JP6336528B2 - 方法およびシステム - Google Patents

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Description

本明細書に記載する対象の実施形態は、広くは太陽電池に関する。より具体的には、本対象の実施形態は、太陽電池の電流−電圧(IV)曲線の作成及び解析に関する。
[連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載]
本明細書において記載される発明は、米国エネルギー省により与えられた契約番号第DE−FC36−07GO17043のもとで、政府の支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
太陽電池(「光起電電池」とも呼ばれる)は、太陽放射を電気エネルギーに変換するものとして周知の装置である。このような電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウェハー上に作製することができる。太陽電池には、P型及びN型拡散領域が含まれる。太陽電池に日射が当たると電子及び正孔が生成され、これらの電子及び正孔が拡散領域に移動することにより、拡散領域間に電位差が生じる。裏面コンタクト太陽電池においては、拡散領域及びこれらの拡散領域に結合した金属コンタクトフィンガーが、ともに太陽電池の裏面にある。このコンタクトフィンガーによって外部電気回路を太陽電池に結合し、太陽電池によって駆動することが可能となる。
太陽電池は、IV曲線、すなわち太陽電池の出力電流を所与の出力電圧に対してプロットしたものによって、特徴付けられ得る。このIV曲線は、太陽電池の動作性能を示すものである。図1は、同一のフレームに搭載され相互接続された複数の太陽電池を含む太陽電池パネルのIV曲線の例を示す。図1のIV曲線は、日射量及び太陽電池パネルの温度に依存する電流−電圧特性を示している。
太陽電池パネルの太陽電池IV曲線は、適切な試験装置を用いて専門技術者によって手動で作成され得る。典型的には、専門技術者がその日の特定の時間における太陽電池パネルのIV曲線を得るために出力電流及び電圧を測定し得る。新しい太陽電池設備(数百枚もの太陽電池パネルを含み得る)についてIV曲線を作成するためには、数名の専門技術者による数日間の作業が必要となる。据付け後は、契約上の義務に応じた太陽電池パネルの動作性能を実証するために、この太陽電池設備について新しいIV曲線を定期的に作成する必要があり得る。この新しいIV曲線もまた、専門技術者の手作業によって作成される。
太陽電池の電流−電圧(IV)曲線を自動的に作成及び解析する方法を開示する。この方法は、太陽電池パネルの複数のストリングのうちの第1の太陽電池パネルストリングによって生成される電流を検出する段階と、複数の太陽電池ストリングのうちの第2の太陽電池パネルストリングによって生成される電流を検出する段階と、を備え、太陽電池パネルの複数のストリングはそれぞれ、直列に接続された複数の太陽電池パネルを有し、直列に接続された複数の太陽電池パネルはそれぞれ、同一フレーム上に搭載され直列に接続された複数の太陽電池を含み、これら第1太陽電池パネルストリング及び第2の太陽電池パネルストリングの電流を検出する段階は、第1の太陽電池パネルストリングの電流を検出するように構成された第1の電磁界センサと、第2の太陽電池パネルストリングの電流を検出するように構成された第2の電磁界センサと、を備える検出装置によって、電流を検出する段階を含む。
また、検出装置も開示する。この検出装置は、電線の電流を非侵襲的に検知するように構成された第1の電流センサと、電線の電流を非侵襲的に検知するように構成された第2の電流センサと、これら第1の電流センサ及び第2の電流センサを制御するように構成された制御装置と、この制御装置によって制御される、信号を送受信し電力の供給を受けるように構成された通信ポートと、を備え、第1の電流センサ及び第2の電磁界センサが、通信ポートからの電力によって駆動される。
また、太陽電池パネルストリングモニタリングシステムも開示する。このシステムは、直列接続された複数の太陽電池パネルを含む第1の太陽電池パネルストリングと、第2の直列接続された複数の太陽電池パネルを含む第2の太陽電池パネルストリングと、これら第1の太陽電池パネルストリング及び第2の太陽電池パネルストリングを接続するコンバイナボックスと、第1の太陽電池パネルストリング及び第2の電流センサを含む検出装置であって、第1の電流センサが第1の太陽電池パネルストリングの第1の電流を決定するように構成され、第2の電流センサが第2の太陽電池パネルストリングのうちの第2の電流を決定するように構成された、検出装置と、を備える。
本発明のこれら及びその他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことによって、当業者には容易に理解されよう。
より完全な本主題の理解は、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲を、以下の図面と併せて考察し、参照することによって導き出すことができ、同様の参照番号は、図面全体を通して同様の要素を指す。
太陽電池パネルのIV曲線の例を概略的に示す。 本発明の一実施形態による光起電(PV)システムを概略的に示す。 本発明の一実施形態による図2のPVシステム内のPVストリングを概略的に示す。 本発明の一実施形態による図2のPVシステム内のデータ収集及び制御コンピュータを概略的に示す。 本発明の一実施形態による太陽電池IV曲線の自動作成及び解析方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態によるストリング電流モニタブロックを概略的に示す。 本発明の一実施形態によるストリング電流モニタブロック図を概略的に示す。 本発明の一実施形態による電流磁界センサを概略的に示す。 本発明の一実施形態による複数の太陽電池パネルストリング及びストリング電流モニタブロックを概略的に示す。 本発明の一実施形態による太陽電池IV曲線の自動作成方法のフローチャートである。
本開示では、本発明の実施形態を十分に理解するために、器具、部品及び方法の例など、多数の具体的な詳細を提供している。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細のうちの1つ以上を欠いても実施できることは理解されよう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、周知の詳細については図示又は説明をしていない。
本明細書においては、手法及び技術を、機能及び/又は論理ブロック要素に関して、多様な演算要素又は装置によって実行され得る動作、処理タスク、及び機能の象徴的表現を参照して記載することがある。このような動作、タスク、及び機能は、コンピュータにより実行される、コンピュータ化された、ソフトウェアにより実行される、又はコンピュータにより実行される、と称されることがある。実際には、1つ以上のプロセッサ装置がシステムメモリ内の記憶場所におけるデータビットを表す電気信号を操作することによって、記載された動作、タスク、及び機能を実行することが可能である。データビットが保持される記憶場所は、データビットに対応した特定の電気的、磁気的、光学的、又は有機的特性を有する物理的な場所である。当然のことながら、図示される多様なブロック要素は、特定の機能を実行するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、及び/又はファームウェア要素によって実現され得る。例えば、システム又は要素の実施形態には、例えば、記憶素子、デジタル信号処理素子、論理素子、参照テーブルなど、1つ以上のマイクロプロセッサ又はその他の制御装置の制御下で多様な機能を実行し得る多様な集積回路要素を用い得る。
「結合された(coupled)」という言葉は、以下の説明では、素子又はノード又は機構が"結合されている"ことを指す。本明細書で使用する場合、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合された」は、ある素子/ノード/機構が、別の素子/ノード/機構に直接的又は非直接的に連結される(又は直接的若しくは非直接的にこれらと通信を行う)ことを意味し、それは必ずしも機械的である必要はない。したがって、図7に示した概略図は素子の一例示的構成を表現するものではあるが、追加的な介在素子、装置、機構、又は要素が、例示される特徴の一実施形態内に存在することもあり得る。
図2は、本発明の一実施形態による光起電(PV)システム200を概略的に示す。図2の実施例では、PVシステム200は、複数のPVストリング210、PVインバータ220、並びにデータ収集及び制御コンピュータ201を含む。
PVストリング210は、電気的に直列接続された複数の太陽電池パネルを含み得る。PVストリング210の直流(DC)出力は、このPVストリング210のDC負荷となる装置に電気的に結合されている。図2の実施例ではこの装置は、PVストリング210のDC出力を正弦波交流(AC)に変換するPVインバータ220である。PVインバータ220のAC出力は、例えば送電網又は顧客の構造物(例えば、住宅用、商業用、工業用)の配電などに適用され得る。PVストリング210は、ストリング内の太陽電池パネルをモニタ及び制御し、PVシステム200のその他の要素と通信を行うように構成されたコントローラ211を含み得る。一実施形態では、PVストリング210は、無線メッシュネットワーク上でPVインバータ220と無線通信する。PVストリング210はまた、本発明の利点を損なうことなく、他のタイプの通信ネットワーク上でPVインバータ220と通信することも可能である。
コンピュータ201は、PVシステム200から電流、電圧、温度、日射量をはじめとする動作データ、並びにPVシステム200の性能及び動作状態を示すその他の情報を収集するように構成されたコンピュータからなってもよい。PVインバータ220は、コンバイナボックス212(図3参照)、コントローラ211、及びコンピュータ201をはじめとするPVシステム200の要素と通信するための通信モジュール221を含み得る。PVインバータ220は、インターネットを含む無線コンピュータネットワーク上で、コンピュータ201、コンバイナボックス212、コントローラ211、及びPVシステム200のその他の要素と通信し得る。
図3は、本発明の一実施形態によるPVストリング210を概略的に示す。図3の実施例においてPVストリング210は、コンバイナボックス212及び複数の太陽電池パネル214を含む。コントローラ211及び環境センサ216によって、PVストリング210のモニタリング及び制御が可能となる。
太陽電池パネル214は、同一フレーム上に搭載され電気的に接続された太陽電池からなる。一実施形態では、各太陽電池パネル214は複数の直列に接続された裏面コンタクト太陽電池215を含む。図を分かりやすくするために、図3においては一部の裏面コンタクト太陽電池215のみに記号を付している。その他のタイプの太陽電池、例えば、前面コンタクト太陽電池を使用することもまた可能である。
各PVストリング210は、コンバイナボックス212に結合された、複数の直列接続された太陽電池パネル214を含む。コンバイナボックス212を介して、PVストリング210の出力がPVインバータ220に電気的に接続される。したがって、PVストリング210の出力電圧が、PVインバータ220において電圧検出回路により検出され得る。
図3の実施形態では、コンバイナボックス212はセンサ回路213を含む。センサ回路213は、PVストリング210の太陽電池パネル214を通して流れる電流(ここではPVストリング210の出力電流)の大きさを検出し、またPVストリング210の出力電圧を検出するための電気回路を含み得る。センサ回路213は、従来の電流及び電圧検出回路を用いて実現し得る。このセンサ回路213は、コンバイナボックス212内に配置してもよいし、太陽電池パネル214に組み込まれてもよい。センサ回路213は、有線又は無線の接続を介して電流及び電圧の測定値をPVストリング210のコントローラ211に送信し得る。別の実施形態では、PVストリング210の出力電圧がPVインバータ220において直接検出される。
環境センサ216は放射照度センサ及び/又は温度センサを備えてもよい。図面では、この環境センサ216は、太陽電池パネル214の外側に集合的に示されている。実際には、環境センサ216は個々の太陽電池パネル214内に配置されてもよいし、PVストリング210を代表する位置に配置してもよい。
放射照度センサは、1つ以上の太陽電池パネル214上における日射の太陽放射の量を検出する。この放射照度センサは、太陽電池パネル214の太陽電池とは別の、複数の太陽電池を含んでもよい。このような放射照度センサ太陽電池の出力電流はパネル上の日射量を示し、関連する電気回路によって検出されてコントローラ211に供給される。放射照度センサは、個々の太陽電池パネル214上に搭載してもよいし、PVストリング210の位置を代表する位置に搭載されてもよい。
環境センサ216はまた、温度センサを備えてもよい。このような温度センサの出力は、太陽電池パネル214の温度、又はこの温度センサが位置するPVストリング210の位置における温度を示す。温度センサの出力は、コントローラ211に提供され得る。
コントローラ211は、最大電力点最適化回路などの制御回路、並びにPVストリング210及び広くはPVシステム200の要素間でデータを送受信するための通信回路を含み得る。コントローラ211は、有線又は無線の接続を介してセンサ回路213及び環境センサ216からのセンサ出力を受信し得る。コントローラ211は、センサ出力をPVインバータ220の通信モジュール221に伝達するように構成され、通信モジュールがこのセンサ出力をコンピュータ201に提供する。
図4は、本発明の一実施形態によるデータ収集及び制御コンピュータ201を概略的に示す。コンピュータ201は、具体的な用途における要求に応じて、より少ないか又はより多くの要素を有し得る。コンピュータ201は、例えば、Intel社又はAdvanced Micro Devices社から提供されるプロセッサのようなプロセッサ401を含み得る。コンピュータ201は、その多様な要素間を結合する1つ又は2つ以上のバス403を有し得る。コンピュータ201は、1つ以上のユーザ入力装置402(例えばキーボード、マウス)、1つ以上のデータ記憶装置406(例えば、ハードドライブ、光ディスク、USBメモリ)、表示モニタ404(例えばLCD、フラットパネルモニタ、CRT)、コンピュータネットワークインターフェース405(例えばネットワークアダプタ、モデム)、及びメインメモリ408(例えばRAM)を含み得る。コンピュータネットワークインターフェース405は、コンピュータネットワーク(本実施例ではインターネットを含む)に結合されてもよい。
コンピュータ201は、その機能を果たすようにソフトウェア要素410によってプログラムされた特定のマシンである。ソフトウェア要素410は、プロセッサ401によって実行するためにメインメモリ408内に持続的に格納されたコンピュータ可読プログラムコードからなる。このソフトウェア要素410は、データ記憶装置406からメインメモリ408に読み込まれ得る。ソフトウェア要素410はまた、光ディスク、フラッシュドライブ、及びその他の記憶装置をはじめとする他のコンピュータ可読媒体内で利用できるようにすることも可能である。ソフトウェア要素410は、データ収集及び制御、ロギング、統計、プロッティング、及びレポート作成ソフトウェアを含み得る。
一実施形態では、コンピュータ201は、通信モジュール221、コントローラ211、及び/又はPVシステム200のその他の要素からデータを受信するように構成される。コンピュータ201は、PVストリング210からのセンサデータを直接、又はインバータ220を介して受信し得る。センサデータは、PVストリング210の出力電流、PVストリング210の出力電圧、及びPVストリング210の環境条件(例えば、温度、日射量)を含み得る。
コンピュータ201は、PVストリング210にかかるDC負荷を制御するように構成し得る。例えば、コンピュータ201は、インバータ220がPVストリング210対して特定のDC負荷となるよう、インバータ220に制御信号を送るように、構成し得る。PVストリング210は、与えられたDC負荷に基づいてその出力電流を変化させる。インバータ220によって与えられるDC負荷を変化させ、かつ特定のDC負荷に対してPVストリング210によって生成される対応電流及び電圧を示すデータを受信することによって、コンピュータ201は、多様な条件下で、さまざまな出力電流及び電圧レベルにおいて、そのPVストリング210についてのIV曲線をプロットすることができる。
図5は、本発明の一実施形態による太陽電池IV曲線の自動作成及び解析方法500のフローチャートを示す。PVシステム200を実施例として用いて、この方法500を説明する。この方法500は、比較的多数の太陽電池パネルを備えたその他の太陽電池設備においても利用可能であることは理解されよう。方法500の段階を繰り返し実行することにより、PVシステム200のリアルタイムモニタリングを実現することができる。
方法500は、PVシステム200の特定のPVストリング210の出力電圧(ステップ501)、対応する出力電流(ステップ502)及び日射量(ステップ506)を検出する段階を含む。PVストリング210の出力電流は、コンバイナボックス212内に搭載されるか又は太陽電池パネル214内に組み込まれた電流検出回路によって検出され得る。同様に、PVストリング210の出力電圧は、コンバイナボックス212内に搭載されるか又は太陽電池パネル214内に組み込まれた電圧検出回路によって検出され得る。PVストリング210の出力電圧はまた、PVインバータ220において検出することも可能である。多様な出力電圧−電流対が比較的長期にわたって、又はPVストリング210に与えられるDC負荷を変化させることによって、検出され得る。電流及び電圧の各測定値は、その測定値についての日射量を含み得る。
PVストリング210について検出された出力電圧、電流、及び日射量を示すセンサデータは、PVストリング210のコントローラ211によって受信された後、コンピュータ201に直接又はPVインバータ220を介して送信され得る。特定のPVストリング210についてのセンサデータがリアルタイムで定期的に、例えば、数分おきに収集され得る。このセンサデータは、追加的な情報、例えば、出力電圧及び電流が検出された日時を示すタイムスタンプ、並びにその出力電圧及び電流が検出された時の環境条件(例えば、日射量及び温度)などを含み得る。
コンピュータ201は、複数のPVストリング210のそれぞれから、定期的にセンサデータを受信し得る。このセンサデータを用いて、コンピュータ201が各PVストリング210についてのIV曲線を作成し得る(ステップ503)。このIV曲線は、特定のPVストリング210についての出力電圧、対応する電流、並びに依存因子、例えば、そのPVストリング210についての対応する日射量及び/又は温度などを示し得る。一実施例としては、特定のPVストリング210についての各IV曲線はある日射量においての電流及び電圧を示し得る。ある期間、例えば、1週間、1か月、又は1年などにわたって収集したセンサデータについて、このようなIV曲線を作成し得る。IV曲線作成のためのセンサデータを、収集された日射量及び/又は温度データに基づいてフィルター処理することもできる。例えば、特定の日射量及び/又は温度においてとられたセンサデータのみを用いてIV曲線を作成するようにセンサデータを処理することが可能である。
一実施形態では、センサデータから作成されたIV曲線を利用してPVストリング210の動作性能をリアルタイムで評価する(ステップ504)。例えば、コンピュータ201が最新の電流−電圧データを有するIV曲線を基準IV曲線又は参照IV曲線と比較することにより、PVストリング210が動作性能標準を満たしているかを判定することができる。この基準IV曲線はそのPVストリング210の、それがはじめに据え付けられた当時のIV曲線であってもよいし、参照IV曲線は契約要求事項で定められてもよい。IV曲線の比較により、PVストリング210が劣化、例えば特定の出力電圧での出力電流が低下しているか、又は予定された動作性能標準を今も満たしているかが、示され得る。出力電圧、出力電流、及び対応する環境条件を自動検出し、対応したIV曲線を自動作成することにより、PVストリング210の動作性能をリアルタイムで評価することができて有利である。PVストリング210の最新及び過去のIV曲線を比較することにより、動作性能の劣化が本格的な障害となる前に、劣化の傾向を検知することが可能となる。
一実施形態では、センサデータから作成されるIV曲線を用いてPVストリングの障害を検知し解消する(ステップ505)。例えば、コンピュータ201は最新のIV曲線を解析することによって、既に生じた、又は生じようとしている断線又は短絡状態を検知し得る。短絡状態は、対応する高出力電流に対して出力電圧が低いIV曲線によって特徴付けられる。短絡状態は、PVストリング210内に短絡があること(例えば、太陽電池パネル214が短絡しているか、又は短絡しようとしていること)を示す。断線状態は、対応する低出力電流に対して出力電圧が高いIV曲線によって特徴付けられる。断線状態は、ストリングの太陽電池パネル214の直列接続が開状態にあることを示す。低電流及び高電流又は電圧の閾値は、特定の設備ごとに設定され得る。コンピュータ201がIV曲線の電流−電圧対を閾値と比較することによって、そのPVストリング210が現に、又は近いうちに短絡状態又は断線状態を有するか否かを判断し得る。
図6は、上述したPVシステム200に用いられるストリング電流モニタブロックの一実施形態を示す。以下で別段の説明がない限り、数値記号は上述した同様の要素及び素子を示す。センサ又はセンサ回路213は、ここに図示されたようなストリング電流モニタブロックの一実施形態を含むことができる。追加的に図7を参照すると、センサ213は、複数の電流センサ255を支持するプリント回路基板(PCB)250を含み得る。電流センサ255は、マイクロコントローラ260に接続又は結合され得る。マイクロコントローラ260はまた、通信ポート270、電源275、及びセンサ電力スイッチ280、並びに、例えば、温度センサ299などの他のモジュール若しくはプロセッサ装置、又は図示しないその他のもの、例えば記憶装置、アナログ−デジタル(A/D)変換器、中継装置、A/D変換器リファレンス等との相互運用が可能であり、センサ213はこれらをも含み得る。図7に示す実施形態のように特定の実施形態では、このような装置の1つ以上を、例えば、マイクロコントローラ260にA/D変換器と、通信ポート270を利用して信号を受信しまた供給するのに適した通信モジュールとを含めるように、一体化することも可能である。
電流センサ255は、太陽電池パネル210のストリングからの電線中の電流を決定するために十分な感度を備えるように構成されたホール効果電磁界センサを含み得る。各センサ213上には1つ以上の電流センサ255、例えば、図6に示すように12個の電流センサ255を配してもよく、各電流センサ255はマイクロコントローラ260に結合され得る。一実施形態では、コンバイナボックス212内で接続される太陽電池パネル210の各ストリングに対して電流センサ255が備えられ、センサ213が追加的にコンバイナボックス212内に配置される。したがって、電流センサはわずか2つ、又は、太陽電池パネルのストリングの数だけ、制限なく、センサ213上に設けることができる。電流センサ255は、この電流センサ255に関連する電線中の電流を、電線を貫通することのない非侵襲的な方法で測定することができる。ホール効果電磁界センサによって、このような測定が実現可能である。
電流センサ255は、本明細書に記載する全てのセンサ又は検出装置と同様に、マイクロコントローラ260に多様な信号の任意のもの、例えば、測定中の電流に関する情報を伝達する電圧信号又は通信信号などを供給することができる。したがって、例えば、一実施形態では電流センサ255は、この電流センサ255が測定する電流を表す電圧レベルをマイクロコントローラに供給し得る。このような実施形態では、この電圧の供給を受けるマイクロプロセッサ260又は別の装置によって、電圧信号が電流測定値に変換され得る。別の実施形態では、電流センサ255は、この電流センサ255によって測定中の電流の直接測定値を伝達する信号を供給し得る。
図8は、第1の電流センサ255及び第2の電流センサ256を貫通する電線258の一実施例を示し、ここではこれらのセンサはホール効果電磁界センサである。電線258を包囲する磁界を測定することによって、電線258を通して流れる電流が、個別の電線のそれぞれについて、第1の電流センサ及び第2の電流センサ255、256によって別々に測定され得る。この電流を測定するために電線中の電流に直接電気的に接続する必要はない。
図6及び図7を再度参照すると、マイクロコントローラ260は、A/D変換器と一体化した単一の装置として示されているが、これらの機能は他の実施形態では別々の装置またはモジュールによって実現することも可能である。マイクロコントローラ260は、プロセシング素子、及びデジタル記憶装置、通信装置、又は本明細書に記載した機能を果たすために必要なその他の素子若しくは装置を含み得る。マイクロコントローラ260がセンサ213のさまざまな他の素子、例えば、通信ポート270及び電流センサ255に結合された状態で示されているが、実施形態によっては、このようなセンサ213のさまざまな素子は、本発明に記載した機能を実現できる任意の方法で相互接続され、ともに結合され得る。
したがって、マイクロコントローラ260は、コントローラ211、インバータ220、又はセンサ213を制御するその他の装置からの信号を、通信ポート270への結合を介して受信することができる。また、マイクロコントローラ260が通信ポート270を介して応答信号を供給できることにより、センサ213が、遠隔制御装置からのコマンドに応答して電流センサ255を励磁し、電流センサ255を通過する1つ又は2つ以上の電線の電流を検出し、その測定値を遠隔制御装置に伝える信号を送信することが可能となる。更に、通信ポート270をセンサ213の電源275に結合することもできる。この電源275は、マイクロコントローラ260によって制御され、通信ポート270を介して受ける電力を用いてセンサ213の多様な要素を動作させることができる。このような通信ポートの一例としてはRS−485コネクタが挙げられるが、通信中に電力を受けるその他のポートの使用も可能である。したがって、特定の実施形態では、通信ポート270からの電力を各電流センサ255に供給するために、電源275をセンサ電力スイッチ280に結合し得る。特定の実施形態ではセンサ213は、電気的電力をはじめとする電力が各電流センサ255に同時に供給されるように構成することができるが、他の実施形態では電力が個別の電流センサ255のそれぞれに選択的に供給され得る。
図9は、コントローラ212に結合されたセンサ213の一実施形態を示す。センサ213は、太陽電池パネル210の各ストリングからの電線295が電流センサ255を通るように配置される。図示のように、太陽電池パネル210の12個のストリングと共に12個の電流センサ255を用いることができ、太陽電池パネル210の各ストリングはコンバイナボックス内で結合される。通信ポートからセンサ213に電力を供給することにより、センサ213は太陽電池パネル210の12個のストリングのそれぞれを通る電流を同時に決定することができるため、IV曲線作成自動化の容易性が高まる。更に、センサ213の動作に用いられる電力が1つ以上の通信ポート270に接続された通信線から供給され得ることから、PVストリング又はコントローラ212からの別個の電力線が不要となる。この方法により、単一の通信及び制御装置、例えばコントローラ212から、多数のセンサに電力を供給することが可能となる。
図10は、センサ213のようなセンサを用いてIV曲線を自動作成する方法のフローチャートを示す。プロセス600との関連で実行されるさまざまな作業は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせによって実行され得る。プロセス600についての下記の説明では、例示を目的として、図6〜9に関連して上述した構成要素について言及することがある。実際には、プロセス600は、記載したシステムのさまざまな構成要素、例えば電流センサ255、マイクロコントローラ260、又は通信ポート270によって実行され得る。当然のことながら、プロセス260は、任意の数の追加的又は代替的なタスクを含んでもよく、図10に示すタスクは、図示した順序で実行する必要はなく、またプロセス600は、本明細書に詳述されない追加機能を有する、より包括的な手続き又はプロセスに組み込まれてもよい。
センサ、例えば、図6〜9を参照して上に述べたセンサ213の用法の一例として、センサ213の通信ポート270での制御信号の受信(ステップ610)に応じて行う方法が挙げられる。これに応じて、マイクロコントローラ260又はその他の制御装置が少なくとも第1の電流センサ(ステップ620)及び第2の電流センサ(ステップ622)を作動させ、それぞれ太陽電池の第1のパネルストリング及び第2のパネルストリング、すなわち太陽電池ストリングの電流を検出する。特定の実施形態では、第1及び第2の電流センサ255は、センサ213の通信ポート270を介して受ける電力によって駆動され得る。
実施形態によっては、第1の太陽電池パネルストリングのIV曲線を決定するのみで十分なこともある。このような実施形態ではまた、第1の太陽電池パネルストリングの電圧が測定され得る(ステップ630)。第1の太陽電池パネルストリングの日射量も追加的に決定され得る。この情報から第1の曲線が決定され(ステップ650)、通信ポート270を用いて応答信号の形で伝達される(ステップ660)。特定の実施形態ではIV曲線の決定は不要で、センサ213からの電流情報など検出されたすべての情報がコントローラ212をはじめとするコントローラに直接報告され、IV曲線が遠隔的に決定される。
特定の実施形態では、電流検出ステップ620、622を実行した後、第2の太陽電池パネルストリングの電圧検出(ステップ632)及び日射量検出(ステップ642)を、第1の太陽電池ストリングとは独立して行い得る。この情報を用いて、第1のIV曲線とは独立して第2のIV曲線が作成できる(ステップ652)。このような実施形態では、ステップ660でこれらのIV曲線がともに報告され得る。しかしながら、実施形態によっては、ステップ622、632、及び/又は642のそれぞれ又はいずれかにおいて検出された情報が、通信信号の形でコントローラ212に供給され得る。この方法によれば、センサ213はIV曲線を直接提供することもできるし、他の入力、例えば、電圧及び/又は日射量情報などと組み合わせてIV曲線を決定できるような情報を提供することもできる。
太陽電池IV曲線の自動作成及び解析のための方法及び装置を開示した。少なくとも1つの例示的実施形態が、上述の発明を実施するための形態で提示されてきたが、莫大な数の変型が存在することを認識するべきである。本明細書に記載する例示的実施形態は、特許請求される主題の範囲、適用性、又は構成を限定する意図が全くないこともまた、認識するべきである。むしろ、上述の発明を実施するための形態は、当業者に、説明される実施形態を実践するための簡便な指針を提供するものである。本特許出願が出願される時点での、既知の等価物、及び予見可能な等価物を含む、特許請求の範囲によって規定される範囲から逸脱することなく、諸要素の機能及び配置に、さまざまな変更が実施可能であることを理解するべきである。
(項目1)
太陽電池の電流−電圧(IV)曲線を自動的に作成及び解析する方法であって、
複数の太陽電池パネルストリングのうちの第1太陽電池パネルストリングによって生成される電流を検出する段階と、
上記複数の太陽電池パネルストリングのうちの第2太陽電池パネルストリングによって生成される電流を検出する段階と、を備え、
上記複数の太陽電池パネルストリングはそれぞれ、直列に接続された複数の太陽電池パネルを有し、上記直列に接続された複数の太陽電池パネルはそれぞれ、同一フレーム上に搭載され直列に接続された複数の太陽電池を含み、
上記第1太陽電池パネルストリング及び上記第2太陽電池パネルストリングの電流を検出する段階は、上記第1太陽電池パネルストリングの電流を検出するように構成された第1電磁界センサ、及び、上記第2太陽電池パネルストリングの電流を検出するように構成された第2電磁界センサとを有する検出装置によって、電流を検出する段階を有する、方法。
(項目2)
上記検出装置が、上記複数の太陽電池パネルストリングそれぞれに対する電磁界センサを含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
上記第1電磁界センサは、ホール効果電磁界センサを含む、項目1又は2に記載の方法。
(項目4)
上記検出装置を備えた制御装置から制御信号を受信する段階を更に備え、
上記制御信号を受信する段階は、上記検出装置の通信ポートを用いて信号を受信する段階を有する、項目1から3の何れか一項に記載の方法。
(項目5)
上記第1太陽電池パネルストリング及び上記第2太陽電池パネルストリングの電流を検出する段階は、上記通信ポートからの電力を用いて上記第1電磁界センサ及び上記第2電磁界センサを駆動する段階を有する、項目4に記載の方法。
(項目6)
上記通信ポートを用いて上記検出装置から上記制御装置に応答信号を供給する段階を更に備える、項目5に記載の方法。
(項目7)
上記第1太陽電池パネルストリングによって生成される電圧を検出する段階と、
上記第1太陽電池パネルストリングの日射量を検出する段階と、
であって、上記第1太陽電池パネルストリングによって生成される電圧と上記第1太陽電池パネルストリングによって第1の期間に生成される対応する電流とを示した上記第1太陽電池パネルストリングの第1のIV曲線を自動作成する段階とを更に備える、項目1から6の何れか一項に記載の方法。
(項目8)
上記第1のIV曲線を別のIV曲線と比較することによって上記第1太陽電池パネルストリングの性能を評価する段階を更に含む、項目7に記載の方法。
(項目9)
電線の電流を非侵襲的に検知するように構成された第1の電流センサと、
電線の電流を非侵襲的に検知するように構成された第2の電流センサと、
上記第1の電流センサ及び上記第2の電流センサを制御するように構成された制御装置と、
上記制御装置によって制御され、信号を送受信し電源を受けるように構成された通信ポートと、を備え、
上記第1の電流センサ及び上記第2の電流センサが、前記通信ポートからの電源によって駆動される、検出装置。
(項目10)
上記第1の電流センサは、ホール効果電磁界センサを含む、項目9に記載の検出装置。
(項目11)
上記制御装置が、上記第2の電流センサに選択的に電源を供給するのとは独立して、上記第1の電流センサに選択的に電源を供給する、項目9に記載の検出装置。
(項目12)
上記検出装置が12個のホール効果電磁界センサを有する、項目9に記載の検出装置。
(項目13)
上記第1の電流センサ及び第2の電流センサに結合されたA/D変換器を更に備える、項目9に記載の検出装置。
(項目14)
上記通信ポートは、RS−485準拠ポートを含む、項目9に記載の検出装置。
(項目15)
直列接続された複数の太陽電池パネルを有する第1太陽電池パネルストリングと、
第2の直列接続された複数の太陽電池パネルを有する第2太陽電池パネルストリングと、
上記第1太陽電池パネルストリング及び上記第2太陽電池パネルストリングを接続するコンバイナボックスと、
第1の電流センサ及び第2の電流センサを有する検出装置であって、上記第1の電流センサが上記第1太陽電池パネルストリングの第1の電流を検出するように構成され、上記第2の電流センサが上記第2太陽電池パネルストリングの第2の電流を検出するように構成された検出装置と、を備える、太陽電池パネルストリングモニタリングシステム。
(項目16)
上記検出装置がコンバイナボックス内に配置される、項目15に記載の太陽電池パネルストリングモニタリングシステム。
(項目17)
上記第1太陽電池パネルストリングは、上記第1の電流センサを通って延在する第1の電線を有し、上記第2太陽電池パネルストリングは、上記第2の電流センサを通って延在する第2の電線を有する、項目15に記載の太陽電池パネルストリングモニタリングシステム。
(項目18)
上記検出装置が、通信ポートを有し、上記通信ポートから電力の共有を受けて上記第1の電流センサ及び上記第2の電流センサを動作させるように構成された、項目15に記載の太陽電池パネルストリングモニタリングシステム。
(項目19)
上記第1太陽電池パネルストリング及び上記第2太陽電池パネルストリングから上記コンバイナボックスを介して電力を受けるように構成されたインバータを更に備える、項目15に記載の太陽電池パネルストリングモニタリングシステム。
(項目20)
上記第1の電流センサ及び上記第2の電流センサが、上記第1太陽電池パネルストリング及び第2の太陽電池パネルストリングの電流を非侵襲的な方法で検知するように構成された、項目15に記載の太陽電池パネルストリングモニタリングシステム。

Claims (10)

  1. 太陽電池パネルの性能を評価する方法であって、
    複数の電流センサのうちの第1の電流センサに選択的に電源を供給する段階と、
    前記第1の電流センサに電源を供給している間に前記第1の電流センサを用いて、検出電流を生成すべく、複数の太陽電池パネルストリングの第1太陽電池パネルストリングによって生成される電流を検出する段階と、
    前記第1の電流センサに電源を供給する代わりに、前記複数の電流センサのうちの第2の電流センサに選択的に電源を供給する段階と、
    前記第2の電流センサに電源を供給している間に前記第2の電流センサを用いて、前記複数の太陽電池パネルストリングの第2太陽電池パネルストリングによって生成される電流を検出する段階と、
    前記検出電流を用いて、前記第1太陽電池パネルストリングの性能を評価する段階と、
    前記第1太陽電池パネルストリングの日射量及び温度のうちの少なくとも一方を検出する段階と、
    前記第1太陽電池パネルストリングによって生成された電圧を検出する段階と、
    特定の日射量及び温度のうちの少なくとも一方においてとられた前記電流および前記電圧のみを用いて、前記第1太陽電池パネルストリングの電流−電圧(IV)曲線を生成する段階と、を備える
    方法。
  2. 第1のステップで前記第1太陽電池パネルストリングの日射量を検出する段階と、
    前記第1のステップで前記第1太陽電池パネルストリングによって生成された電圧を検出する段階と、
    前記第1のステップで前記第1太陽電池パネルストリングの電流−電圧(IV)曲線を生成する段階と、をさらに備える
    請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1のステップの後の第2のステップで、前記第1太陽電池パネルストリングの日射量を検出する段階と、
    前記第2のステップで前記第1太陽電池パネルストリングによって生成された電圧を検出する段階と、
    前記第2のステップで前記第1太陽電池パネルストリングのIV曲線を生成する段階と、をさらに備える
    請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1のステップでの前記第1太陽電池パネルストリングの前記IV曲線を、前記第2のステップでの前記第1太陽電池パネルストリングの前記IV曲線と比較して、前記第1太陽電池パネルストリングの前記性能を評価する段階をさらに備える
    請求項3に記載の方法。
  5. 前記第2太陽電池パネルストリングの日射量を検出する段階と、
    前記第2太陽電池パネルストリングによって生成された電圧を検出する段階と、
    前記第2太陽電池パネルストリングのIV曲線を生成する段階と、さらに備える
    請求項2に記載の方法。
  6. 前記複数の電流センサを含む検出装置の通信ポートにおいて、前記第1の電流センサに選択的に前記電源を供給するためのコマンドを受信する段階をさらに備える
    請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記検出装置は、前記通信ポートから電源を受ける
    請求項6に記載の方法。
  8. 前記第1太陽電池パネルストリングの前記性能を評価する段階は、前記第1太陽電池パネルストリングの生じようとしている断線状態を検知する段階を有する
    請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記複数の電流センサは、ホール効果電磁界センサを含む
    請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載の方法を実装するシステム。
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