(57)【要約】      （修正有）【課題】費用対効果が高く、太陽光発電装置に容易に配置されることができる、安全スイッチを提供する。【解決手段】太陽光発電システムなどのシステム内の特定の場所における作動パラメータを測定することと、ならびに／または潜在的に危険な状態を示す制御装置からメッセージを受信することと、それらに応答してシステム要素の接続を切断および／もしくは短絡することと、さらに、安全に接続できる場合は、システム要素を再接続することと、を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
発電設備であって、前記発電設備は少なくとも二つの電源および少なくとも一つのスイッチング素子を備え、各少なくとも一つのスイッチング素子は、前記少なくとも二つの電源のうちの少なくとも一つの電源に並列に接続され、電力装置に接続される、前記発電設備、における潜在的に危険な状態を示すセンサー測定値を検出し；
前記少なくとも一つのスイッチング要素を制御して、前記少なくとも二つの電源のうちの前記少なくとも一つの電源間を短絡させ；
前記潜在的に危険な状態がもはや存在しないことを示すセンサー測定値を受信し；
前記少なくとも一つのスイッチング要素を制御して、前記少なくとも二つの電源のうちの前記少なくとも一つの電源間の短絡を排除する；ように構成される、コントローラを備える、装置。
【請求項２】
前記少なくとも二つの電源は、中間点で互いに接続する二つの電源を備え、前記二つの電源のそれぞれは、前記電力装置への接続をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも二つの電源は、中間点で互いに接続する二つの電源を備え、前記少なくとも二つの電源のそれぞれは、前記中間点に配置される電気的なＴコネクタで接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも二つの電源は、太陽光発電機を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも一つのスイッチング素子は、トランジスタまたはリレーのうちの少なくとも一つを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラに接続される通信装置をさらに備え、前記通信装置は、前記潜在的に危険な状態を示すメッセージを受信し、前記潜在的に危険な状態の表示を前記コントローラに提供するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記通信装置は、電力線通信装置または無線通信装置のうちの少なくとも一つを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラに接続するセンサーをさらに備え、前記センサーは、一つまたは複数の電気的パラメータを測定し、前記コントローラに一つまたは複数の測定値を提供するように構成され、前記一つまたは複数の測定値は、前記潜在的に危険な状態を示すセンサー測定値を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記センサーは電流センサーを備え、前記潜在的に危険な状態を示す前記センサー測定値は、高電流測定値、電流の変化を示す測定値、および別の電気的パラメータとの不一致を示す測定値のうちの少なくとも一つを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも二つの電源および少なくとも一つのスイッチング素子を備える発電設備において、潜在的に危険な状態を示すセンサー測定値をコントローラによって検出することであって、各少なくとも一つのスイッチング素子は、前記少なくとも二つの電源のうちの少なくとも一つの電源に並列に接続され、電力装置に接続する、検出することと；
前記少なくとも二つの電源の中から選択される少なくとも一つの電源を短絡させるために、前記少なくとも一つのスイッチング素子を前記コントローラにより制御することと；
前記潜在的に危険な状態がもはや存在しないことを示すセンサー測定値を前記コントローラにより受信することと；
前記少なくとも二つの電源の中から選択される前記少なくとも一つの電源を前記電力装置に再接続するように、前記少なくとも一つのスイッチング素子を前記コントローラにより制御することと、を備える方法。
【請求項１１】
前記少なくとも二つの電源は、中間点で互いに接続する二つの電源を備え、前記二つの電源のそれぞれは、前記電力装置への接続をさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも二つの電源は、前記中間点に配置される電気的なＴコネクタで互いに接続する二つの電源を備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも二つの電源は、太陽光発電機を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのスイッチング素子は、トランジスタまたはリレーのうちの少なくとも一つを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記コントローラに接続する通信装置をさらに備え、前記通信装置は、前記潜在的に危険な状態を示すメッセージを受信し、前記潜在的に危険な状態の表示を前記コントローラに提供するように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記通信装置は、電力線通信装置および無線通信装置のうちの少なくとも一つを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１７】
前記コントローラに接続するセンサーをさらに備え、前記センサーは、一つまたは複数の電気的パラメータを測定し、前記コントローラに一つまたは複数の測定値を提供するように構成され、前記一つまたは複数の測定値は、前記潜在的に危険な状態を示すセンサー測定値を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記センサーは電流センサーを備え、前記潜在的に危険な状態を示す前記センサー測定値は、高電流測定値、電流の変化を示す測定値、および別の電気的パラメータとの不一致を示す測定値のうちの少なくとも一つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの電源および前記コントローラに接続する補助電力回路をさらに備え、前記補助電源回路は、少なくとも一つの電源から電力を引き出し、引き出された電力を前記コントローラに供給するように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
装置であって、
少なくとも第一の端子および第二の端子を有する第一の電源と；
少なくとも第一の端子および第二の端子を有する第二の電源であって、前記第二の電源の前記第二の端子は前記第一の電源の前記第一の端子に接続する、第二の電源と；
電力装置であって、
第一の電源の第二の端子に接続する第一の入力端子と；
前記第二の電源の第一の端子に接続する第二の入力端子と；
前記第一の電源の前記第一の端子および前記第二の電源の前記第二の端子に接続する第三の入力端子と；
前記第一の入力端子と第二の入力端子との間に接続される電力コンバータと；
前記第二入力端子と第三の入力端子との間に配置されるスイッチと；
通常の作動状態ではスイッチがオフであり、危険な状態ではスイッチがオンであるように制御するように構成されるコントローラと；を備える、電力装置と；を備える、装置。
【請求項２１】
前記第三の入力端子、前記第一の電源の前記第一の端子、および前記第二の電源の前記第二の端子は、Ｔコネクタを用いて接続される、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、一部継続出願であり、「Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｗｉｔｃｈ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する２０１６年８月２９日に出願された米国非仮出願第１５／２５０，０６８号の優先権を主張し、当該出願の全内容は引用することにより本明細書に組み込まれている。本出願は、「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ  Ｇａｒｌａｎｄ」と題する２０１６年４月５日に出願された米国仮特許出願第６２／３１８，３０３号の優先権を主張し、当該出願の全内容は引用することにより本明細書に組み込まれている。さらに、本出願は、「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｗｉｒｉｎｇ」と題する２０１６年５月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／３４１，１４７号の優先権を主張し、当該出願の全内容は引用することにより本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
安全規制は、危険な状態が太陽光発電設備で起こっている場合、一つまたは複数の太陽光（ＰＶ）発電機または他の要素との接続を切断することおよび／または短絡させることが必要になる場合がある。例えば、安全規制では、危険な状態（例えば、火災、短絡、保守作業の実行）の場合、太陽光発電設備における任意の箇所での最大電圧が安全電圧レベルを超えてはならないことが求められている。一部の太陽光発電システムでは、安全な電圧要件を達成するために、一つまたは複数の太陽光発電機の接続を切断および／または短絡させる必要がある場合がある。太陽光発電システムは数十年間配備される可能性があるが、安全規制は短い間隔（例えば、数年ごと）で変更される場合がある。安全上の問題がある場合にＰＶ発電機の接続を切断または短絡させるように制御されることができ、システムが再び安全になると太陽光発電機を再接続するように制御できる制御可能な安全スイッチを有することは有利である。制御可能な安全スイッチは、費用対効果が高く、容易に配置されることが望ましい。
【発明の概要】
【０００３】
以下の概要は、例示的目的のためだけの本発明の概念のいくつかの短い概要であり、発明を実施するための形態における本発明および実施例を制限または制約することを意図するものではない。当業者は、発明を実施するための形態から他の新規な組み合わせおよび特徴を認識するであろう。
【０００４】
本明細書の実施形態は、太陽光発電（ＰＶ）設備のノードにおける分岐を通る電流および／またはノードの電圧を制御するための安全スイッチおよび関連する装置ならびに方法を用いることができる。
【０００５】
一つまたは複数の電気システムを備える例示的な実施形態では、電気安全スイッチのグループは、複数の電源に電気的に接続可能であることができる。電気安全スイッチは、電気システムの安全な作動を維持するために制御可能であることができる。
【０００６】
例示的な電気システムでは、太陽光発電設備内の直列接続された太陽光発電機の間に安全スイッチを配置することができる。いくつかの実施形態では、ＰＶ発電機の各対の間に安全スイッチを設置することができる。いくつかの実施形態では、安全スイッチの数および位置は現在の安全規制に関して選択されることができ、いくつかの実施形態では、安全スイッチの数および位置は予想される「最悪の」安全規制に関して選択されることができる。例えば、システム構成要素の追加、再構成、および／または削除が容易で安価な場所では、安全スイッチは、設置時の安全規制に従ってＰＶ設置時に配置されてもよい。システム構成要素の追加、再構成、および／または削除が困難または高価な場所では、将来の規制の「最悪」（つまり、最も厳しい）予測に準拠するように安全スイッチを配置することができる。
【０００７】
いくつかの実施形態による例示的な安全スイッチは、既存の太陽光発電設備および構成要素に後付けすることができる。いくつかの実施形態による例示的な安全スイッチは、他のＰＶシステム構成要素（例えば、コネクタ、ＰＶ発電機、電力装置、コンバイナボックス、バッテリーおよび／またはインバーター）に統合され、安全スイッチの設計および製造のコストを潜在的に削減し、ならびに増加させる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、補助電力回路を用いて安全スイッチおよび関連するコントローラに電力を供給する。いくつかの実施形態では、安全スイッチは、安全スイッチが特定の状態にある場合（例えば、安全スイッチがオン状態にある場合）に大量の電力を運ばないシステムポイントに配置される。本明細書では、安全スイッチの状態に関係なく、補助電力回路および安全スイッチに電力を供給するための関連方法とともに、例示的な補助電力回路を開示する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、例示的な安全スイッチがオンまたはオフ状態にある場合に電気パラメータを調整または耐えるように、安全スイッチの構成要素および設計を選択することができる。例えば、いくつかの例示的な安全スイッチは、安全スイッチがオフ位置にある場合に安全スイッチを流れる電流を調整するように合わせて作成したシャント抵抗器を備えてもよい。
【００１０】
別の実施形態は、潜在的に危険な状態の場合に太陽光発電電力装置に作動電力を連続的に供給しながら太陽光発電電力装置への入力端子間の電圧を制限するように構成される内部回路を備える太陽光発電電力装置を備える。
【００１１】
別の実施形態は、太陽光発電電力装置に作動電力を継続的に供給しながら、様々なシステムノード間の電圧を制限するように構成される、太陽光発電機および太陽光発電電力装置を相互接続するための電気回路を含む。
【００１２】
別の実施形態は、関連する安全スイッチを備える事前接続された太陽光発電電力装置のチェーンを含み、これは、関連する安全スイッチとともに太陽光発電システムを配線する費用対効果が高い簡単な方法を提供することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、安全スイッチは、付随するシステム装置、例えばシステム制御装置および／またはエンドユーザー装置、例えばアプリケーションを監視するためのグラフィカルユーザーインターフェースと通信していてもよい。
【００１４】
別の実施形態は、例示的な電力システムにおける安全スイッチの状態および安全スイッチによって測定されるパラメータを監視するためのユーザーインターフェースを含む。システムの所有者またはオペレータは、システムの安全スイッチ、関連するスイッチの状態、およびそれによって測定される電気パラメータのリストを見ることができる場合がある。いくつかの実施形態では、リストはコンピューティングデバイス上で表示可能なグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）、例えばコンピューターモニター、タブレット、スマートテレビ、スマートフォン等であってもよい。いくつかの実施形態では、システムオペレータは、安全スイッチを手動（例えば、ボタンを押すことにより）で制御することができる場合がある。
【００１５】
上記のように、この発明の概要は、本明細書で説明する機能の一部の概要にすぎず、以下の発明を実施するための形態でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。発明の概要は網羅的なものではなく、特許請求の範囲に記載にされた主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求の範囲の制限となるものでもない。
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、特許請求の範囲、および図面に関してよりよく理解される。本開示は一例として示され、添付の図によって限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成である。
【図２】図２は、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成の一部である。
【図３】図３は、本開示の様々な態様による安全スイッチである。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の様々な態様による安全スイッチである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示の様々な態様による安全スイッチである。
【図５Ａ】図５Ａは、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成の一部である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本開示の様々な態様による太陽光発電機である。
【図６】図６は、本開示の様々な態様による安全スイッチを操作する方法である。
【図７Ａ】図７Ａは、本開示の様々な態様による安全スイッチに作動電力を供給するための回路である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本開示の様々な態様による安全スイッチに作動電力を供給するための回路である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本開示の様々な態様による安全スイッチに作動電力を供給するための回路である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本開示の様々な態様による安全スイッチの作動パラメータのうちのいくつかを示すタイミング図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、本開示の様々な態様による安全スイッチに作動電力を供給するための回路である。
【図７Ｆ】図７Ｆは、本開示の様々な態様による安全スイッチの作動パラメータのうちのいくつかを示すタイミング図である。
【図７Ｇ】図７Ｇは、本開示の様々な態様による安全スイッチに作動電力を供給するための回路である。
【図７Ｈ】図７Ｈは、本開示の様々な態様による安全スイッチに作動電力を供給するための回路である。
【図７Ｉ】図７Ｉは、本開示の様々な態様によるトランジスタを作動させる可能な作動を示す例示的なデータシートの一部である。
【図８】図８は、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成である。
【図９】図９は、本開示の様々な態様による太陽光発電電力装置である。
【図１０】図１０は、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本開示の様々な態様による太陽光発電電力装置である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本開示の様々な態様による太陽光発電電力装置である。
【図１２】図１２は、本開示の様々な態様による太陽光発電システムの構成である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本開示の様々な態様による安全スイッチの回路である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本開示の様々な態様による太陽光発電電力装置の回路である。
【図１４】図１４は、本開示の様々な態様による太陽光発電電力装置のチェーンの一部である。
【図１５】図１５は、例示的実施形態による電気システム用のユーザーインターフェースの例示的モックアップである。
【図１６】図１６は、本開示の様々な態様による太陽光発電電力装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
様々な例示的な実施形態に関する以下の記載では、本明細書の一部を形成し、本開示の態様を実施することができる様々な実施形態を例示として示す添付図面を参照する。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、構造的および機能的な修正を行うことができることを理解されたい。
【００１８】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電（ＰＶ）システムを示す図１Ａを参照する。ＰＶシステム１００は、接地バスと電力バスとの間に並列に接続する複数のＰＶストリング１０４を備えてもよい。ＰＶストリング１０４のそれぞれは、複数の直列接続するＰＶ発電機１０１および複数の安全スイッチ１０２を備えてもよい。ＰＶ発電機１０１は、一つまたは複数の太陽電池セル、モジュール、パネル、またはシングルを備えてもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ発電機１０１を直流（ＤＣ）電池または代替の直流もしくは交流（ＡＣ）電源に置き換えてもよい。
【００１９】
図１Ａの例示的な実施形態では、安全スイッチ１０２は、ＰＶ発電機１０１の各組の間に配置される。いくつかの実施形態（例えば、図２に示される実施形態）では、安全スイッチ１０２は、複数の直列接続されたＰＶ発電機のグループ間に配置されてもよい。安全スイッチ１０２は、制御装置および通信装置を備えてもよく、ＰＶ発電機の接続を切断するためのコマンドを（例えば、通信装置を介して）受信する場合、隣接するＰＶ発電機の接続を切断するよう作動してもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、電力バスおよび接地バスはシステム電力装置１１０に入力されてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置１１０は、ＤＣ／ＡＣインバーターを備えることができ、交流（ＡＣ）電力を送電網、家庭、またはその他の目的地に出力することができる。一部の実施形態では、システム電力装置１１０は、コンバイナボックス、変圧器、および／または安全切断回路を備えてもよい。例えば、システム電力装置１１０は、複数のＰＶストリング１０４からＤＣ電力を受け取り、合成したＤＣ電力を出力するためのＤＣコンバイナボックスを備えてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置１１０は、過電流保護のために各ストリング１０４に接続されたヒューズ、および／または一つもしくは複数のＰＶストリング１０４の接続を切断するための一つもしくは複数の切断スイッチを備えてもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、システム電力装置１１０は、安全スイッチ１０２を制御または安全スイッチ１０２と通信するための制御装置および／または通信装置を備えるか、またはそれらに接続してもよい。例えば、システム電力装置１１０は、制御装置、例えばシステム電力装置１１０の作動を制御するように構成されるマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置１１０は、複数の相互作用する制御装置を備えてもよい。システム電力装置１１０は、安全スイッチ１０２に備えられる接続する通信装置と通信するように構成される通信装置（例えば、電力線通信回路および／または無線トランシーバ）をさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置１１０は、制御デバイスおよび通信装置の両方を備えてもよく、制御デバイスは、ＰＶ電力装置（例えば、電力装置１０３）の望ましい作動モードを決定するように構成され、通信装置は、作動コマンドを送信し、ＰＶ電力装置に備えられる通信装置からレポートを受信するように構成される。
【００２２】
システム電力装置１１０は、多くの他の装置ならびに／またはシステム、例えばＰＶシステム１００（例えば、様々な個別のおよび／もしくは相互接続した装置、例えばディスコネクト、ＰＶセル／アレイ、インバーター、マイクロインバーター、ＰＶ電力装置、安全装置、メーター、ブレーカー、ＡＣメイン、接続箱、カメラなど）、ネットワーク／イントラネット／インターネット、コンピューティングデバイス、スマートフォンデバイス、タブレットデバイス、カメラ、データベースおよび／もしくはワークステーショを含む一つまたは複数のサーバーに接続してもよい。システム電力装置１１０は、ＰＶシステム１００内の構成要素の作動を制御するために、および／またはＰＶシステム１００に接続する他の要素との相互作用を制御するために構成されてもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、電力バスおよび接地バスは、エネルギー貯蔵デバイス、例えばバッテリー、フライホイール、または他のエネルギー貯蔵デバイスにさらに接続してもよい。
【００２４】
安全規制は、通常の作動状態の間および潜在的に危険な状態の間の両方で、ＰＶシステム１００の接地バスと他のいずれの電圧ポイントとの間の最大許容電圧を定義する場合がある。同様に、安全規制では、ＰＶシステム１００の任意の二つの電圧ポイント間の最大許容電圧を定義する場合がある。いくつかのシナリオでは、ＰＶシステム１００の危険な状態は、ＰＶストリング１０４内のＰＶ発電機１０１のうちの一つまたは複数の接続を切断することまたは短絡させることを必要とする場合がある。
【００２５】
数値例として、例示的なＰＶストリング１０４は２０個の直列接続されたＰＶ発電機１０１を備えてもよい。各ＰＶ発電機１０１は、４５Ｖの開回路電圧を有することができる。危険な状態の場合（例えば、火災、アークの検出、またはＰＶシステム１００のどこかの危険な短絡）、安全規制により、システム電力装置１１０はＰＶストリング１０４からの電力の取り出しを停止し、その結果、ＰＶストリング１０４の両端に４５・２０＝９００Ｖの開放電圧が生じることが必要になる場合がある。安全規制は、危険な状態の場合、ＰＶシステム１００の任意の二点間の最大電圧が、例えば８０Ｖを超えてはならないことをさらに要求する場合がある。安全規制に準拠するために、安全スイッチ１０２はＰＶストリング１０４を備える複数のＰＶ発電機１０１の接続を切断し、その結果、グランドに対して「フローティング」電圧と、各ＰＶ発電機の二つの端子間に約４５Ｖの電圧降下と、を有するＰＶ発電機１０１（接地バスおよび電力バスに接続されるＰＶ発電機１０１を除く）をもたらす。
【００２６】
いくつかの実施形態では、システム電力装置１１０は、各ＰＶストリング１０４の両端の電圧を制限することにより、潜在的に危険なシステム状態に対応することができる。例えば、システム電力装置１１０は、潜在的に危険な状態の場合に各ＰＶストリング１０４の両端の電圧を約６０Ｖに制御するように構成されたインバーターを備えてもよい。
【００２７】
ここで図１Ｂを参照すると、図１Ｂは、システム電力装置１１０に接続する単一のＰＶストリング１０４を例示する。潜在的に危険なシステム状態の場合、安全スイッチ１０２が接続を切断する可能性があり（すなわち、各スイッチがオフ状態に移行する可能性があり）、システム電力装置１１０はＰＶストリング１０４に電圧を印加する可能性がある。図１Ｂの数値例では、各ＰＶ発電機は４５Ｖの開回路電圧で作動していると想定され、システム電力装置１１０はＰＶストリング１０４の両端に６０Ｖの電圧を印加することができる。本明細書に開示される実施形態による安全スイッチ１０２は、ＰＶ発電機と反対の極性の電圧降下を提供し、それに耐えるように構成されることができる。図１Ｂの数値例では、ＰＶストリング１０４は、２０個のＰＶ発電機１０１および２０個の安全スイッチ１０２を備える。各ＰＶ発電機は４５Ｖの正の電圧降下を有し、各安全スイッチ１０２は４２Ｖの負の電圧降下を有し、（４５−４２）・２０＝６０Ｖのストリング電圧を提供する。ＰＶシステムの各位置の組の間の電圧降下は、６０Ｖを超えないことに注意されたい。
【００２８】
太陽光発電機の安全スイッチに対する比、および安全スイッチの位置は、太陽光発電機の電気パラメータと安全規制に応じて変化する場合があることに留意されたい。例えば、低電圧ＰＶ発電機（例えば、開回路電圧が１０ＶのＰＶ発電機）がＰＶ発電機１０１として使用され、安全規制により、潜在的に危険な状態の場合に最大５５Ｖのポイント・ツー・ポイント電圧が許可される場合、五つのＰＶ発電機１０１ごとに単一の安全スイッチ１０２を配置することができる。潜在的に危険な状態の場合に４５Ｖの最大ポイント・ツー・ポイント電圧を許可するように安全規制が変更される場合、追加の安全スイッチ１０２を追加することができる。
【００２９】
安全スイッチ１０２は、スイッチがオフ状態にある場合に安全スイッチ１０２を通る電流を調整するための抵抗器を備えてもよい。例えば、安全スイッチ１０２の各々は、約１ｋΩの抵抗を有するシャント抵抗器（例えば、図３の抵抗器Ｒ３１）を備え、オフ状態の電流を約４２Ｖ／１ｋΩ＝４２ｍＡに調整することができる。一般に、シャント抵抗器の値は、予想されるオフ状態の電圧と電流に応じて変化する可能性があり、１０Ω〜５ｋΩになる場合がある。
【００３０】
いくつかの実施形態では、値は、システム電力装置１１０によって提供される調整電圧および各ＰＶ発電機１０１の開回路電圧に応じて変化することができる。例えば、ストリング１０４は１０個のＰＶ発電機と１０個の安全スイッチを備えることができ、各ＰＶ発電機は３０Ｖの開回路電圧を有し、システム電力装置１１０はＰＶストリング１０４両端に５０Ｖの電圧を供給することができる。その場合、２５Ｖの負電圧を有するように各安全スイッチを作動させ、（３０−２５）・１０＝５０Ｖのストリング電圧を供給する。
【００３１】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電ストリングを示す図２を参照する。ＰＶストリング２０４は、複数のＰＶ発電機１０１および安全スイッチ１０２を備えることができる。ＰＶ発電機１０１は、図１ＡのＰＶ発電機１０１と類似または同一であってもよく、安全スイッチ１０２は、図１の安全スイッチ１０２と類似または同一であってもよい。安全スイッチ１０２は、各ＰＶ発電機１０１の組の間に設置され、（接地バスおよび電力バスに接続するＰＶ発電機を除く）各ＰＶ発電機１０１は、別のＰＶ発電機１０１に接続する第一の端子および安全スイッチ１０２に接続する第二の端子を有する。図２に例示する配置は、最大許容安全電圧が単一のＰＶ発電機１０１の開回路電圧の二倍以上であるシステムに適することができる。例えば、各ＰＶ発電機１０１の開回路電圧が４５Ｖで最大許容安全電圧が１００Ｖである場合、または各ＰＶ発電機１０１の開回路電圧が３０Ｖで最大許容安全電圧が８０Ｖである場合、図２に例示する配置は、安全規制に準拠しながら必要な安全スイッチの数を減らすことによりコストを削減することができる。
【００３２】
ここで、例示的な実施形態による安全スイッチを例示する図３を参照する。安全スイッチ３０２は、図１Ａおよび図２の安全スイッチ１０２として使用されることができる。安全スイッチは、オス型コネクタ３０６およびメス型コネクタ３０７を備えることができ、オス型コネクタ３０６はＰＶ発電機（例えば、ＰＶ発電機１０１）に近接してメス型コネクタの機能に適合するように設計され、およびメス型コネクタ３０７はＰＶ発電機に近接してオス型コネクタの機能に適合するように設計される。導体３０８は、オス型コネクタ３０６へ電気的に接続することができ、導体３０９は、メス型コネクタ３０７へ電気的に接続することができる。いくつかの実施形態では、様々な相互接続コネクタを使用することができる。安全スイッチ３０２は、導体３０８と導体３０９との間に配置されるスイッチング素子を備えることができる。図３の例示的な実施形態では、トランジスタＱ１は、導体３０８と導体３０９との間に配置されるスイッチング素子として使用されることができる。安全スイッチ３０２は、トランジスタＱ１の作動を制御するためのコントローラ３０３をさらに備えることができる。トランジスタＱ１は、様々な電気デバイス、例えば金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラ接合トランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、接合ゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、またはその他の好適なデバイスを使用して実現されることができる。いくつかの実施形態において、トランジスタＱ１は、電気的性能を改善するために（例えば、損失を低減するために）並列に接続される複数のトランジスタを用いて実現されることができる。本明細書で開示される例示的な実施形態では、トランジスタＱ１および同様のスイッチング素子は、ボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴであるとされる。ダイオードＤ３１は、トランジスタＱ１のボディダイオードであることができる。いくつかの実施形態では（例えば、Ｑ１が低品質のボディダイオードを備えるＭＯＳＦＥＴである場合）、別のダイオードをダイオードＤ３１と並列に接続して、代替バイパスダイオードとして機能させることができる。ダイオードＤ３１は、トランジスタがオフ位置にある場合にダイオードＤ３１の順方向バイアスを防ぐように方向付けられてもよい。抵抗器Ｒ３１は、トランジスタＱ１の端子間に配置されることができる。抵抗器Ｒ３１は、トランジスタＱ１の端子間のオフ状態抵抗を調整するようにサイズ設定されることができる。例えば、トランジスタＱ１で予想されるオフ状態の電圧降下が４０Ｖであり、安全スイッチ３０２を介した望ましいオフ状態の漏れ電流が２０ｍＡである場合、Ｒ３１は約４０Ｖ／２０ｍＡ＝２０００Ωになる。いくつかの実施形態では、（例えば、オフ状態の漏れ電流を調整する必要性または希望がない場合）Ｒ３１は用いられない場合がある。
【００３３】
安全スイッチ３０２は、他のデバイスと通信するための通信装置３０５と、トランジスタＱ１の作動を制御する（例えば、オンおよびオフにする）コントローラ３０３とを備えてもよい。コントローラ３０３は、アナログ回路、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であってもよい。いくつかの実施形態では、通信装置３０５は、外部デバイスからコマンドを受信してトランジスタＱ１の状態を変更し、通信装置３０５はコマンドをコントローラ３０３に伝達することができる。通信装置３０５は、様々な技術、例えば電力線通信（ＰＬＣ）、導体３０８および３０９を介して送信される音響通信、ならびに無線通信プロトコル（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（商標）、ＺｉｇＢｅｅ（商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラー通信など）を用いて外部デバイスと通信することができる。
【００３４】
補助電力回路３０４は、導体３０８および／または３０９に接続されてもよく、コントローラ３０３、センサー／センサーインターフェース３１０および／または通信装置３０５に電力を供給してもよい。補助電力回路３０４は、本明細書に開示される例示的な実施形態（例えば、図７Ａ〜７Ｃ、７Ｅ、７Ｈにおいて）で様々に実現されることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ３０３、補助電力回路３０４、および通信装置３０５のうちの二つ以上は、単一ユニットとして一体化されてもよい。例えば、図７Ｃでは、通信装置３０５は、コントローラ３０３にも電力を供給するＰＬＣ信号を受信する場合がある。
【００３５】
いくつかの実施形態では、安全スイッチ３０２は、パラメータ、例えば電流、電圧および／または温度を測定するための測定センサーおよび／またはセンサーインターフェース３１０をさらに備えてもよい。例えば、センサー／センサーインターフェース３１０は、導体３０８または導体３０９を通る電流を測定するための電流センサー、ならびに／またはトランジスタＱ１の両端の電圧降下を測定するための電圧センサー、ならびに／またはオス型コネクタ３０６、メス型コネクタ３０７および／もしくはトランジスタＱ１におけるもしくはその近傍の温度を測定するための温度センサーを備える。いくつかの実施形態では、センサー／センサーインターフェース３１０は、コントローラ３０３に測定値を提供し、コントローラ３０３は、受信した測定値にしたがってアクションを行う（例えば、トランジスタＱ１の状態を変更する）ように構成される。例えば、高電流が導体３０９を通って測定される場合、またはオス型コネクタ３０６の近くで高温が測定される場合、コントローラ３０３はＱ１の状態をＯＦＦに設定するように構成されることができる。いくつかの実施形態では、図１のシステム電力装置１１０のように、コントローラ３０３はセンサー／センサーインターフェース３１０から得られる測定値を通信装置３０５に提供することができ、通信装置３０５はシステムコントローラまたはデータ収集装置（明示的には図示せず）に測定値を送信するように構成される。いくつかの実施形態では、センサー／センサーインターフェース３１０は、コントローラ３０３をバイパスして、測定値を通信装置３０５に直接提供することができる。
【００３６】
本開示の好ましい実施形態は、安全機能のためにトランジスタＱ１を提供すること（例えば、二つのＰＶ発電機の接続を互いに切り離す能力）を含むが、本明細書に含まれる他の実施形態はトランジスタＱ１を含まない場合もあることに留意されたい。安全トランジスタＱ１によって提供される安全上の利点（例えば、太陽光発電機の接続を切断する能力）がなくても、測定およびデータ報告機能を提供するためにセンサー／センサーインターフェース３１０、補助電力回路３０４、および通信装置３０５を組み合わせることができる。
【００３７】
ここで、例示的な実施形態による安全スイッチの接続を例示する図４Ａ〜４Ｂを参照する。安全スイッチ４０２は、図３の安全スイッチ３０２と類似または同一であってもよい。安全スイッチ４０２は、コネクタ４０３に接続するためのオス型コネクタ４０６を備えてもよく、コネクタ４０３は第一のＰＶ発電機（明示的には図示せず）によって生成される電力を運ぶ導体４０４に接続される。同様に、安全スイッチ４０２は、コネクタ４０８に接続するためのメス型コネクタ４０７を備えてもよく、コネクタ４０８は第二のＰＶ発電機（明示的には図示せず）によって生成される電力を運ぶ導体４０９に接続される。いくつかの従来の太陽光発電システムでは、コネクタ４０３をコネクタ４０８に接続することにより、第一および第二の太陽光発電機を直列に接続することができる。安全スイッチ４０２は、一端でコネクタ４０３に、および別の端でコネクタ４０８にシームレスに接続するように設計され、設置の構築中にまたは後付けの改造機構としてのいずれかで、太陽光発電設備に安全な接続の切断、制御、および／または監視機能を追加する。
【００３８】
図４Ａは、例示的な実施形態による、接続前のコネクタ４０８および４０３と共に安全スイッチ４０２を示し、図４Ｂは、コネクタ４０８および４０３に接続する安全スイッチ４０２を備える接続点４００を示す（構成要素の境界は破線で示される）。
【００３９】
いくつかの実施形態では、安全スイッチ４０２を太陽光発電機コネクタまたはＰＶ発電機接続箱に統合することにより利点を得ることができる。例えば、安全スイッチ４０２は、ＰＶ発電機のコネクタ４０３またはコネクタ４０８に組み込まれ、追加の構成要素および接続を必要とせずにＰＶ発電機内に安全スイッチング機能を提供することができる。ＰＶ発電機のコネクタまたは接続箱に安全スイッチを統合すると、（例えば、安全スイッチに別の筐体とコネクタを必要としないため）コストを削減でき、（追加の構成要素を接続する必要がないため）設置を簡素化することができる。
【００４０】
ここで、例示的な実施形態による安全スイッチを用いる太陽光発電（ＰＶ）ストリングの一部を示す図５Ａを参照する。ＰＶストリング５００は、接続ポイント４００を介して互いに接続されるＰＶ発電機１０１のストリングの一部（例えば、図１Ａおよび図２のＰＶ発電機１０１と類似のまたは同一の発電機を備える、図１ＡのＰＶストリング１０４と類似のまたは同一のストリングの一部）であってもよい。接続点４００は、図４Ａおよび図４Ｂの接続点４００と類似または同一であってもよく、二つのＰＶ発電機コネクタ（例えば、コネクタ４０３および４０８）の間に接続される安全スイッチ（例えば、安全スイッチ４０２）を備えてもよい。各ＰＶ発電機１０１は、ＰＶ発電機を備えるＰＶセルから太陽光発電電力を運ぶための導体４０４および４０９と、安全スイッチ４０２に接続するためのコネクタ４０３および４０８とを備えることができる。
【００４１】
ここで、例示的な実施形態による安全スイッチを備えるＰＶ発電機を例示する図５Ｂを参照する。ＰＶ発電機１０１は接続箱５１１と、導体４０４および４０９とを備えてもよい。図５ＢはＰＶ発電機の背面を例示し、ＰＶセルはＰＶ発電機（明示的には図示せず）の前面上に取り付けられている。いくつかの実施形態では、ＰＶセルは、ＰＶ発電機の両側に取り付けられてもよく、またはＰＶ発電機の背面は、太陽放射照度がＰＶ発電機の両側からＰＶセルに到達できるように構成されてもよい。接続箱５１１は、ＰＶセルから太陽光発電電力を収集し、導体４０９および４０４を介して太陽光発電電力を供給するための電気接続５１２および５１３を備えてもよい。
【００４２】
本明細書に開示される例示的な実施形態では、安全スイッチ５０２は、導体４０４と電気接続５１２との間に配置されてもよい。安全スイッチ５０２は、物理的な筐体ならびにコネクタ３０６および３０７を必要とせずに、図３の安全スイッチ３０２と機能的に類似または同じであってもよい。トランジスタＱ１、ダイオードＤ３１、センサー／センサーインターフェース５１０、コントローラ５０３、通信装置５０５、および／または補助電力回路５０４は、接続箱５１１に統合されてもよい。いくつかの実施形態では、安全スイッチ５０２を通るオフ状態電流を調整するために、（図３の抵抗器Ｒ３１と同様に）抵抗器がトランジスタＱ１の端子間に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、補助電力回路５０４は、ＰＶ発電機１０１によって生成された太陽光発電電力を受け取るために導体４０４と４０９の間に接続されてもよく、コントローラ５０３、通信装置５０５および／またはセンサー／センサーインターフェース５１０に電力を供給してもよい。
【００４３】
いくつかの実施形態では、接続箱５１１は、図９のＰＶ電力装置９０３と類似のまたは同一の統合ＰＶ電力装置をさらに備えることができる。ＰＶ電力装置９０３を、導体４０４および４０９と電気接続５１２および５１３との間に接続することができる。例えば、図９の電力コンバータ９００は、電気接続５１２および５１３から電力を受け取ることができ、導体４０４および４０９に電力を出力することができる。安全スイッチ５０２は、ＰＶ電力装置９０３と電気接続５１２との間に配置されてもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置９０３に統合されてもよい。
【００４４】
ここで、安全スイッチ（例えば、図１Ａの安全スイッチ１０２、図３の安全スイッチ３０２）を操作する方法を示す図６を参照する。方法６００は、図３のコントローラ３０３と類似のまたは同一のコントローラによって実行されることができる。工程６０１で、初期条件は、スイッチがオン状態にあり、スイッチに接続される二つの導体（例えば、図５Ａの導体４０４および４０９）間に電流が流れることとすることができる。工程６０１の間、安全スイッチに接続する補助電力回路は、スイッチをオン状態に維持するために、コントローラおよび／またはゲートドライバに電力を供給することができる（例えば、安全スイッチを実装する一部のタイプのトランジスタは「通常オフ」である場合があり、その場合、補助電力回路はトランジスタゲートノードに印加される電圧信号に電力を供給してオン状態を維持する）。工程６０２で、コントローラは、スイッチをオフ状態にするコマンドを受信することができる。いくつかの実施形態では、コマンドは、システム制御装置と通信する通信装置（例えば、通信装置３０５）を介して受信され得る。いくつかの実施形態では、工程６０２で、スイッチをオフ状態にするコマンドを受信する代わりに、コントローラは、（例えば、高電流または温度を報告するセンサー、もしくはスイッチを流れる電流の急激な変化を検出するセンサーによって、または二つの電気パラメータを比較して実質的な不一致を検出することに基づいて）危険な状態が存在する可能性があることを独立して判定し、スイッチをオフ状態にする必要があるかを判定することができる。いくつかの実施形態では、信号を受信しないことに応答して、スイッチをオフ状態にする必要があるという決定を下すことができる。例えば、いくつかの例示的なシステムでは、システム制御装置は、関連する安全スイッチおよびＰＶ電力装置に「キープアライブ」信号を継続的に提供する。「キープアライブ」信号を受信しない場合、潜在的に危険な状態を示している可能性があり、スイッチをオフ状態にする必要があると判定される場合がある。
【００４５】
さらに図６を参照すると、工程６０３で、コントローラはスイッチをオフ状態にする。いくつかの実施形態（例えば、スイッチが「ノーマリーオン形」トランジスタである場合）、スイッチをオフ状態にすることは、トランジスタ端子へ電圧を印加することを含み、いくつかの実施形態（例えば、スイッチが「ノーマリーオフ形」トランジスタである場合）、スイッチをオフ状態にすることは、トランジスタ端子へ電圧を印加することを停止することを含むことができる。工程６０４で、コントローラは、スイッチをオン状態に戻すコマンドを受信することができる。一般的に、危険な状態が解決されると、システム制御装置は、ＰＶ発電機を再接続し、電力供給を再開しても安全であることを示す信号を提供することができる。いくつかの実施形態では、工程６０４で、（例えば、危険な状態がもはや存在しないことをセンサーが報告するため、）コントローラは、スイッチをオン位置に戻すことが安全であると独立して決定することができる。
【００４６】
工程６０５で、コントローラは、スイッチをオン状態に切り替えるためのコマンド（または、いくつかの実施形態では、自己決定）が受信されたかを判定する。このようなコマンド（または判定）が受信されていない場合、方法６００を実行するコントローラは工程６０４に戻る。スイッチをオン状態にするコマンド（または、いくつかの実施形態では、自己判定）が受信された場合、方法６００を実行するコントローラは工程６０６に進み、（例えば、トランジスタのノードに電圧を印加することにより、またはトランジスタのノードから印加電圧を除去することにより）スイッチをオン状態に戻し、工程６０１に戻る。
【００４７】
本明細書に開示の実施形態による安全スイッチへの連続的な電力供給を提供するための補助回路は、様々に実装されることができる。補助電力回路は、様々な条件下で様々な時間に安全スイッチを作動させるための電力を供給することができる。例えば、補助電力回路は、三回、安全スイッチに作動電力を提供する場合がある：最初の起動時（すなわち、安全スイッチを備えるシステムが最初に展開される時）、定常状態のオンの時間（すなわち、システムが稼働している時、通常の動作状態の間、スイッチがオンの時）、および定常状態のオフの時間（すなわち、システムが稼働している時、潜在的に危険な状態の間、スイッチがオフの時）。
【００４８】
ここで、例示的な実施形態による補助電力回路を備える安全スイッチ７０２ａを例示する図７Ａを参照する。安全スイッチ７０２ａは、導体７０８および７０９、トランジスタＱ１、コントローラ７１０、ならびに補助電力回路７０４を備えることができる。安全スイッチ７０２ａは、図３の通信装置３０５と類似のまたは同一の通信装置をさらに備えてもよい（視覚ノイズを低減するために、明示的には図示せず）。トランジスタＱ１は図３に関して説明したトランジスタＱ１と類似または同一であってもよく、抵抗器Ｒ３１は図３のＲ３１と同一であってもよく、ダイオードＤ３１は図３のＤ３１と同一であってもよく、コントローラ７１０は図３のコントローラ３０３と類似または同一であってもよく、導体７０８および７０９はそれぞれ図３の導体３０８および３０９と類似または同一であってもよい。
【００４９】
補助電力回路７０４は、トランジスタＱ１に並列に接続されてもよい。補助電力回路７０４の第一の入力は導体７０８に接続されてもよく、補助電力回路７０４の第二の入力は導体７０９に接続されてもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、補助電力回路７０４は、トランジスタＱ１に好適な制御信号を提供するように構成されるアナログ回路を備えてもよい。いくつかの実施形態では、補助電力回路７０４は、コントローラ７１０に電力を供給し、コントローラ７１０は、制御信号をトランジスタＱ１に提供するように構成される。
【００５１】
ここで、例示的な実施形態による補助電力回路を備える安全スイッチ７０２ｂを例示する図７Ｂを参照する。安全スイッチ７０２ｂは、導体７０８および７０９、トランジスタＱ１、コントローラ７１０、ならびに補助電力回路７１４を備えることができる。安全スイッチ７０２ｂは、図３の通信装置３０５と類似のまたは同一の通信装置をさらに備えてもよい（視覚ノイズを低減するために、明示的には図示せず）。トランジスタＱ１は図３に関して説明したトランジスタＱ１と類似または同一であってもよく、抵抗器Ｒ３１は図３のＲ３１と同一であってもよく、ダイオードＤ３１は図３のＤ３１と同一であってもよく、コントローラ７１０は図３のコントローラ３０３と類似または同一であってもよく、導体７０８および７０９はそれぞれ図３の導体３０８および３０９と類似または同一であってもよい。
【００５２】
補助電力回路７１４は、トランジスタＱ１に直列に接続されてもよい。補助電力回路７１４の第一の入力は導体７０８に接続されてもよく、補助電力回路７０４ａの第二の入力はトランジタＱ１に接続されてもよい。
【００５３】
ここで、例示的な実施形態による補助電力回路を示す図７Ｃを参照する。補助電力回路７０４ａは、図７Ａの補助電力回路７０４として用いられてもよい。補助電力回路７０４ａへの第一の入力は、トランジスタのソース端子（例えば、図７ＡのＱ１）に接続されることができ、補助電力回路７０４ａへの第二の入力は、トランジスタのドレイン端子に接続されることができる。補助電力回路７０４ａの出力は、トランジスタのゲート端子に接続されてもよい。補助電力回路７０４ａは、超低電圧直流−直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ（ＵＬＶＣ）７２０を備えてもよい。コントローラ７１０は、アナログまたはデジタルコントローラであってもよく、図３のコントローラ３０３と類似であってもよい。コントローラ７１０は、補助電力回路３０４ａと統合されてもよく、または別個であってもよい。いくつかの実施形態では、ＵＬＶＣ７２０の出力は、コントローラ７１０がトランジスタのゲートに電圧を印加する状態で、コントローラ７１０の入力に接続されてもよい。ＵＬＶＣ７２０は、その入力で非常に低い電圧（例えば、数十または数百ミリボルト）を受け取り、実質的により大きな電圧（例えば、数ボルト）を出力するように構成されてもよい。ＵＬＶＣ７２０は多様に実装されることができる。いくつかの実施形態では、ＵＬＶＣは、発振器チャージポンプおよび／またはいくつかの変換ステージを備えてもよい。「０．１８−Ｖ  Ｉｎｐｕｔ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｐｕｍｐ  ｗｉｔｈ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｂｏｄｙ  Ｂｉａｓｉｎｇ  ｉｎ  Ｓｔａｒｔｕｐ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｕｓｉｎｇ  ６５ｎｍ  ＣＭＯＳ」（Ｐ．Ｈ．Ｃｈｅｎら、（著作権）ＩＥＥＥ  ２０１０）、「Ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｈａｒｇｅ  ｐｕｍｐ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｆｏｒ  ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｗ．Ｐ．Ｍ．Ｒａｎｄｈｉｋａ  Ｐａｔｈｉｒａｎａ、２０１４）に記載されている例示的な回路の変形は、ＵＬＶＣ  ７２０として、またはＵＬＶＣ  ７２０の一部として用いられることができる。
【００５４】
ここで、例示的な実施形態による図７Ｃの補助電力回路７０４ａを作動させるためのタイミング図を示す図７Ｄを参照する。数値例として、補助電力回路７０４ａは、上記のようにＭＯＳＦＥＴの端子に接続されてもよい。ＵＬＶＣ７２０は、ＭＯＳＦＥＴのソース（Ｖｓ）端子とドレイン（Ｖｄ）端子との間に接続されることができる。ＭＯＳＦＥＴがオフの位置にある場合、端子ＶｓとＶｄとの間の電圧降下はかなり大きく、ＰＶ発電機の開回路電圧に近い場合がある。ＭＯＳＦＥＴがオフ位置にある場合、ＵＬＶＣ７２０はバイパスされるか、または無効化され、端子ＶｓとＶｄとの間のかなり大きな電圧降下は、コントローラ７１０に電力を供給するために処理される。コントローラ７１０は、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子との間の電圧を低い値（例えば、２Ｖの最小ソースゲート閾値の下で０Ｖまたは１Ｖ）に保持し、ＭＯＳＦＥＴをオフ位置に維持することができる。
【００５５】
さらに図７Ｄを参照すると、コントローラ７１０は、通信回路（明示的には図示せず）を介してコマンドを受信して、ＭＯＳＦＥＴをオン状態にすることができる。コントローラ７１０は、ゲート−ソース間の電圧を約５Ｖまで増加させることができる。例示的なＰＶシステムでは、特定の作動点でＰＶストリングを流れる電流は約１０Ａであってもよい。５Ｖのゲート−ソース間電圧と１０Ａのドレイン−ソース間電流では、ドレイン−ソース間電圧は約９０ｍＶになる場合がある。ＵＬＶＣ７２０は、コントローラ７１０に電力を供給するために、９０ｍＶのドレイン−ソース間電圧を数ボルト以上の電圧（例えば、５Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、または２０Ｖ）に上げることができる。コントローラ７１０は、コマンドが受信されてＭＯＳＦＥＴをオフにするまで、ゲート−ソース間電圧を約５Ｖに継続的に保持することができる。いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴは、毎日の終わり、すなわちＰＶ発電機が日暮れにより大量の電力生成を停止する場合にオフにされる。ＭＯＳＦＥＴをオフにする時間になると、コントローラはゲート−ソース間電圧を約０Ｖまたは１Ｖに戻すことができる。
【００５６】
図７Ｄの例示的なタイミング図にしたがって補助電力回路７０４ａを作動させることは、いくつかの利点を提供することができる。例えば、補助電力回路７０４ａを用いて安全スイッチ７０２ａによって消費される定常状態の電力は低い可能性があり、この例示的な例では、オン位置にある場合、９０ｍＶ＊１０Ａ＝９００ｍＷ、オフ位置にある場合、３０Ｖ＊１０ｕＡ＝０．３ｍＷとすることができる。さらに、安全スイッチ７０２ａの両端の定常状態の電圧は、オン位置（例えば、９０ｍＶ）にある場合、実質的に一定であることができる。
【００５７】
ここで、例示的な実施形態による補助電力回路を示す図７Ｅを参照する。補助電力回路７０４ｂは、図７Ａの補助電力回路７０４として用いられてもよい。補助電力回路７０４ｂへの第一の入力は、トランジスタのソース端子（例えば、図７ＡのＱ１）に接続されることができ、補助電力回路７０４ｂへの第二の入力は、トランジスタのドレイン端子に接続されることができる。補助電力回路７０４ｂの出力は、トランジスタのゲート端子に接続されてもよい。補助電力回路７０４ｂは、キャパシタＣ２、ダイオードＤ２、ダイオードＺ２、トランジスタＱ７０、およびＤＣ−ＤＣコンバータ７２１を備えてもよい。いくつかの実施形態では、キャパシタＣ２を、異なる充電装置（例えば、バッテリー）に置き換えてもよい。コントローラ７１０は、アナログまたはデジタルであってもよく、図３のコントローラ３０３と類似であってもよい。コントローラ７１０は、補助電力回路３０４ａと統合されてもよく、または別個であってもよい。ダイオードＺ２は、逆バイアス電圧を所定の値に制限および保持するように設計されたツェナーダイオードであってもよい。この例示的な実施形態では、ダイオードＺ２は４Ｖの逆バイアス電圧を有すると想定される。補助電力回路７０４ｂへの第一の入力は、トランジスタのソース端子（例えば、図７ＡのＱ１）に接続されることができ、補助電力回路７０４ｂへの第二の入力は、トランジスタ（例えば、Ｑ１）のドレイン端子に接続されることができる。補助電力回路７０４ｂの出力は、トランジスタ（例えば、Ｑ１）のゲート端子に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、コンバータ７２１の出力は、コントローラ７１０がトランジスタのゲートに電圧を印加する状態で、コントローラ７１０の入力に接続されてもよい。コンバータ７２１は、その入力で数ボルト（例えば、３Ｖ〜１０Ｖの間）の電圧を受け取り、コントローラ７１０に電力を供給するための、またはトランジスタのゲート端子のゲート電圧を制御するための電圧を出力するように構成されることができる。
【００５８】
ダイオードＤ２のアノードは、トランジスタのドレイン端子（Ｖｄ）に接続されてもよく、ダイオードＤ２のカソードは、ダイオードＺ２のカソードおよびキャパシタＣ２の第一の端子に接続されてもよい。ダイオードＺ２のアノードは、トランジスタＱ７０のドレイン端子に接続され、トランジスタＱ７０のソース端子は、トランジスタのソース端子（Ｖｓ）およびキャパシタＣ２の第二の端子に接続されてもよい。トランジスタＱ７０のゲート電圧は、コントローラ７１０によって制御されることができる（制御線は明示的には図示されていない）。コンバータ７２１の入力は、キャパシタＣ２と並列に接続されてもよい。
【００５９】
補助電力回路７０４ａ〜ｂおよび７１４を、安全および有効なシステム作動要件に従って、安全スイッチ７０２の端子間に電圧降下を提供するように作動させることができる。安全スイッチ７０２が「定常オン状態」にある場合、すなわち、スイッチが太陽光発電電力がＰＶストリングを流れるために低インピーダンス経路を提供する場合、通常のシステム作動中にドレイン−ソース電圧が低いことが望ましい場合がある。安全スイッチ７０２が「定常オフ状態」にある場合、安全スイッチ７０２は、電流の流れのための低インピーダンス経路を提供することなく、ＰＶ発電機のほぼ開回路電圧のドレイン−ソース間電圧を提供する必要がある場合がある。
【００６０】
再び図７Ｅを参照すると、コントローラ７１０は、図７ＡのトランジスタＱ７０およびトランジスタＱ１を作動させて、安全なおよび有効なシステム作動要件に従って安全スイッチ７０２の端子間に電圧降下を提供することができる。「定常オフ状態」では、トランジスタＱ１およびＱ７０はオフ状態に保持されることができる。「定常オン状態」では、トランジスタＱ１はオンであり、ドレイン端子とソース端子との間に低インピーダンス経路を提供し、トランジスタＱ７０はオンまたはオフのいずれでもよい。「定常オン状態」の間、Ｑ１を一時的に「一時オフ状態」に移行して、キャパシタＣ２を再充電し、コントローラ７１０に作動電力を供給し続けることが望ましい場合がある。「一時的にオフ」状態では、トランジスタＱ１はオフであり、トランジスタＱ７０はオンであってもよい。ダイオードＺ２は、キャパシタＣ２の端子間に制限された充電電圧（例えば、４Ｖ）を提供し、キャパシタＣ２はＰＶストリングの電流の電流経路を提供する。
【００６１】
ここで、例示的な実施形態による図７Ｅの補助電力回路７０４ｂを作動させるためのタイミング図を示す図７Ｆを参照する。数値例として、補助電源回路７０４ａは、上記のようにＭＯＳＦＥＴの端子に接続されてもよい。コンバータ７２１は、ＭＯＳＦＥＴのソース（Ｖｓ）端子とドレイン（Ｖｄ）端子との間に接続されることができる。ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、端子ＶｓとＶｄとの間の電圧降下はかなり大きく、ＰＶ発電機の開回路電圧に近い場合がある。ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、コンバータ７２１はバイパスされるか、または無効化され、端子ＶｓとＶｄとの間のかなり大きな電圧降下は、コントローラ７１０に電力を供給するために処理される。いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、コンバータ７２１は、ドレイン−ソース間電圧を処理して、コントローラ７１０に電力を供給することができる。コントローラ７１０は、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子との間の電圧を低い値（例えば、２Ｖの最小ソースゲート閾値の下で０Ｖまたは１Ｖ）に保持し、ＭＯＳＦＥＴをオフ位置に維持することができる。ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、キャパシタＣ２は、ドレイン端子とソース端子との間の電圧付近まで充電されることができる。いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合に、（例えば、Ｑ７０をオフ状態にすることにより）ダイオードＺ２の接続を切断してドレイン−ソース間電圧を増加させることができる。いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合に大きなドレイン−ソース間電圧（例えば、ＰＶ発電機の開回路電圧とほぼ同じ電圧）を有することにより、ＰＶ発電機と付随する安全スイッチとの間の総電圧を下げることにより、システムの安全性を高める。
【００６２】
さらに図７Ｆを参照すると、コントローラ７１０は、通信回路（明示的には図示せず）を介してコマンドを受信して、ＭＯＳＦＥＴをオン状態にすることができる。コントローラ７１０は、Ｑ１のゲート−ソース間の電圧を約６Ｖまで増加させることができる。例示的なＰＶシステムでは、特定の作動点でＰＶストリングを流れる電流は約１０Ａであってもよい。６Ｖのゲート−ソース間電圧と１０Ａのドレイン−ソース間電流では、ドレイン−ソース間電圧は約６５ｍＶになる場合がある。ダイオードＤ２は順方向バイアスされていない場合があり（例えば、ダイオードの順方向電圧が０．６Ｖの場合、６５ｍＶのドレイン−ソース間電圧はダイオードＤ２を順方向バイアスしない場合がある）、ドレイン端子からキャパシタＣ２の接続を切断する。キャパシタＣ２は、コンバータ７２１に電力を供給することによりゆっくり放電する場合がある。コンバータ７２１は、キャパシタＣ２の両端の電圧を監視する回路（例えば、アナログコンパレータ）を備えることができ、キャパシタＣ２の両端の電圧が第一の閾値を下回ることに応答することができる。キャパシタ両端の電圧が第一の閾値を下回ると、コントローラ７１０はゲート−ソース間電圧を約０Ｖまたは１Ｖに低下させ、結果としてＭＯＳＦＥＴをオフ状態に移行させる可能性がある。そして、ダイオードＤ２が順方向バイアスになり、ダイオードＺ２がドレイン−ソース間電圧を第二の閾値に制限する可能性がある。トランジスタＱ７０をオン状態に保持すると、ダイオードＺ２はドレイン−ソース間電圧を調整することができる。そして、キャパシタＣ２は第二の閾値の電圧レベル付近まで急速に再充電され、キャパシタＣ２が第二の閾値電圧に達すると、コントローラ７１０はゲート−ソース間電圧を上げて６Ｖに戻すように構成される。ＭＯＳＦＥＴが「定常オン状態」モードで作動している間、この反復プロセスが繰り返される場合がある。図７Ｆに示される例示的な実施形態では、第一の閾値は２Ｖであり、第二の閾値は４Ｖである。キャパシタＣ２の両端の電圧は二つのレベル間で変化し、ゲート−ソース間電圧は約０Ｖ〜約６Ｖの間で変化し、ドレイン−ソース間電圧は４Ｖ〜６５ｍＶの間で変化する。
【００６３】
図７Ｆの例示的なタイミング図にしたがって補助電力回路７０４ｂを作動させることは、いくつかの利点を提供することができる。例えば、２〜３０Ｖの入力電圧を受け入れるように設計されたコンバータ（例えば、コンバーター７２１）は、安価で効率的で、実装が簡単である。いくつかの実施形態では、別のツェナーダイオードをダイオードＺ２と直列に接続して、第一の電圧を増加させることができる。第一の閾値電圧を（例えば、それぞれ１０Ｖ、１５Ｖ、または２０Ｖに）上げると、キャパシタＣ２での充放電サイクルの頻度を下げるなどの利点が得られ、処理が容易なコンバータ７２１に電圧が供給される。
【００６４】
６５ｍＶおよび９０ｍＶのＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧、５Ｖおよび６ＶのＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間電圧、および１０ＡのＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電流を含む例示的な作動点は説明のために用いられ、本明細書で開示される例示的な実施形態と併せて用いられる作動点を限定することを意図するものではない。いくつかの実施形態では、複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタを並列に接続してオン状態抵抗を低減し、それにより、オン状態にある場合にＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース電圧を低減することができる。例えば、五つのＭＯＳＦＥＴを並列に接続すると、ドレイン−ソース間のオン状態電圧が６５ｍＶから１５ｍＶに低下する場合がある。
【００６５】
ここで、例示的な実施形態による補助電力回路を示す図７Ｇを参照する。補助電力回路７０４ｃは、図７Ａの補助電力回路７０４として用いられてもよい。補助電力回路７０４ｃは、ダイオードＺ２のアノードがトランジスタＱ１のドレイン端子（Ｖｓ）に接続され、トランジスタＱ７０のドレイン端子もトランジスタＱ１のソース端子（Ｖｓ）に接続されるという点で修正を加えて、補助電力回路７０４ｂと類似であってもよい。安全スイッチ７０２が「定常オン状態」にある場合、トランジスタＱ１およびＱ７０はオンであってもよく、ＰＶストリング電流のために低インピーダンス経路をもたらすことができる。安全スイッチ７０２が「定常オフ状態」にある場合、トランジスタＱ１およびＱ７０はオフであり、ＰＶストリング電流の低インピーダンス経路を防止し、安全スイッチ７０２の端子間でかなり大きな電圧降下をもたらす（例えば、ＰＶ発電機の開回路電圧とほぼ同じ電圧またはわずかに低い電圧）。安全スイッチ７０２が「一時的にオフ状態」にある場合、トランジスタＱ１はオフであり、トランジスタＱ７０はオンであってもよく、ダイオードＺ２はキャパシタＣ２に充電電圧を提供し、Ｑ７０はＰＶストリング電流のために低インピーダンス電流経路を提供することができる。
【００６６】
ここで、例示的な実施形態による補助電力回路を備える安全スイッチを例示する図７Ｈを参照する。安全スイッチ７０２ｃは、導体７０８および７０９、トランジスタＱ１、コントローラ７１０、ならびに補助電力回路７１５を備えることができる。補助電力回路７１５は、図７Ｂの補助電力回路７１４として用いられてもよい。この例示的な実施形態では、補助電力回路７１５は、電力線通信（ＰＬＣ）装置を兼ねることができる。インダクタＬ４、キャパシタＣ３および抵抗器Ｒは、導体７０８に接続するインダクタＬ４の第一のノード、およびトランジスタＱ１のソース端子に接続するインダクタＬ４の第二のノードと並列に接続することができる。インダクタＬ４とキャパシタＣ３の値は、共振周波数（例えば６０ｋＨｚ）で共振するように選択されることができる。
【００６７】
さらに図７Ｈを参照すると、外部デバイス（例えば、図１のシステム電力装置１１０）は、導体７０８を介してＰＬＣ高周波交流信号を（例えば、周波数シフトキーイング、振幅変調または他の変調スキームを用いて）送信することができる。ＰＬＣ信号は、抵抗器Ｒの両端の高周波交流電圧降下を誘発し、抵抗器Ｒの両端の電圧が正の場合（すなわち、導体７０８の電圧がトランジスタＱ１のソース端子電圧よりも高い場合）、ダイオードＤ７がコントローラ７１０に電圧を供給する。いくつかの実施形態では、ダイオードＤ７を、Ｒの両端の電圧がゼロでない（正または負のいずれか）場合にコントローラ７１０に電圧を提供するダイオードの「フルブリッジ」に置き換えることができる。いくつかの実施形態では、抵抗器Ｒの両端のＰＬＣ誘導電圧は、二つの目的に用いられることができる。ＰＬＣ信号は、抵抗器Ｒの両端の電圧降下を変化させることにより、コントローラ７１０に作動情報を提供することができる。さらに、いくつかの実施形態では、ＰＬＣ信号はコントローラ７１０に作動電力を提供することができる。コントローラ７１０は、抵抗器Ｒ、キャパシタＣ３、およびインダクタＬ４を備える共振回路から電力を引き出し、引き出した電力を用いてトランジスタＱ１の状態を設定することができる。
【００６８】
図７Ｈに例示するように、補助電力回路７１５を実装することにより特定の利点を得ることができる。例えば、図７Ｈの補助電力回路７１５は、通信装置を兼ねることができ、安全スイッチ７０２ｃの総部品数を減らすことができる。さらに、制御信号と電力信号を統合することにより、コントローラ７１０のプログラミングに必要な複雑さを低減することができる。例えば、「ＯＮ」信号は高電力のシステムコントローラによって送信されることができ、「ＯＦＦ」信号は低電力のシステムコントローラによって送信されることができる。補助電力回路７１５は、変換された電力信号をトランジスタＱ１のゲートに直接適用することができ、「ＯＮ」信号の電力はＱ１をＯＮ状態に保持するのに十分であり、「ＯＦＦ」信号の電力はＱ１をオン状態に保持するのに十分ではない可能性がある。
【００６９】
補助電力回路７０４ａ、７０４ｂ、および７１５の要素を様々に組み合わせることができる。例えば、図７Ｂの補助電力回路７１４は、図７Ａの安全スイッチ７０２ａに追加されてもよく、補助電力回路７１４は補助電力回路７０４の故障の場合にコントローラ７１０に電力を供給するように構成されるだけでなく、ＰＬＣ回路として機能することができる。いくつかの実施形態では、補助電力回路７１４は、システム設定時にコントローラ７１０に初期電力を供給し、補助電力回路７０４は、「定常状態」作動中にコントローラ７１０に電力を供給する。
【００７０】
ここで、例示的な実施形態によるＭＯＳＦＥＴデータシートの一部を例示する図７Ｉを参照する。プロット７７０は、ＭＯＳＦＥＴを通るドレイン−ソース間電圧とドレイン−ソース間電流との間の関係を示すことができる。曲線７７１は、ＭＯＳＦＥＴに印加されるゲート−ソース間電圧が５Ｖの場合の電流−電圧の関係を示すことができる。曲線７７１は、ＭＯＳＦＥＴに印加されるゲート−ソース間電圧が６Ｖの場合の電流−電圧の関係を示すことができる。作動点Ａは、ＭＯＳＦＥＴに印加されるゲート−ソース間電圧が６Ｖで、ＭＯＳＦＥＴを流れるドレイン−ソース間電流が１０Ａである場合、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧は約６５ｍＶであることを示すことができる。これは、図７Ｆに従って作動するＭＯＳＦＥＴの可能な作動点に対応する場合がある。作動点Ｂは、ＭＯＳＦＥＴに印加されるゲート−ソース間電圧が５Ｖで、ＭＯＳＦＥＴを流れるドレイン−ソース間電流が１０Ａである場合、ＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間電圧は約９０ｍＶであることを示すことができる。これは、図７Ｄに従って作動するＭＯＳＦＥＴの可能な作動点に対応する場合がある。上記のように、これらの作動点は単なる例示であり、複数のＭＯＳＦＥＴを並列に接続することに適応させ、新しい作動点を取得することができる。
【００７１】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電（ＰＶ）システムを示す図８を参照する。ＰＶシステム８００は、接地バスと電力バスとの間に並列に接続する複数のＰＶストリング８０４を備えてもよい。ＰＶストリング８０４のそれぞれは、複数の太陽光発電機８０１、複数の安全スイッチ８０２、および複数のＰＶ電力装置８０３を備えてもよい。ＰＶ発電機８０１は、図１ＡのＰＶ発電機１０１と類似または同一であってもよく、安全スイッチ８０２は、図１Ａの安全スイッチ１０２、図３の安全スイッチ３０２、および／または図７Ａ〜７Ｃの安全スイッチ７０２ａ〜７０２ｃと類似または同一であってもよい。
【００７２】
いくつかの実施形態では、電力バスおよび接地バスはシステム電力装置８１０に入力されてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置８１０は、ＤＣ／ＡＣインバーターを備えることができ、交流（ＡＣ）電力を送電網、家庭、またはその他の目的地に出力することができる。一部の実施形態では、システム電力装置８１０は、コンバイナボックス、変圧器、および／または安全切断回路を備えてもよい。例えば、システム電力装置８１０は、複数のＰＶストリング８０４からＤＣ電力を受け取り、合成したＤＣ電力を出力するためのＤＣコンバイナボックスを備えてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置８１０は、過電流保護のために各ＰＶストリング８０４に接続されたヒューズ、および／または一つもしくは複数のＰＶストリング８０４の接続を切断するための一つもしくは複数の切断スイッチを備えてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力装置８１０は、ＰＶ電力装置８０３および安全スイッチ８０２にコマンドを提供し、およびそれらからデータを受信するためのシステムコントローラ（例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））を備えてもよい。
【００７３】
各安全スイッチ８０２は、第一のＰＶ発電機の第一の出力と第二の出力発電機の第二の出力との間に接続されてもよく、各ＰＶ電力装置は二つの入力端子：第一のＰＶ発電機の第二の出力に接続する第一の入力端子、および第二のＰＶ発電機の第一の出力に接続する第二の入力端子、を有してもよい。この「２対１」配置では、ＰＶ発電機８０１の各対は効果的に直列に接続し、二つのＰＶ発電機の合成電圧および合成電力を、ＰＶ電力装置８０３の入力に供給する。各安全スイッチ８０２は、二つのＰＶ発電機の間に配置され、潜在的に危険な状態の場合に１対のＰＶ発電機の接続を切断する。
【００７４】
いくつかの従来のＰＶ設備は類似の配置を特徴とするが、発電機間に安全スイッチが配置されることなく、ＰＶ発電機８０１の各対は互いに直接接続される。危険な状態の場合、ＰＶ電力装置８０３はＰＶ発電機からの電力の供給を停止し、その結果、ＰＶ電力装置の入力端子での開回路電圧は、各ＰＶ発電機の開回路電圧の約２倍になる。一部のシステムでは、この電圧は８０、１００、または１２０ボルトになる場合があり、これらの電圧は安全規制で規定される許容安全電圧よりも高い場合がある。
【００７５】
本明細書で開示される装置および方法に従って安全スイッチ８０２を作動させることにより、（例えば、システム電力装置８１０、ＰＶ電力装置８０３、および／または安全スイッチ８０２によって検出される）危険な状態の場合、一つまたは複数の安全スイッチ８０２がオフ状態に移行し、各ＰＶ電力装置８０３の入力端子間の電圧降下を約４０〜６０ボルトに低減させることができ、これは十分に安全な電圧レベルであることができる。
【００７６】
各ＰＶ電力装置８０３は、ＰＶ電力装置８０３の入力に接続する二つの太陽光発電機８０１から電力を受け取り、ＰＶ電力装置８０３の出力で二つの太陽光発電機の合成電力を供給することができる。複数のＰＶ電力装置８０３の出力を直列に接続してＰＶストリング８０４を形成し、複数のＰＶストリング８０４を並列に接続してシステム電力装置８１０に電力を供給することができる。
【００７７】
図８は、二つのＰＶ発電機８０１が各ＰＶ電力装置８０３に並列に接続される配置を例示しているが、様々な配置を容易に得ることができる。例えば、各ＰＶ電力装置は、三つ以上の直列接続されるＰＶ発電機８０１から電力を受け取り、安全スイッチ８０２はＰＶ発電機の間に配置される。いくつかの実施形態では、いくつかのＰＶ電力装置８０３は、単一のＰＶ発電機８０１から電力を受け取ることができ、いくつかのＰＶ電力装置は、二つのＰＶ発電機８０１から電力を受け取ることができ、いくつかのＰＶ電力デバイスは、三つ以上のＰＶ発電機８０１から電力を受け取ることができる。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置８０３は、ＰＶ発電機８０１の複数の並列接続された直列ストリングから電力を受け取ることができ、安全スイッチ８０２は直列ストリングに配置される。本明細書で開示される実施形態は、前述の修正、および当業者に明らかである他の修正を含む。
【００７８】
ここで、例示的な実施形態による電力装置、例えば電力装置９０３に見られる回路を例示する図９を参照する。ＰＶ電力装置９０３は、図８のＰＶ電力装置８０３と類似または同一であってもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置９０３は、電力コンバータ９００を備えることができる。電力コンバータ９００は、直流−直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ、例えばバック、ブースト、バック／ブースト、バック＋ブースト、チューク、フライバックおよび／またはフォワードコンバータを備えてもよい。いくつかの実施形態では、電力コンバータ９００は、直流−交流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータ（インバーターとしても知られる）、例えばマイクロインバーターを備えてもよい。電力コンバータ９００は、ＰＶ電力装置９０３の入力端子および出力端子と同じであってもよい二つの入力端子および二つの出力端子を有してもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置９０３は、電力装置が接続する電源から増加した電力を抽出するように構成される最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）回路９０６を備えることができる。いくつかの実施形態では、電力コンバータ９００はＭＰＰＴ機能を備えることができる。いくつかの実施形態では、ＭＰＰＴ回路９０６は、インピーダンス整合アルゴリズムを実装して、電力装置が電力装置９０３に接続される電源から増加した電力を抽出することができ、コントローラ９０５、例えばマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）をさらに備えることができる。
【００７９】
さらに図９を参照すると、コントローラ９０５は、共通バス９２０を介して電力装置９０３の他の要素を制御および／または通信することができる。いくつかの実施形態では、パワーデバイス９０３は、パラメータを直接測定するように構成される回路および／もしくはセンサー／センサーインターフェース９０４を備えること、または電源上のもしくは近傍のパラメータ、例えば電源による電圧出力および／もしくは電流出力ならびに／もしくは電源による電力出力を測定するように構成される接続されたセンサーならびに／もしくはセンサーインターフェース９０４から測定パラメータを受信することができる。いくつかの実施形態では、電源は、ＰＶセルを備えるＰＶ発電機であってもよく、センサーまたはセンサーインターフェースは、ＰＶセルによって受け入れられる放射照度、および／またはＰＶ発電機上または近傍の温度の測定値を直接測定または受信することができる。
【００８０】
さらに図９を参照すると、いくつかの実施形態では、電力装置９０３は、他のデバイスからデータおよび／またはコマンドを送信および／または受信するように構成される通信装置９１１を備えることができる。通信装置９１１は、電力線通信（ＰＬＣ）技術、または無線技術、例えばＺｉｇＢｅｅ（商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラー通信、もしくは他の無線方法を用いて通信してもよい。いくつかの実施形態では、電源装置９０３は、コード、作動プロトコル、または他の作動情報を保存するために、センサー／センサーインターフェース９０４によって取得される測定値を記録するためのメモリ装置９０９を備えることができる。メモリデバイス９０９は、フラッシュ、電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ソリッドステートデバイス（ＳＳＤ）、またはその他のタイプの好適なメモリデバイスであってもよい。
【００８１】
さらに図９を参照すると、いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置９０３は、安全装置９０７（例えば、ヒューズ、回路遮断器、および残留電流検出器）を備えることができる。安全装置９０７は、受動的または能動的であってもよい。例えば、安全装置９０７は、電力装置９０３内に配置され、特定の電流がそれを流れると溶けるように設計された一つまたは複数の受動ヒューズを備え、損傷を避けるために電力装置９０３の一部の接続を切断することができる。いくつかの実施形態では、安全装置９０７は、コントローラ（例えば、コントローラ９０５または外部コントローラ）からコマンドを受信して電力装置９０３の部分の接続を切断するように構成される、またはセンサーによって測定される測定値（例えば、センサー／センサーインターフェース９０４によって測定または取得される測定値）に応答して、電力装置９０３の部分の接続を切断するように構成される、アクティブ切断スイッチを備えてもよい。いくつかの実施形態では、電力装置９０３は、電力装置９０３に接続する電源から電力を受け取り、他の回路構成要素（例えば、コントローラ９０５、通信装置９１１）の作動に好適な電力を出力するように構成される補助電力回路９０８を備えてもよい。電力装置９０３の様々な構成要素間の通信、電気的接続、および／またはデータ共有は、共通バス９２０を介して実行されることができる。
【００８２】
さらに図９を参照すると、いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置９０３は、電力コンバータ９００の入力間に接続されるトランジスタＱ９を備えてもよい。トランジスタＱ９は、コントローラ９０５により制御されることができる。危険な状態が検出される場合、コントローラ９０５はトランジスタＱ９をオンに設定し、電力コンバータ９００への入力を短絡させることができる。トランジスタＱ９は、図８の安全スイッチ８０２と連動して制御されることができる。安全スイッチ８０２およびトランジスタＱ９がオフの場合、図８のＰＶ発電機８０１の各ペアの接続は切断され、各ＰＶ発電機はその出力端子が開回路電圧となる。安全スイッチ８０２およびトランジスタＱ９がオンの場合、図８のＰＶ発電機８０１の各ペアが接続されおよび短絡され、ＰＶ発電機のペアは電力コンバータ９００に約ゼロの電圧を供給する。両方のシナリオで、全てのシステム位置で安全な電圧が維持され、二つのシナリオを調整して、ＰＶ発電機の開回路と短絡を交互に切り替えることができる。この作動モードでは、安全な電圧を維持するためのバックアップメカニズムを提供するだけでなく、システム制御装置への連続的な電力供給を可能にする（つまり、安全スイッチ８０２が誤動作した場合、トランジスタＱ９を作動させると安全な作動状態を継続させることができる）。
【００８３】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電（ＰＶ）システムを示す図１０を参照する。ＰＶシステム１０００は、接地バスと電力バスとの間に並列に接続する複数のＰＶストリング１００４を備えてもよい。ＰＶストリング１００４のそれぞれは、複数の太陽光発電機１００１、および複数のＰＶ電力装置１００３を備えてもよい。ＰＶ発電機１００１は、図８のＰＶ発電機８０１と類似または同一であってもよい。いくつかの実施形態では、電力バスおよび接地バスは、図８のシステム電力装置８１０と類似または同一であってもよいシステム電力装置１０１０に入力されてもよい。
【００８４】
太陽光発電電力装置１００３は４つの入力端子：Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４を備えることができる。Ｔ１およびＴ２は、第一のＰＶ発電機に結合され、それから電力を受け取ることができ、Ｔ３およびＴ４は、第二のＰＶ発電機に結合され、それから電力を受け取ることができる。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置１００３は、ＰＶ電力装置１００３に統合され、ＰＶ電力装置１００３の端子Ｔ２とＴ３との間に接続される安全スイッチ８０２が追加されると、図８のＰＶ電力装置８０３と実質的に同じであることができる。
【００８５】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電電力装置を示す図１１Ａを参照する。ＰＶ電力装置１１０３ａは、図１０のＰＶ電力装置１００３として用いられてもよい。ＰＶ電力装置１１０３ａは、図８のＰＶ電力装置８０３または図９のＰＶ電力装置９０３と類似のまたは同一のＰＶ電力装置を備えてもよい。便宜上、図１１Ａおよび図１１Ｂの例示的な実施形態では、ＰＶ電力装置１１０３ａは、図９のＰＶ電力装置９０３を備えると想定される。
【００８６】
ＰＶ電力装置１１０３ａは、トランジスタＱ３、Ｑ４、およびＱ５を備えることができる。トランジスタＱ３〜Ｑ５は、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、またはその他の好適なトランジスタであってもよい。図１１Ａの例示的な実施形態では、トランジスタＱ３〜Ｑ５はＭＯＳＦＥＴであると想定される。トランジスタＱ３は、入力端子Ｔ２とＴ３との間に接続してもよい。トランジスタＱ４は、入力端子Ｔ２とＴ４との間に接続してもよい。トランジスタＱ１は、入力端子Ｔ１とＴ３との間に接続してもよい。トランジスタＱ３〜Ｑ５を、一つまたは複数のコントローラ、例えばＰＶ電力装置９０３のコントローラ９０５によって制御する（例えば、ゲート信号を提供する）ことができる。ＰＶ電力装置１１０３ａを備える要素は、筐体１１０８によって一緒に囲まれてもよい。
【００８７】
第一のＰＶ発電機（明示的には図示せず）は端子Ｔ１とＴ２との間に接続され、第二のＰＶ発電機（明示的には図示せず））は端子Ｔ３とＴ４との間に接続される。通常の作動条件下では、トランジスタＱ３がオンになり、トランジスタＱ４およびＱ５がオフになる場合がある。これらの条件下では、二つの太陽光発電機を直列に接続し、二つのＰＶ発電機の合成した直列電圧を端子Ｔ１とＴ４との間に供給する。潜在的に危険な状態が検出されると、トランジスタＱ３を制御するコントローラがＱ３をオフ状態にして、端子Ｔ１とＴ４との間の電圧降下を減少させる。
【００８８】
トランジスタＱ３がオフであっても、電力は依然としてＰＶ電力装置９０３への入力に供給されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、トランジスタＱ４およびＱ５を制御するコントローラは、Ｑ３がオフの場合にＱ４およびＱ５をオン状態に切り替え、その結果、端子Ｔ１が端子Ｔ３に短絡し、端子Ｔ２が端子Ｔ４に短絡する場合がある。これらの条件下で、第一および第二の太陽光発電機は端子Ｔ１とＴ４との間に並列に接続され、（例えば、装置、例えばコントローラ９０５、通信装置９１１、補助電力回路９０８および図９に示すその他のデバイスに電力を供給するため）ＰＶ電力装置９０３がＰＶ発電機から電力を引き出すことができる。いくつかの実施形態では、Ｑ４またはＱ５は、ＰＶ電力装置１１０３ａに備えられない場合がある。例えば、Ｑ４を備えていない場合があり、この場合、Ｑ３がオフの場合にＱ５をオン位置にすると、（Ｔ３とＴ４との間に接続された）単一のＰＶ発電機によってＰＶ電力装置９０３に電力が供給される。同様に、Ｑ５を備えていない場合があり、この場合、Ｑ３がオフの場合にＱ４をオン位置にすると、（Ｔ１とＴ２との間に接続された）単一のＰＶ発電機によってＰＶ電力装置９０３に電力が供給される。
【００８９】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電電力装置を示す図１１Ｂを参照する。ＰＶ電力装置１１０３ｂは、図１０のＰＶ電力装置１００３として用いられてもよい。ＰＶ電力装置１１０３ｂは、図８のＰＶ電力装置８０３または図９のＰＶ電力装置９０３と類似のまたは同一のＰＶ電力装置を備えてもよい。便宜上、図１１Ａおよび図１１Ｂの例示的な実施形態では、ＰＶ電力装置１１０３ａは、図９のＰＶ電力装置９０３を備えると想定される。
【００９０】
トランジスタＱ６は、図１１ＡのトランジスタＱ３と類似または同一であってもよい。ＰＶ電力装置１１０３ｂは、ダイオードＤ３およびＤ４をさらに備えてもよい。ダイオードＤ３のアノードは端子Ｔ３に接続されてもよく、ダイオードＤ３のカソードはノードＮ１でＰＶ電力装置９０３の正の入力に接続されてもよい。ダイオードＤ４のアノードは端子Ｔ１に接続されてもよく、ダイオードＤ３のカソードは、ノードＮ１でＰＶ電力装置９０３の正の入力に接続されてもよい。ＰＶ電力装置１１０３ｂを備える要素は、筐体１１０８によって一緒に囲まれていてもよい。
【００９１】
さらに図１１Ｂを参照すると、第一のＰＶ発電機（明示的には図示せず）は端子Ｔ１とＴ２との間に接続され、第二のＰＶ発電機（明示的には図示せず）は端子Ｔ３とＴ４との間に接続される。通常の作動状態では、トランジスタＱ３がオンになり、端子Ｔ２とＴ３が接続される。端子Ｔ１の電圧は端子Ｔ２の電圧よりも高い場合があり（例えば、ＰＶ発電機の正の出力は端子Ｔ１に接続され、ＰＶ発電機の負の出力は端子Ｔ２に接続される）、そのため、ダイオードＤ４は順方向にバイアスされ、ダイオードＤ３は逆方向にバイアスされる。（ダイオードＤ４間の電圧降下がわずかであると仮定すると）ノードＮ１の電圧はほぼ端子Ｔ１の電圧であり、その結果、ＰＶ電力装置９０３への電圧入力は、端子Ｔ１とＴ４との間の電圧にほぼ等しくなる。
【００９２】
潜在的に危険な状態が検出される場合、トランジスタＱ６を制御するコントローラがＱ６をオフ状態に切り替え、端子Ｔ２およびＴ３の接続を切断することができる。ノードＮ１の電圧は、端子Ｔ１の電圧または端子Ｔ３の電圧の二つの電圧うちの大きい方である。ノードＮ１の電圧は事前に決定されていない場合があるが、いずれの起こりうるシナリオでも、ＰＶ発電機をＰＶ電力装置９０３の入力に接続し、ＰＶ電力装置９０３（例えば、装置、例えばコントローラ９０５、通信装置９１１、補助電力回路９０８、および図９に示す他の装置に電力を供給するために）に電力を供給することができる。
【００９３】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電（ＰＶ）システムを示す図１２を参照する。ＰＶシステム１２００は、接地バスと電力バスとの間に並列に接続する複数のＰＶストリング１２０４を備えてもよい。ＰＶストリング１２０４のそれぞれは、複数の太陽光発電機１２０１、複数の安全スイッチ１２０２、および複数のＰＶ電力装置１２０３を備えてもよい。ＰＶ発電機１００１は、図８のＰＶ発電機８０１と類似または同一であってもよい。いくつかの実施形態では、電力バスおよび接地バスは、図８のシステム電力装置８１０と類似または同一であってもよいシステム電力装置１２１０に入力されてもよい。
【００９４】
各ＰＶ電力装置１２０３は、二つ以上のＰＶ発電機１２０１に接続するように設計されてもよい。例えば、ＰＶシステム１２００では、（電力バスに接続されるＰＶ電力装置を除く）各ＰＶ電力装置１２０３は、二つのＰＶ発電機および二つの安全スイッチ１２０２に接続され、（接地バスに接続される安全スイッチ１２０２を除く）各安全スイッチ１２０２は、二つのＰＶ発電機１２０１および二つのＰＶ電力装置１２０３に接続される。
【００９５】
通常の作動条件下では、各ＰＶ電力装置１２０３は、二つのＰＶ発電機１２０１から電力を受け取り、ＰＶストリング１２０４に沿って電力バスに向かって電力を送ることができる。通常の作動条件下では、各安全スイッチ１２０２は、二つのＰＶ発電機１２０１間で接続し、ＰＶストリング１２０４に沿って電力を送るために二つのＰＶ電力装置１２０３間で接続することができる。例えば、通常の作動条件下では、安全スイッチ１２０２ａはＰＶ発電機１２０１ａと１２０１ｂとの間で接続する。ＰＶ電力装置１２０３ａは、ＰＶ発電機１２０１ａおよび１２０１ｂによって発生させる電力を受け取ることができ、安全スイッチ１２０２ｂはＰＶ電力装置１２０３ａと１２０３ｂとの間に配置され、ＰＶ電力装置１２０３ａにＰＶ電力装置１２０３ｂに電力を送る接続を提供する。同様に、安全スイッチ１２０２ｂは、ＰＶ発電機１２０１ｃと１２０１ｄとの間で接続し、ＰＶ電力装置１２０３ｂはＰＶ発電機１２０１ｃおよび１２０１ｄから電力を受け取る。
【００９６】
危険な状態の場合、安全スイッチ１２０２ａを操作して、ＰＶ発電機１２０１ｂからＰＶ発電機１２０１ａの接続を切断し、接地バスからＰＶ電力装置１２０３ａの接続を切断することができる。同様に、安全スイッチ１２０２ｂを操作して、ＰＶ発電機１２０１ｄからＰＶ発電機１２０１ｃの接続を切断し、ＰＶ電力装置１２０３ｂからＰＶ電力装置１２０３ａの接続を切断することができる。このように安全スイッチ１２０２を操作すると、ＰＶシステム１２００の様々な場所の電圧を安全な電圧レベルに低下させることができる。
【００９７】
ここで、例示的な実施形態による安全スイッチ１２０５を示す図１３Ａを参照する。安全スイッチ１２０５は、端子Ｔ１〜Ｔ４、トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ７およびＱ８、キャパシタＣ４およびＣ５、ならびにインダクタＬ４およびＬ５を備えてもよい。インダクタＬ４を端子Ｔ３と端子Ｔ１との間に設けて、端子Ｔ１から端子Ｔ３に流れる電流のリップルおよび／またはスパイクを低減することができ、インダクタＬ５を端子Ｔ４と中間点ノードＸとの間に設けて、トランジスタＱ７から端子Ｔ４に流れる電流のリップルおよび／またはスパイクを低減することができる。いくつかの実施形態では、インダクタＬ４もＬ５も設けない場合がある。いくつかの実施形態では、トランジスタＱ７およびＱ８を別のスイッチング素子、例えばＩＧＢＴ、ＢＪＴ、ＪＦＥＴ、または他のスイッチング素子に置き換えてもよい。キャパシタＣ４は、端子Ｔ１とＴ２との間に接続してもよい。トランジスタＱ７は端子Ｔ２と中間点ノードＸとの間に接続してもよく、キャパシタＣ５は端子Ｔ１と中間点ノードＸとの間に接続してもよい。トランジスタＱ８は、端子Ｔ１と中間点ノードＸとの間で、キャパシタＣ５に並列に接続することができる。いくつかの実施形態では、キャパシタＣ５および／またはキャパシタＣ４を設けない場合がある。
【００９８】
通常のシステム作動中、トランジスタＱ７はオン状態に保持されてもよく、トランジスタＱ８はオフ状態であってもよい。そして、キャパシタＣ５はキャパシタＣ４と並列になり、第一のＰＶ発電機は端子Ｔ１とＴ２との間に接続され、キャパシタＣ４とＣ５に電圧を印加し、端子Ｔ１とＴ２に電力を供給する。端子Ｔ４は、第二のＰＶ発電機の出力端子に結合されてもよく、端子Ｔ３は、ＰＶ電力装置１２０３の入力端子に接続されてもよい。端子Ｔ１およびＴ２で安全スイッチ１２０５に入力される電力は、端子Ｔ３およびＴ４で第二のＰＶ発電機およびＰＶ電力装置１２０３に出力されてもよい。
【００９９】
トランジスタＱ７およびＱ８は、図７Ａのコントローラ７１０と類似のまたは同一のコントローラ（明示的には図示せず）により制御されてもよい。いくつかの実施形態では、コントローラは、キャパシタＣ４によって電力供給されてもよい（例えば、コントローラ入力電力端子は、キャパシタＣ４から電力を受け取るために端子Ｔ２または端子Ｔ１に接続されてもよい）。安全スイッチ１２０５は、システム制御デバイスから作動コマンドを受信するための（例えば、図３の通信装置３０５と類似のまたは同一の）通信装置をさらに備えてもよい。
【０１００】
危険な状態が検出されると、コントローラはトランジスタＱ７をオフ状態に、トランジスタＱ８をオン状態に切り替える。キャパシタＣ５は、トランジスタＱ８によって短絡される場合があるが、キャパシタＣ４は、端子Ｔ１とＴ２との間に印加される電圧を維持することができる。
【０１０１】
ここで、例示的な一実施形態による太陽光発電電力装置の内部回路の一部を示す図１３Ｂを参照する。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置１２０３は、バック＋ブーストＤＣ／ＤＣコンバータのバリエーションを備えることができる。電力装置は、Ｖｉｎおよび共通で示される二つの入力端子、および同じ電圧Ｖｏｕｔを出力する二つの出力端子を備える回路を備えることができる。出力電圧は共通端子に関連する。回路は、共通端子とＶｉｎ端子との間に接続される入力キャパシタＣｉｎ、共通端子とＶｏｕｔ端子との間に接続される出力キャパシタを備えることができる。回路は、参照に用いられる二つの中心点を備える場合がある。回路は、複数のスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３、およびＱ１４を備えることができ、Ｑ１１はＶｉｎと第一の中心点との間に接続され、Ｑ１２は共通端子と第一の中心点との間に接続される。Ｑ１３はＶｏｕｔ端子と第二の中心点との間に接続されることができ、Ｑ１４は共通端子と第二の中心点との間に接続されることができる。回路は、二つの中心点の間に接続するインダクタＬ６をさらに備えることができる。
【０１０２】
ＰＶ電力装置１２０３内のバック＋ブーストＤＣ／ＤＣコンバータの作動は、様々に構成されることができる。入力電圧よりも低い出力電圧が必要な場合、Ｑ１３は静的にオンであり、Ｑ１４は静的にオフであり、Ｑ１１とＱ１２は相互に補完的な方法でパルス幅変調（ＰＷＭ）で切り替えられると、回路は一時的にバックコンバータに相当し、入力電圧は降圧される。入力電圧よりも高い出力電圧が必要な場合、Ｑ１１は静的にオンであり、Ｑ１２は静的にオフであり、Ｑ１３とＱ１４が相互に補完的な方法でＰＷＭで切り替えられると、入力電圧がブーストされる。スイッチＱ１１およびＱ１２のスイッチングをずらして、回路は入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換することができる。電流がＶｉｎおよび共通端子によって回路に入力され、キャパシタＣｉｎおよびＣｏｕｔの電圧降下がそれぞれほぼ一定の電圧ＶｉｎおよびＶｏｕｔである場合、回路への電流入力はインダクタＬ６で結合され、Ｖｉｎおよび共通端子での電流入力の合計に等しいインダクタ電流を形成する。インダクタ電流には、キャパシタＣｉｎとＣｏｕｔの充電と放電によるリップルが含まれる場合があるが、キャパシタＣｉｎとＣｏｕｔの間の電圧降下がほぼ一定の場合、キャパシタの電圧リップルは小さく、同様にインダクタの電流リップルは小さい。インダクタ電流は、一対の出力端子Ｖｏｕｔから出力される。いくつかの実施形態では、単一の出力端子を備えることができ、システム設計者は必要に応じて出力端子を外部（すなわち、ＰＶ電力装置の回路の外部）に分割することができる。
【０１０３】
例示的な実施形態では、ＰＶ電力装置１２０３は、図９のＰＶ電力装置９０３と類似または同一であってもよく、図９の電力コンバータ９００は、図１３Ｂのバック＋ブーストコンバータを備える。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力装置１２０３への電圧入力をブーストすることは必要でない場合があるが、その場合、ＰＶ電力装置１２０３は図１３Ｂのバック＋ブーストコンバータと類似のバックコンバータを備えることができ、スイッチＱ１４を取り外し（すなわち、開回路に交換し）、スイッチＱ１３を配線に交換（すなわち、Ｖｏｕｔ端子を第二の中心点に接続）する。
【０１０４】
図１２に戻って参照すると、安全スイッチ１２０２ｂは、太陽光発電機１２０１ｃおよび１２０１ｄ、ならびにＰＶ電力装置１２０３ａおよび１２０３ｂに結合することができる。端子Ｔ２は、ＰＶ発電機１２０１ｃの正の出力に接続されてもよく、端子Ｔ４は、ＰＶ発電機１２０１ｄの負の出力に接続されてもよい。端子Ｔ１は、ＰＶ電力装置１２０３ａの第一のＶｏｕｔ端子に接続されてもよく、端子Ｔ３は、ＰＶ電力装置１２０３ｂの共通端子に接続されてもよい。ＰＶ発電機１２０１ｄの正の出力端子は、ＰＶ電力装置１２０３ｂのＶｉｎ端子に接続されてもよく、ＰＶ発電機１２０１ｃの負の出力端子は、ＰＶ電力装置１２０３ａの第二のＶｏｕｔ端子に接続されてもよい。通常の作動条件下では、ＰＶ発電機１２０１ｃおよび１２０１ｄは直列に接続され、ＰＶ発電機１２０１ｃおよび１２０１ｄの合成電圧は、ＰＶ電力装置１２０３ｂの共通端子とＶｉｎ端子の間に入力される。危険な状態が検出される場合、安全スイッチ１２０２ｂは、（例えば、図１３ＡのトランジスタＱ７をＯＦＦに設定することにより）端子Ｔ２とＴ４との間の接続を切断し、（例えば、図１３ＡのトランジスタＱ８をＯＮに設定することにより）端子Ｔ３とＴ４を接続する。その結果、ＰＶ発電機１２０１ｄは、ＰＶ電力装置１２０３ｂの共通端子とＶｉｎ端子との間に接続されてもよく、ＰＶ発電機１２０１ｃは、安全スイッチ１２０２ｂの端子Ｔ１とＴ２との間に接続されてもよい。
【０１０５】
図１２に例示されるシステムトポロジには、特定の利点がある。例えば、通常のシステム作動中に、二つのＰＶ発電機１２０１は、ＰＶ発電装置１２０３に合成電圧および合成電力を供給し、ＰＶ発電機によって生成される電力を処理するためのＰＶ電力装置の数を減らす必要がある。さらに、連続作動電力（すなわち、装置部品、例えばコントローラやトランジスタに電力を供給するために使用される電力）は、通常作動中および潜在的に危険な状態の間の両方で、全てのＰＶ電力装置１２０３および安全スイッチ１２０２に供給される。
【０１０６】
ここで、例示的な実施形態による太陽光発電装置のチェーンの一部を示す図１４を参照する。チェーン１４００は、複数のＰＶ電力装置１２０３および複数の安全スイッチ１２０２を備えてもよい。各安全スイッチ１２０２は、導体を用いて、二つのＰＶ電力装置１２０３の間に接続することができる。安全スイッチ１２０２の端子Ｔ１は、第一のＰＶ電力装置のＶｏｕｔ端子に接続されてもよく、安全スイッチ１２０２の端子Ｔ３は、第二のＰＶ電力装置の共通端子に接続されてもよい。端子Ｔ２およびＴ４は、図４Ａのコネクタ４０６および４０７と類似のまたは同一の外部コネクタを介してアクセス可能であってもよい。同様に、各ＰＶ電力装置１２０３のＶｏｕｔ端子およびＶｉｎ端子は、図４Ａのコネクタ４０６および４０７と類似のまたは同一の外部コネクタを介してアクセス可能であってもよい。図１２に示すように、ＰＶ電力装置の端子（例えば、共通端子）を安全スイッチ端子（例えば、端子Ｔ３）に接続する導体は、チェーン１４００を複数のＰＶ発電機に容易に接続するようにサイズ設定することができる。例えば、ＰＶ発電機の幅が通常１〜２メートルである場所では、安全スイッチ１２０２とＰＶ電力装置１２０３との間に配置される各導体は約１〜２メートルの長さであってもよい。チェーン１４００は、単一ユニットとして組み立てられて販売されることができ、図１２のＰＶシステム１２００と類似のまたは同一のＰＶ設備を構築する場合のコストと時間を節約することができる。
【０１０７】
図１５を参照すると、スマートフォン、タブレット、コンピューター、ワークステーション、モバイルデバイス（例えば、セルラーデバイス）および／または同様のコンピューティングデバイスで実行される例示的なアプリケーションが示されている。アプリケーションには、電力システム（例えば、図１のシステム１００）に配置される安全スイッチも載っている。アプリケーションは、各安全スイッチのシリアル番号またはその他の識別情報、ならびに接続されたＰＶ発電機の識別情報および／または各安全スイッチが接続されたＰＶストリングの識別情報を示してもよい。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、各安全スイッチの状態および／または一つまたは複数の安全スイッチの電気パラメータ、例えば一つまたは複数の安全スイッチの両端の電圧またはそれを通る電流を示してもよい。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、一つまたは複数のスイッチの状態を制御するためのタッチスクリーンボタンまたは類似の入力コントローラが設けられてもよい。例えば、ボタン１５１を起動すると、関連する安全スイッチがオフ状態に移行することができ、ボタン１５２を起動すると、関連する安全スイッチがオン状態に移行することができる。ボタン１５３を起動すると、全ての安全スイッチがオフ状態に移行することができ、ボタン１５４を起動すると、全ての安全スイッチがオン状態に移行することができる。いくつかの実施形態では、ボタン１５１〜１５４を起動することは、ユーザアクセスレベルに基づいて制限されることができる。例えば、アプリケーションは、「インストーラー／アドミニストレータ−」モードで実行している場合にのみボタン１５１〜１５４を有効にして、不慣れなユーザーのアクションを制限することができる。
【０１０８】
さらに図１５を参照すると、起動ボタン１５５は、ユーザーが閾値を再構成することを可能にすることができる。例えば、アーク放電状態を示し、システム応答をトリガーする（例えば、一つまたは複数の安全スイッチをオフ状態に移動する）電圧、電流、または電力の閾値は、図１５のアプリケーションを用いてユーザーが再構成することができる。起動ボタン１５６は、一つまたは複数の安全スイッチの物理的位置の詳細を含む、アプリケーションによって表される電気システムの図式的レイアウトを表示することができる。起動ボタン１５７により、現在または過去の作動システムデータ、例えば安全スイッチの状態、および／または安全スイッチによって測定される電気パラメータ測定値をダウンロードすることができる。ボタン１５５〜１５７は同様に、ユーザー認証のレベルに応じて制限される場合がある。
【０１０９】
図１５のアプリケーションは、無線通信（例えば、セルラー通信、またはインターネット経由）を介して安全スイッチと直接通信することができる。一部の実施形態では、アプリケーションは、システム電力装置（例えば、図１のシステム電力装置１１０）と通信し、システム電力装置は、無線通信または有線通信（例えば、電力線通信）を介してアプリケーションと安全スイッチと間の通信を中継するように構成される。
【０１１０】
ここで、本開示の別の態様を例示する図１６を参照する。ＰＶ電力装置１６０３は、図９のＰＶ電力装置９０３、および同様に図８のＰＶ電力装置８０３と類似または同一であってもよい。図９に関連して上で示され、および説明される部品は、図１６に同様に示される。したがって、電力コンバータ１６００は、図９の電力コンバータ９００に類似する場合がある。同様に、センサー１６０４は図９のセンサー９０４に類似してもよく、コントローラ１６０５は図９のコントローラ９０５に類似してもよい。ＰＶ電力装置９０３の他の部品、例えば最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）回路１６０６、安全装置１６０７、補助電力回路１６０８、メモリデバイス１６０９、通信デバイス１６１１、共通バス１６２０等についても同様である。
【０１１１】
本開示のいくつかの態様によれば、ＰＶ電力装置１６０３は、例えばＰＶ電力コンバータ９００と同様の電力コンバータ１６００を備えることができる。電力コンバータ１６００は、直流−直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ、例えばバック、ブースト、バック／ブースト、バック＋ブースト、チューク、フライバックおよび／またはフォワードコンバータを備えてもよい。いくつかの実施形態によれば、電力コンバータ１６００は、直流−交流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータ（インバーターとしても知られる）、例えばマイクロインバーターを備えてもよい。ＰＶ電力装置１６０３は、三つの入力端子、Ｔｉｎ１、Ｔｉｎ２、およびＴｉｎ３、ならびに二つの出力端子（表示を明確にするため、表示されていない）を有することができる。
【０１１２】
さらに図１６を参照すると、本開示のいくつかの態様によれば、ＰＶ電力装置１６０３は、入力端子Ｔｉｎ１、Ｔｉｎ２の間に接続することができるスイッチＳ１６を備えることができる。太陽光発電機１６０１ａは、ＰＶ電力装置１６０３の入力端子に、例えば入力端子Ｔｉｎ１に接続される出力端子を備えてもよい。太陽光発電機１６０１ａはまた、太陽光発電機１６０１ｂの負の出力端子に接続されることができる第二の出力端子を備えることができる。太陽光発電機１６０１ａから太陽光発電器１６０１ｂの負の出力端子への出力はまた、入力端子Ｔｉｎ２でＰＶ電力装置１６０３に接続することができる。太陽光発電機１６０１ｂの負の出力端子とＰＶ電力装置１６０３の入力端子の両方への接続は、例えば、Ｔコネクタ１６３１を介してもよい。Ｔコネクタ１６３１は、入力端子Ｔｉｎ２を介してＰＶ電力装置１６０３に接続することができる。端子Ｔｉｎ２は、ＰＶ電力装置１６０３に備えられるスイッチＳ１６で終端してもよい。スイッチＳ１６は、図９のトランジスタＱ９と類似のトランジスタを備えてもよい。あるいは、スイッチＳ１６は、リレーまたは異なるタイプのスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ等）を備えてもよい。太陽光発電機１６０１ｂは、端子Ｔｉｎ３を介してＰＶ電力装置１６０３の入力端子に接続される出力端子を備えてもよい。
【０１１３】
スイッチＳ１６は、制御端末を備えてもよい。スイッチＳ１６の制御端子は、コントローラ１６０５によって制御されることができる。同様に、コントローラ１６０５は、スイッチＳ１６を制御するように構成されることができる。危険な状態、例えばグリッドの停止、過電圧、低電圧、インバーター（例えば、電力コンバータ９００に関連する上記のインバーターであるが、それらに限定されない）の問題、もしくは潜在的に危険な状態を引き起こす可能性のある他のあらゆる問題、または太陽光発電機１６０１ａの故障、が検出される場合、電力コンバータ１６００および／またはＰＶ電力装置１６０３の物理的近傍にいる人員の保護、リスク低減などのために、コントローラ１６０５は、スイッチＳ１６をオンにして、太陽光発電機１６０１ａの入力端子を短絡させる。スイッチＳ１６がオフである場合、二つのＰＶ発電機１６０１ａおよび１６０１ｂは、電力コンバータ１６００の入力端子に直列に接続されることができる。どちらのシナリオでも、システム内の場所で安全な電圧が維持される。スイッチＳ１６がオンである場合、ＰＶ発電機１６０１ａは短絡され、端子Ｔｉｎ３とＴｉｎ１との間に低減された電圧が得られる。スイッチＳ１６がオフになっていることは、通常の作動状態を示している可能性があり、通常の作動状態では、端子Ｔｉｎ３とＴｉｎ１との間の電圧の増加は許容される場合がある。
【０１１４】
システム作動の態様の一例では、通信デバイス１６１１は、センサー１６０４が、図６を参照して上述したように、「キープアライブ」信号について共通バス１６２０上の全体にわたって本明細書に記載のシステムを監視できるようにすることができる。前記「キープアライブ」信号がない場合、センサー１６０４は、潜在的に危険な状態が発生している可能性があることをコントローラ１６０５に伝える。そして、コントローラ１６０５は、ＰＶ発電機１６０１ａを短絡させるために、（例えば、既に述べたように、トランジスタを備えてもよい）スイッチＳ１６を作動させてもよい。ウェイクアップまたは「キープアライブ」信号を受信すると、スイッチＳ１６がオンの場合、コントローラはスイッチＳ１６をオフにすることによりＰＶ発電機１６０１ａ間の短絡を解消できる。
【０１１５】
本明細書で上述した本開示の態様では、ＰＶ発電機１６０１ａが故障した場合、ＰＶ電力装置１６０３は、スイッチＳ１６がオンである限り作動し続けることが理解される。このような場合、ＰＶ電力装置１６０３は、ＰＶ発電機１６０１ｂから電力を受け取り続けることができる。Ｔコネクタ１６３１は、ＰＶ発電機１６０１ａの両端の電圧を測定するためのテストポイントを提供し、それにより、ＰＶ発電機１６０１ａおよびＰＶ発電機１６０１ｂのそれぞれの個々の作動パラメータの計算を可能にすることも理解される。電圧計１６４２は、この態様を示すためにスイッチＳ１６と並列に図１６に示される。
【０１１６】
本開示の別の態様によれば、別のスイッチ（図示せず）が、端子Ｔｉｎ２とＴｉｎ３との間に配置されてもよい。別のスイッチはまた、コントローラ１６０５によって制御されてもよい。そのような態様では、別のスイッチとスイッチＳ１６の両方がオフである場合、二つのＰＶ発電機１６０１ａおよび１６０１ｂは、電力コンバータ１６００の入力端子に直列に接続される。スイッチＳ１６がオンであり、別のスイッチがオフである場合、太陽光発電機１６０１ａの出力端子は短絡され、太陽光発電機１６０１ｂは、電力を電力コンバータ１６００の入力端子へ供給する。それに対応して、別のスイッチがオンでスイッチＳ１６がオフの場合、太陽光発電機１６０１ｂの出力端子は短絡され、太陽光発電機１６０１ａは電力を電力コンバータ１６００の入力端子に供給する。太陽光発電機１６０１ａまたは太陽光発電機１６０１ｂのいずれか一つを短絡させる能力は、二つの太陽光発電機１６０１ａおよび１６０１ｂのそれぞれについてシステムの耐故障性を形成することができる。スイッチＳ１６と別のスイッチの両方がオンである場合、両方のＰＶ発電機１６０１ａおよび１６０１ｂの出力端子は短絡され、それにより電力コンバータ１６００の入力端子も短絡される。（上記のような）スイッチＳ１６および別のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、ＪＦＥＴなど、または別の好適なスイッチング素子を備えるが、これらに限定されない、リレー、トランジスタを備えてもよい。
【０１１７】
本開示のさらに別の態様では、太陽光発電機１６０１ａおよび太陽光発電機１６０１ｂではなく、単一の太陽光発電機（図示せず）を利用することができる。単一の太陽光発電機は、少なくとも三つの出力端子（例えば、第一の出力端子と第二の出力端子との間に接続される太陽電池の第一の直列ストリング、および第二の出力端子と第三の出力端子との間に接続される太陽電池の第二の直列ストリング）を有してもよい。三つの出力端子は、それぞれ、入力端子Ｔｉｎ１、Ｔｉｎ２、およびＴｉｎ３を介してＰＶ電力装置１６０３に接続することができる。上記のように、危険な状態、例えばグリッドの停止、過電圧、低電圧、インバーター（例えば、電力コンバータ９００に関連する上記のインバーターであるが、それらに限定されない）の問題、もしくは潜在的に危険な状態を引き起こす可能性のある他のあらゆる問題、または単一の太陽光発電機の故障、が検出される場合、電力コンバータ１６００および／またはＰＶ電力装置１６０３の物理的近傍にいる人員の保護、リスク低減などのために、コントローラ１６０５は、スイッチＳ１６をオンにして、単一太陽光発電機の端子のうちの二つを短絡させる。本明細書で上記のように、スイッチＳ１６がオフの場合、単一の太陽光発電機の出力端子は、電力コンバータ１６００の入力端子に直列に接続されてもよい（すなわち、「通常作動」）。
【０１１８】
本明細書で開示される例示的な実施形態では、開示される新規の特徴を利用することができる電源の例として、太陽光発電機が用いられる。各ＰＶ発電機は、一つまたは複数の太陽電池、一つまたは複数の太陽電池ストリング、一つまたは複数のソーラーパネル、一つまたは複数のソーラーシングル、またはそれらの組み合わせを備えることができる。いくつかの実施形態では、電源は、太陽光発電パネルに加えて、もしくはその代わりに、バッテリー、フライホイール、風力もしくは水力タービン、燃料電池、または他のエネルギー源を含むことができる。ＰＶ発電機を使用する本明細書に開示されるシステム、装置、および方法は、別の電源を用いる別のシステムに等しく適用可能であり、これらの別のシステムは本明細書に開示される実施形態に含まれる。
【０１１９】
本明細書の要素間に様々な接続が示されていることに留意されたい。これらの接続は一般的に説明されており、特に明記しない限り、直接または間接の場合があり、この明細書は、この点で制限することを意図していない。さらに、一実施形態の要素は、好適な組み合わせまたは部分的組み合わせで他の実施形態の要素と組み合わせることができる。例えば、一実施形態のＰＶ電力装置の回路は、異なる実施形態の電力装置の回路と組み合わされ、および／または交換されてもよい。例えば、ＰＶ電力装置９０３のトランジスタＱ９は、ジャンクションボックス５１１の電気接続５１２と５１３との間に配置され、図５ＡのＰＶ発電機１０１への入力を短絡するように作動されてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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