザープロセスは右(または左)に跳躍し続け、次いで測定された最も高いモジュール出力電力に対応するスイッチング周期に戻る。第1跳躍の後、測定されたモジュール出力電力が以前に測定されたモジュール出力電力よりも小さい場合、ディザープロセスは、以前に測定されたモジュール出力電力に対応するスイッチング周期に戻り、次いで全体的なピーク302は、光起電力モジュール102が動作している所の左側(または右)に位置しないことを確実にするために左(または右)に跳躍する。ディザープロセスは、所定間隔でおよび/または1つまたは複数の特別の事象に呼応して起動されてもよい。
− 前の方向変数がゼロよりも大きく、現在の測定されたモジュール出力電力が前の測定されたモジュール出力電力よりも大きい場合、前の方向変数を現在の方向変数として維持し、スイッチング周期を増加させること。
− 前の方向変数がゼロよりも大きく、現在の測定された出力電力が前の測定された出力電力よりも小さい場合、現在の方向変数を負数に設定し、スイッチング周期を減少させること。
− 前の方向変数がゼロよりも小さく、現在の測定されたモジュール出力電力が前の測定されたモジュール出力電力よりも大きい場合、前の方向変数を現在の方向変数として維持し、スイッチング周期を減少させること。あるいは、
− 前の方向変数がゼロよりも小さく、現在の測定された出力電力が前の測定された出力電力よりも小さい場合、現在の方向変数を正数に設定し、スイッチング周期を増加させること。
ステップS322で、現在の測定されたモジュール出力電力は、前のスイッチング周期に対応する前の測定されたモジュール出力電力と比較される。
ステップS332で、現在の測定されたモジュール出力電力は、前のスイッチング周期に対応する前の測定されたモジュール出力電力と比較される。
限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体はRAM、ROM、EEPROM、CD−ROMもしくは別の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは別の磁気記憶装置デバイス、または所望のプログラムコード手段をコンピュータ実行命令もしくはデータ構造の形で伴うか格納するために使用することができ、また汎用もしくは専用のコンピュータによってアクセスすることができる他のいかなる媒体も含むことができる。情報がネットワークまたは別の通信接続(ハードワイヤード、ワイヤレス、またはハードワイヤードかワイヤレスの組合せのいずれか)によってコンピュータに、転送されるか提供される場合、コンピュータは、この接続をコンピュータ可読媒体として見るのは適切である。したがって、いかなるそのような接続もコンピュータ可読媒体と呼ばれるのは適切である。上記のものの組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
Claims (7)
- 光起電力モジュールによって生成された出力電力を制御する電力制御方法であって、前記電力制御方法は、
光起電力モジュールの複数の電力変換回路によって総体として生成されたモジュール出力電力を測定することであって、前記モジュール出力電力はピークを有するモジュール電源出力曲線で特徴付けられることと;
現在の測定された出力電力を、前の測定された出力電力と比較することと;
前記光起電力モジュールが前に動作していた前記ピークの側と、前記現在の測定された出力電力と前記前の測定された出力電力との比較とを示す前の方向変数に基づき、
前記光起電力モジュールが現在動作している前記ピークの側を示す、現在の方向変数を判定することと;および
前記複数の電力変換回路のスイッチング周期を調節することと
を含み、
前記電力制御方法はさらに前記測定、前記比較、前記判定、および前記調節よりも前に、光起電力モジュールにおいて動作を始める動作開始方法を含み、
外部回路はバッテリとインバータとの両方を含むか、あるいはバッテリを含まずにインバータを含み、
前記動作開始方法は、
前記光起電力モジュールの複数の光電池と複数の電力変換回路とを、外部回路から電気的絶縁することであって、前記外部回路は前記光起電力モジュールの内部負回線に接続される外部負回線と、前記光起電力モジュールの内部正回線に接続される外部正回線とを含むことと;
前記光起電力モジュールの動作を始める前に、前記外部負回線と前記外部正回線との間の回線電位を測定することと;
前記測定された回線電位を最小電圧および最大電圧と比較することで、前記外部回路がバッテリを含むか否か判定することであって、前記測定された回線電位が前記最小電圧と前記最大電圧との間にある場合、「前記外部回路がバッテリを含む」と判定し、前記測定された回線電位が前記最小電圧を下回る場合、「前記外部回路にはバッテリが無い」と判定することと;
前記外部回路がバッテリを含むと判定された場合、前記測定された回線電位に一致させ
るために、前記光起電力モジュールの内部静電容量を充電することと、前記内部負回線と前記外部負回線との間に結合された電力継電器と、前記内部正回線と前記外部正回線との間に結合された電力継電器とを閉じることと、および前記外部負回線と前記外部正回線とを介して、電力を前記外部回路に出力することとを行うことと;
前記外部回路にバッテリが無いと判定された場合、前記外部回路の抵抗−コンデンサレスポンスを測定することで前記外部回路がインバータを含むことを判定するとともに、前記内部正回線と前記外部正回線との間で結合された光学リレーを介して、前記外部正回線上に電流を連続的に細流で流すことと、前記電流が前記外部正回線上に連続的に細流で流されている間に、前記外部負回線および前記外部正回線の間の回線電位を監視することと、前記監視された回線電位が、前記光起電力モジュールの内部電圧に一致した後、前記内部負回線と前記外部負回線との間、および前記内部正回線と前記外部正回線との間にそれぞれ結合された2つの前記電力継電器を閉じることと、前記光学リレーを閉じることによって、電流の前記細流を中止することと、および前記外部負回線および前記外部正回線を介して前記外部回路に電力出力することとを行うことと;
前記光起電力モジュールのターゲット電圧を、前記インバータのターゲット電圧よりも高く設定することと
を含む、電力制御方法。 - 前記電力制御方法はさらに、前記複数の電力変換回路をペアで動作させることを含み、
ペアになった前記電力変換回路のそれぞれは、相手の前記電力変換回路と180度位相が異なって動作する、
請求項1記載の電力制御方法。 - 前記電力制御方法はさらに、少なくとも1つの前記電力変換回路の故障の検知に呼応して、対応するヒューズを切るために、前記故障した電力変換回路に前記光起電力モジュールの全電流を流すことを含む、
請求項1の電力制御方法。 - 前記現在の方向変数を判定することと、前記前の方向変数および前記現在の測定された出力電力と前記前の測定された出力との前記比較に基づき前記スイッチング周期を調節することとは、
前記前の方向変数がゼロよりも大きく、かつ前記現在の測定された出力電力が前記前の測定された出力電力よりも大きい場合、前記前の方向変数を前記現在の方向変数として維持し、かつ前記スイッチング周期を増加させることと;
前記前の方向変数がゼロよりも大きく、かつ前記現在の測定された出力電力が前記前の測定された出力電力よりも小さい場合、前記現在の方向変数を負の数に設定し、かつ前記スイッチング周期を減少させることと;
前記前の方向変数がゼロよりも小さく、かつ前記現在の測定された出力電力が前記前の測定された出力電力よりも大きい場合、前記前の方向変数を前記現在の方向変数として維持し、かつ前記スイッチング周期を減少させることと;および
前記前の方向変数がゼロよりも小さく、かつ前記現在の測定された出力電力が前記前の測定された出力電力よりも小さい場合、前記現在の方向変数を正の数に設定し、かつ前記スイッチング周期を増加させることと
を含む、請求項1記載の電力制御方法。 - それぞれ前記電力変換回路は少なくとも1つのコンデンサを含み、
前記電力制御方法はさらに、
前記スイッチング周期の調節に呼応して、少なくとも1つの前記コンデンサが電荷を変更することを可能にし、前記現在の測定された出力電力は、新しい前の測定された出力電力になり、および前記少なくとも1つのコンデンサが電荷を変更することを可能にした後
に、前記現在の方向変数は、新しい前の方向変数になることと;
新しい現在の測定された出力電力を得るために、前記少なくとも1つのコンデンサが電荷を変更することを可能にした後、前記複数の電力変換回路によって総体として生成された前記モジュール出力電力を測定することと;
前記新しい現在の測定された出力電力と、前記新しい前の測定された出力電力との比較をすることと;および
前記新しい前の方向変数と、前記新しい現在の測定された出力電力と前記新しい前の測定された出力電力との比較とに基づき、新しい方向変数を決定し、かつ前記スイッチング周期を調節することと
を含む、請求項4の電力制御方法。 - 前記光起電力モジュールは複数の個別の光電池と、連続的な領域のバックシートと、エレクトロニクス組立品とを備え、
前記複数の光電池は複数の電池行に配置され、それぞれ前記電池行の複数の光電池は互いに電気的に並列に接続され、前記複数の電池行は互いに電気的に直列に接続され、前記複数の電池行は第1行および最終行を含み、
前記バックシートは前記第1行と前記最終行との間の電流の帰還路を形成する電導性であり、
前記エレクトロニクス組立品は前記光起電力モジュールの背面に取り付けられ、前記エレクトロニクス組立品は複数の電力変換回路を含み、
前記バックシートは光電池の前記第1行の近くの端部を含み、前記バックシートの前記端部は前記バックシートの幅を延長するように延在する折返しを含み、前記折返しは前記バックシートの主表面に垂直に方向付けされ、
前記エレクトロニクス組立品は、
前記バックシートの前記端部の少なくとも一部に沿って延在するハウジングであって、前記ハウジングが有する第1側部は前記バックシートの前記折返しの近くに配置されかつ前記折返しに平行に配置されていることと;
前記ハウジングと前記バックシートの前記折返しとの間に配置された電気絶縁層と;および
前記バックシートの前記端部の少なくとも一部に沿って延在する第1相互接続部材であって、前記電気絶縁層と、前記バックシートの前記折返しとは前記ハウジングの前記第1側部と前記第1相互接続部材との間に挟まれることと
を備える、請求項1記載の電力制御方法。 - 前記エレクトロニクス組立品はさらに、前記複数の電力変換回路を上に配置したプリント回路基板を備えるプリント回路基板組立品を含み、
前記プリント回路基板組立品は、締結具によって前記第1相互接続部材に機械的および電気的に接続され、
前記プリント回路基板組立品が前記第1相互接続部材と前記バックシートの前記折返しとを通って前記バックシートに電気的接続されることで、前記プリント回路基板および前記電力変換回路は前記第1相互接続部材に電気的接続される、
請求項6記載の電力制御方法。
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