JP6294300B2 - 電力を発生させるソーラーアレイモジュールシステム - Google Patents
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Description
本発明は、電力を発生させるソーラーアレイモジュールシステムに関する。より詳しくは、本発明は、光障害を低減する構成のソーラーモジュールによる発電の最大化、及び、マトリックス構成として相互に接続している複数のソーラーセルによる発電の最大化を容易にするソーラーアレイモジュールシステムに関する。
光起電性セルは、様々な用途で広く使われ、簡便に電気を発生させている。一般的に、単一のソーラーセルは、約0.5Vの出力電圧を発生させる。複数セルは、一般的にシリコンを基礎とするものであり、通常、直列接続してより高い電圧レベルを発生させる。セルは、典型的には、ソーラーアレイとして相互に接続している(本願と同じ発明者により2011年1月23日に出願したPCT公開WO/2011/089607号に説明している。その全体は参照により本明細書に組み込まれている)。
従って、クリスクロスネットワーク構成を有するソーラーアレイモジュールにおけるソーラーセル110間での相互接続の構成を1又は複数個有することは、需要があり有利である。かかる構成は、ソーラーアレイモジュールにおけるソーラーセルの1又は複数の行が故障しているソーラーアレイモジュールにより発生する電力を容易に最大化させる。上記ソーラーアレイモジュールは水平配置である。かかる機能低下は、1又は複数の行でのソーラーセルの故障に起因するもの、及び/又は、ソーラーセルの1又は複数の行への光の到達の妨害に起因するものであってもよい。
以下において、添付の図面を参照しながら本発明をより詳細に説明して本発明の好ましい実施形態を示す。様々なタイプの電気的接続、コンバーター、変圧器、ソーラーセル等は、完全な実施に必要な程度に開示している、先に述べたPCT出願WO/2011/089607号の教示に任意に基づくことができる点に留意すべきである。しかしながら、本発明は、多くの種々の形態で具体化することができ、本願明細書に記載の実施形態に限定するような解釈をすべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この開示が詳細且つ完全なものであり、本発明の範囲を当業者に充分に伝えるように提供されている。
ストリング1:1a、1b、1c、1d及び2b。
ストリング2:2a、1e、2c、2d及び2e。
ストリング3:3a、3b、3e、3d及び3c。
ストリング4:4a、4b、4c、4d及び4e。
ストリング5:5a、5b、5c、5d及び7c。
ストリング6:6a、6b、6c、6d及び6e。
ストリング7:7a、7b、5e、7d及び7e。
ストリング8:8a、8b、8c、8d及び8e。
ストリング9:9a、9b、9e、9d及び9c。
ストリング10:10a、10b、10c、10d及び10e。
それ故、故障している(又は、陰になる)ソーラーセル1eは、ソーラーセル1b及びソーラーセル3b-10bを介して迂回され、故障しているソーラーセル2eは、ソーラーセル2b及びソーラーセル3c、7c、9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル3eは、ソーラーセル1c、2c及び/又はソーラーセル4c、5c、6c、8c、10cを介して迂回され、故障しているソーラーセル4eは、ソーラーセル2b、3c及びソーラーセル7c、9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル5eは、ソーラーセル1c、2c、4c、5c、6c及びソーラーセル8c、10cを介して迂回され、故障しているソーラーセル6eは、ソーラーセル2b、3c及びソーラーセル7c、9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル7eは、ソーラーセル2b、3c、7c及びソーラーセル9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル8eは、ソーラーセル2b、3c、7c及びソーラーセル9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル9eは、ソーラーセル1c、2c、4c、5c、6c、8c、10cを介して迂回され、そして、故障しているソーラーセル10eは、ソーラーセル2b、3c、7c、9cを介して迂回される。また、故障は、1又は複数の特定のソーラーセル110への光が遮断され、それ故に、1又は複数のセル110は電流を発生させることができないという事実を指す。
・主DC/DC変圧器/コンバーター1450の出力電圧は、30ボルト(U4)である;
・第二コンバーター1460の出力電圧は、3ボルト(U3)である
・主DC/DC変圧器/コンバーター1450の効率は、96%に値する;
・第二コンバーター1460の効率は、わずか85%に値する。
それ故、ソーラーアレイモジュール1300の出力電圧は、U4 + U3である:即ち、33V。合計出力電力は、以下の通り計算される。
Claims (16)
- 所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(400,800,1000,1300,1400,1500,1700)を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(400,800,1000,1300,1400,1500,1700)は、
a)N×Mマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル(110)と、
b)ソーラーセル(110)のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)、を備え、
予め設定された数(M)の前記ソーラーセル(110)は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数(N)の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル(110)のアレイを形成し、前記ソーラーセル(110)の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの1つから選択されたソーラーセル(110)の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル(110)と並列で電気的に接続して、ソーラーセル(110)の電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル(110)の前記電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル(110)のうちの少なくとも2つは、ソーラーセル(110)の前記物理的N×Mマトリックス構成における各ソーラーセル(110)とオーバーラップせず、
前記DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
N=M×2であって、ソーラーセル(110)の前記N×M物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを2つのN/2×Mマトリックス、左マトリックス(342)及び右マトリックス(340)に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル(110)は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス(342)の前記ソーラーセル(110)は、前記左マトリックス(342)の前記ソーラーセル(110)が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して反時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記右マトリックス(340)の前記ソーラーセル(110)は、前記右マトリックス(340)の前記ソーラーセル(110)が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記ソーラーセル(110)は、前記新規ストリングの各々の「+」極が前記DC/DC電力パワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)の「+」入力に電気的に接続し、前記ソーラーセル(110)の各々の「−」極が前記DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)の「−」入力に接続するように相互に接続する、ソーラー発電システム。 - 所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(400,800,1000,1300,1400,1500,1700)を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(400,800,1000,1300,1400,1500,1700)は、
a)N×Mマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル(110)と、
b)ソーラーセル(110)のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)、を備え、
予め設定された数(M)の前記ソーラーセル(110)は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数(N)の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル(110)のアレイを形成し、前記ソーラーセル(110)の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの1つから選択されたソーラーセル(110)の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル(110)と並列で電気的に接続して、ソーラーセル(110)の電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル(110)の前記電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル(110)のうちの少なくとも2つは、ソーラーセル(110)の前記物理的N×Mマトリックス構成における各ソーラーセル(110)とオーバーラップせず、
前記DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
N=M×2であって、ソーラーセル(110)の前記N×M物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを2つのN/2×Mマトリックス、左マトリックス(342)及び右マトリックス(340)に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル(110)は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス(342)の前記ソーラーセル(110)は、前記左マトリックス(342)の前記ソーラーセル(110)が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記右マトリックス(340)の前記ソーラーセル(110)は、前記右マトリックス(340)の前記ソーラーセル(110)が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して反時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記ソーラーセル(110)は、前記新規ストリングの各々の「+」極が前記DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)の「+」入力に電気的に接続し、前記ソーラーセル(110)の各々の「−」極が前記DC/DCパワーコンバーター(450,850,1050,1350,1450,1550,1750)の「−」入力に接続するように相互に接続する、ソーラー発電システム。 - 所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(600,1300,1400,1500,1700)を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(600,1300,1400,1500,1700)は、
a)N×Mマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル(110)と、
b)ソーラーセル(110)のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)、を備え、
予め設定された数(M)の前記ソーラーセル(110)は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数(N)の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル(110)のアレイを形成し、前記ソーラーセル(110)の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの1つから選択されたソーラーセル(110)の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル(110)と並列で電気的に接続して、ソーラーセル(110)の電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル(110)の前記電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル(110)のうちの少なくとも2つは、ソーラーセル(110)の前記物理的N×Mマトリックス構成における各ソーラーセル(110)とオーバーラップせず、
前記DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
ソーラーセル(110)の前記N×M物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを2つの略均等なマトリックス、左マトリックス(602)及び右マトリックス(604)に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル(110)は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス(602)の前記ソーラーセル(110)は、個々に、時計回りに90度回転しており、
前記回転したソーラーセル(110)の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記右マトリックス(604)の前記ソーラーセル(110)は、個々に、反時計回りに90度回転しており、
前記回転したソーラーセル(110)の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記ソーラーセル(110)は、前記新規ストリングの各々の「+」極が前記DC/DC電力変換器(650,1350,1450,1550,1750)の「+」入力に電気的に接続し、前記ソーラーセル(110)の各々の「−」極が前記DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)の「−」入力に接続するように相互に接続することによって、前記ソーラーセル(110)の少なくとも一つの行の大部分に対する光障害によって被る電力低下を最小化する前記物理的セル位置構成を形成する、ソーラー発電システム。 - 所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(600,1300,1400,1500,1700)を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(600,1300,1400,1500,1700)は、
a)N×Mマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル(110)と、
b)ソーラーセル(110)のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)、を備え、
予め設定された数(M)の前記ソーラーセル(110)は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数(N)の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル(110)のアレイを形成し、前記ソーラーセル(110)の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの1つから選択されたソーラーセル(110)の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル(110)と並列で電気的に接続して、ソーラーセル(110)の電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル(110)の前記電気的クリスクロスN×Mマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル(110)のうちの少なくとも2つは、ソーラーセル(110)の前記物理的N×Mマトリックス構成における各ソーラーセル(110)とオーバーラップせず、
前記DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
ソーラーセル(110)の前記N×M物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを2つの略均等なマトリックス、左マトリックス(602)及び右マトリックス(604)に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル(110)は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス(602)の前記ソーラーセル(110)は、個々に、反時計回りに90度回転しており、
前記回転したソーラーセル(110)の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記右マトリックス(604)の前記ソーラーセル(110)は、個々に、時計回りに90度回転しており、
前記回転したソーラーセル(110)の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記ソーラーセル(110)は、前記新規ストリングの各々の「+」極が前記DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)の「+」ラインに電気的に接続し、前記ソーラーセル(110)の各々の「−」極が前記DC/DCパワーコンバーター(650,1350,1450,1550,1750)の「−」ラインに接続するように相互に接続することによって、前記ソーラーセル(110)の少なくとも一つの行の大部分に対する光障害によって被る電力低下を最小化する前記物理的セル位置構成を形成する、ソーラー発電システム。 - 前記パワーコンバーター(450,650,850,1050,1350,1450,1550,1750)は、少なくとも一つのDC/DCパワーコンバーター、少なくとも一つのDC/DC変圧器、少なくとも一つのDC/DC変圧器と統合された少なくとも一つのパワーコンバーター又はそれらの組み合わせから基本的にはなる群より選択される、請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載のソーラー発電システム。
- 前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(1000)は、多数の高効率DC/DCパワーコンバーター(1050)であって、出力が並列で相互に接続され、電力がソーラーセル(110)の前記クリスクロスマトリックスアレイに接続されているものを更に備え、
前記少なくとも2つの高効率DC/DCパワーコンバーター(1050)の各々は、所望のより顕著に高いシステム出力電圧を提供するように構成される、請求項5に記載のモジュラーソーラーシステム。 - 前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール(1000)は、k個の高効率DC/DCパワーコンバーター(1050)であって、出力が並列で相互に接続され、電力がソーラーセル(110)の前記クリスクロスマトリックスアレイに接続されているものを更に備え、
前記k個の高効率DC/DCパワーコンバーター(1050)の各々の動作周期は、T/kであり、
Tは、前記k個の高効率DC/DCパワーコンバーター(1050)の各々のスイッチング周期であり、
前記k個の高効率DC/DCパワーコンバーター(1050)の各々によって発生する電流パルスは、各周期の範囲内でタイムリーに順次伝わり、DC入力電流が実質的に発生するように統合される、請求項5に記載のソーラー発電システム。 - 前記電流パルスは、ある程度オーバーラップし、前記オーバーラップは、ゼロ又はゼロ超である、請求項7に記載のソーラー発電システム。
- 前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュールは、調節されたソーラーアレイモジュール(1500)であり、制御可能な出力電圧を有する追加のDC/DCコンバーター(1560)と、モジュールプロセッサー(1590)を具備するモジュール調節サブシステムと、前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュールの出力電力レベルをモニターするための電圧モニター(1580)と、を更に備え、
前記追加のDC/DCコンバーター(1560)は、コントローラー(1562)を備え、
前記モジュールプロセッサー(1590)は、電圧モニターとの通信フロー下にあることによって、現在の出力パワーレベルを取得し、
前記モジュールプロセッサー(1590)は、前記コントローラー(1562)との通信フロー下にあることによって、前記現在の出力パワーレベルに基づいて前記出力パワーレベルを制御し、
前記追加のDC/DCコンバーター(1560)を、前記少なくとも一つの高効率DC/DC電力変圧器/コンバーターと組合せることによって、種々の光、温度及び他の条件下におけるソーラーモジュールの最大電力出力を提供して、ソーラーモジュール発電を最大にする、請求項5に記載のソーラー発電システム。 - プロセッサー(1590)と、前記一定レベルの出力電圧をモニターするための電圧計(1580)と、を更に備え、
前記追加のDC/DCコンバーター(1560)は、コントローラー(1562)を備え、
前記プロセッサー(1590)は、前記電圧計(1580)との通信フロー下にあることによって、出力電圧の現在のパワーレベルを取得し、
前記モジュールプロセッサー(1590)は、前記コントローラー(1562)との通信フロー下にあることによって、出力電圧の前記現在のパワーレベルに基づいて出力電圧の一定レベルを制御する、請求項9に記載のソーラー発電システム。 - 前記ソーラー発電システムは、調節されたソーラー発電システム(1800)であり、中央コントローラー(1870)を具備する中央コントロールシステム(1890)を更に備え、
前記調節されたソーラー発電システムは、調節されたソーラーアレイモジュール(1700)の少なくとも一つのストリングに配置されている複数ソーラーアレイモジュールを備え、
前記中央コントローラー(1870)は、前記モジュールプロセッサー(1590)を動作可能に制御してモジュール(1700)の各ソーラーストリングの最大電力出力を制御し、
前記中央コントロールシステムの前記中央コントローラー(1870)は、調節されたソーラーアレイモジュール(1700)の前記少なくとも一つのストリングの各々の出力電圧をモニターして制御することによって、種々の光、温度及び他の条件における調節されたソーラーアレイモジュール(1700)の前記少なくとも一つのストリングの最大電力出力を提供する、請求項10に記載のソーラー発電システム。 - 予め設定された数の前記調節されたソーラーアレイモジュール(1700)は、ソーラーアレイモジュールのストリングを形成するために、直列で電気的に接続し、ソーラーアレイモジュールの前記アレイは、第三出力電圧レベルを発生させる、請求項11に記載のソーラー発電システム。
- 前記第三出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすのに実質的に十分である、請求項12に記載のソーラー発電システム。
- ソーラーアレイモジュールの予め設定された数の前記ストリングは、ソーラーアレイモジュールのアレイを形成するために電気的に並列に接続し、ソーラーアレイモジュールの前記アレイは、第四出力電力レベルを発生させる、請求項12に記載のソーラー発電システム。
- 前記第四出力電力レベルは、所望の用途で作動電力レベル要件を満たすのに実質的に十分である、請求項14に記載のソーラー発電システム。
- 前記DC/DCパワーコンバーターは、高速MOSFETトランジスター又は他の適切なタイプの高速スイッチングトランジスターを備える、請求項5に記載のソーラー発電システム。
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