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

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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