(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電池パネルをローカルに制御するためのモジュールであって、
単一の導体(13)を経由して同一のモジュールに前記モジュールを直列に接続するための第1の端子(B1)および第2の端子(B2)と、
前記光電池パネルを接続するための第1の端子(A1)であって、前記第1の端子(A1)が前記モジュールを直列に接続するための前記第1の端子(B1)に接続される、第1の端子(A1)と、
前記モジュールを直列に接続するための前記第2の端子(B2)と前記パネルを接続するための第2の端子(A2)との間に接続されたスイッチ(S)と、
直列に接続するための前記第1の端子(B1)と前記第2の端子(B2)との間に接続されたダイオード(D0)と、
前記パネルを接続するための前記第1の端子(A1)と前記第2の端子(A2)との間の前記パネルによって給電される電圧から前記モジュールに電力を供給するように構成されるコンバータ(70)と
を含むモジュールにおいて、
前記単一の導体(13)を通って流れる電流を測定するためのセンサ(R3)と、
前記単一の導体内を流れる前記電流がしきい値を超えるときに、前記スイッチを閉にするための手段(60、62)と
を含むことを特徴とする、モジュール。
【請求項２】
前記光電池パネルが前記モジュールに電力を供給するために不十分な電圧しか提供しない時、前記スイッチが開となり、かつ開を維持するように、前記スイッチ(S)が、電力供給がないときに開であることを特徴とする、請求項1に記載のモジュール。
【請求項３】
単一の導体(13)を経由して直列に接続された請求項1に記載のモジュールのセットを制御するための中央制御ユニットにおいて、
前記モジュールのセットの電源オンを判断するための手段(28)と、
前記電源オンが判断されたときに、前記しきい値よりも高い電流を前記単一の導体中へと注入し、電気を供給するパネルに関係する前記モジュールの前記スイッチ(S)を閉にさせるための手段(26)と
を備えることを特徴とする、中央制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電池パネルの集団(fleet)の管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光電池パネルは、光電池セルのいくつかの並列/直列結合体を備え、公称の光条件下で端子のところでほぼ40ボルトの直流電圧を発生する。最小の設備では、ほぼ10個のパネルが、直列に接続され、400Vの近辺の直流電圧を生成し、ネットワーク上へと生成したエネルギーを伝達するために、インバータを経由して適した出力で活用することができる。
【０００３】
パネルの直列接続の1つの利点は、コネクタ技術をパネル当たり2個の接続端子、加えて1個の接地端子に削減し、これが取り付けを容易にすることである。パネルは、したがって、必要な端子を備えた標準化された接続箱を用いて据え付けられる。
【０００４】
それにもかかわらず、直列接続は、多くの問題点を有することがある。
【０００５】
パネルの直列ストリングによって生成された電流は、最も弱いリンク、すなわち、最も弱い電流を生成するパネルによって決定される。そのパネルは、単純に陰に位置するパネルである場合がある。そのような状況では、正常な条件下で動作しているパネルが公称の電流を発することができるように、そのパネルを避けて通る経路を設定することが必要である。そのためには、パネルは、パネルによって発生される電圧に対してダイオードの一般的な遮断方向である電流の方向に、パネルの端子間に接続されたいわゆる「バイパス」ダイオードを備えている。あるパネルがいかなる電圧をもそれ以上発生しなくなるときには、ストリングの電流は、そのバイパスダイオードを通る。
【０００６】
しかしながら、パネルが部分的に陰になるときには、公称の電圧よりも低い電圧であるが、バイパスダイオードが作動することを回避するためには十分な電圧を生成する。
【０００７】
かかる状況をより賢く管理するために、米国特許第7602080号に記載されているように、各光電池パネルを取り付けるためにパネルによって電気を供給される制御モジュールを設けてきている。
【０００８】
図1は、上記の特許に記載されたような、パネル12に関係するローカル制御モジュール10(LCU)を図式的に説明する。LCU制御モジュールを、2個の端子A1およびA2によってパネル12に接続し、端子A1をパネルの「+」に、端子A2を「-」に接続する。モジュールは、異種同形のモジュールに単一の導体13を経由して直列にモジュールを接続するための2個の端子B1およびB2を含む。バイパスダイオードD1のカソードを端子B1に接続し、前記バイパスダイオードのアノードを端子B2に接続する。導体13中の直列電流の方向は、したがって端子B2から端子B1へ向かう。回路14によって制御されるスイッチSを、端子A1と端子B1との間に接続する。キャパシタC1を端子A1と端子A2との間に接続する。
【０００９】
制御回路14は、端子A1と端子A2との間でパネル12によって電力を供給される。制御回路は、COMリンクを介してインバータのところに設置された共有中央制御ユニットと通信する。パネル間の接続の数が増加することを回避するために、このリンクを、直列リンク導体上の搬送電流によって、または無線通信によって行うことができる。
【００１０】
この管理システムの目的は、エネルギー伝達を最適化するために、弱く光に照らされるパネルに関係するモジュールのスイッチSを、スイッチングモードで制御することである。
【００１１】
示したように、LCU制御モジュールは、関係するパネル12によって電力を供給される。パネルの発電が不十分である場合には、モジュールはそれ以上動作しない。そのケースでは、モジュールは、特に、パネルの恒久的なまたは一時的な運転停止状態を示すために、中央制御ユニットと通信することが不可能である。
【００１２】
上記の特許に記載されているシステムは、モジュールと中央制御ユニットとの間で複雑な通信手段を使用する。各モジュールは、マイクロコントローラおよび搬送電流を使ったまたは無線通信を使ったモデムを組み込まなければならない。これらの手段は、最低価格だが、それにもかかわらず、ある種の基本な機能をその中に集積しようと望む施設にとってコストがかかり過ぎる。
【００１３】
光電池パネルの集団は、組立中に感電死の危険性を有する。実際に、光に照らされたパネルは、接続切断されているものでさえも、発電し始める。パネルが直列に接続されるにつれて、搭載されたパネルの終端端子間の電位差が増加し、最後のパネルを接続するときには、その電位差は、400Vの近辺に達する。
【００１４】
現在の集団では、直列リンク導体中の不慮の切断部の場所の位置を決定することが困難である。実際に、直列導体の切断は、導体中の電流を消滅させる。パネルのすべてのユニットは、同時に電流が消滅することを経験し、その結果、賢いモジュールであっても、モジュールは、その事実を示すためにそのモジュールのレベルにおいて切断が生じたことを判断できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第7602080号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、パネルが発電していない場合でさえ、パネルの直列リンク導体以外のリンクを使用しないで電気の供給を受けることが可能であることが、光電池パネルのローカル制御モジュールにとって望ましい。
【００１７】
この必要性を満足させるために、モジュールは、光電池パネルをローカルに制御するために設けられ、単一の導体を経由して異種同形のモジュールと直列にモジュールを接続するための第1の端子および第2の端子、ならびに単一の導体内を流れる電流から電気をモジュールに供給するための手段を含む。
【００１８】
このタイプのモジュールのセット用の中央制御ユニットの一実施形態は、単一の導体内を流れる電流を測定するためのセンサと、測定した電流がしきい値よりも低いときに、モジュールに電力を供給するために十分な電流を単一の導体中へと注入するための手段とを含む。
【００１９】
最低レベルの知的機能を有すること、特に、複雑な通信手段を設けずに感電死の危険性を制限する安全装置を制御することが、モジュールにとってやはり望ましいことがある。
【００２０】
この必要性を満足させるために、モジュールは、光電池パネルをローカルに制御するために設けられ、異種同形のモジュールと単一の導体を経由して直列にモジュールを接続するための第1の端子および第2の端子と、光電池パネルを接続するための第1の端子であって、前記第1の端子が直列に接続するための第1の端子に接続される、第1の端子と、直列に接続するための第2の端子とパネルを接続するための第2の端子との間に接続されているスイッチと、直列に接続するための第1の端子と第2の端子との間に接続されているダイオードと、パネルによって発生される電圧に基づいてモジュールに電力を供給するために、パネルを接続するための第1の端子と第2の端子との間に設けられているコンバータと、単一の導体内を流れる電流を測定するためのセンサと、単一の導体内を流れる電流がしきい値を超えるときにスイッチを閉にするための手段とを含む。
【００２１】
このタイプのモジュールのセット用の中央制御ユニットの一実施形態は、モジュールのセットの電源オンを判断するための手段と、電源オンが判断されたときに、しきい値よりも高い電流を単一の導体中へと注入し、電気を供給しているパネルに関係するモジュールのスイッチを閉にさせるための手段とを含む。
【００２２】
最後に、単純な方式で、パネルの直列リンク導体の切断部の場所の位置を決定することが可能であることが望ましい。
【００２３】
この必要性を満足させるために、モジュールは、光電池パネルをローカルに制御するために設けられ、単一の導体を経由して異種同形のモジュールと直列にモジュールを接続するための第1の端子および第2の端子と、光電池パネルが発電していないときに、直列に接続するための第1の端子と第2の端子との間を電流が流れることを可能にするダイオード素子と、接地端子と、接地端子と単一の導体との間に接続された定電流源とを含む。
【００２４】
このタイプのモジュールのセット用の中央制御ユニットの一実施形態は、単一の導体の端部に接続するための第1の入力端子および第2の入力端子であって、入力端子のうちの一方が接地される、第1の入力端子および第2の入力端子と、単一の導体中を流れる電流を測定するためのセンサと、測定した電流から切断部が位置するモジュールの位置を決定するための手段とを含む。
【００２５】
中央制御ユニットは、下記のステップ:  単一の導体内の電流が、モジュールの定電流源の電流の合計以下の残存値に降下するという事実によって切断を検出するステップと、電流の残存値を定電流源の値により割り算することによって切断部が位置するモジュールの階層を決定するステップと、を含む方法を使用することができる。
【００２６】
他の利点および特徴は、非限定的な例として提供され、添付した図面を使用して図示した具体的な実施形態の下記の説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】前に説明した、光電池パネルの集団を管理するための従来のシステムのパネル用のローカル制御モジュールを示す。
【図２】パネルの発電とは無関係に電気を供給されることが可能なパネル用のローカル制御モジュールの一実施形態を示す。
【図３ａ】パネルが発電しているときの図2のモジュールの1つの動作モードを示す。
【図３ｂ】パネルが発電しているときの図2のモジュールの1つの動作モードを示す。
【図４ａ】パネルが発電していないときの図2のモジュールの1つの動作モードを示す。
【図４ｂ】パネルが発電していないときの図2のモジュールの1つの動作モードを示す。
【図５】直列にパネルを接続するための導体の機能停止の位置を決定するためのシステムおよび適合した中央制御ユニットの一実施形態を示す。
【図６】特に、感電死の危険性を制限する安全装置を制御するための単純な通信手段を組み込んだパネルのローカル制御モジュールの一実施形態を示す。
【図７】図2のモジュールの1つの代替的形態を示す。
【図８】図7のモジュールのもう1つの代替的形態を示す。
【図９ａ】図8の代替的形態の1つの動作モードを示す。
【図９ｂ】図8の代替的形態の1つの動作モードを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図2は、パネルによる発電に依存しないで電力を供給される、光電池パネル12のローカル制御モジュールLCUの一実施形態を図式的に示す。本モジュールは、パネルの直列リンク導体13中を流れる直列電流から電力を供給される。
【００２９】
標準化した接続箱中に組み込むことを目的とした本モジュールは、図1のモジュールと同じ端子A1、A2、B1およびB2を備える。パネルの接続端子A1を、直列に接続するための端子B1に接続する。例えば、N-チャネルMOSトランジスタを用いて形成されたスイッチSを、パネルの接続端子A2と直列に接続するための端子B2との間に接続する。端子B1と端子B2との間に1個のダイオードを有する代わりに、導通しきい値が1個のダイオードのしきい値よりも高いダイオード素子を形成するダイオードのスタックDnがある。ダイオードのスタックDnのカソードは、端子B1側にある。ダイオードD0を、端子A1にカソードを経由して接続し、端子A2にアノードを経由して接続する。このダイオードD0は、好ましくは低い導通しきい値を有し、そのためショットキダイオードとすることができる。
【００３０】
トランジスタSのゲートを、コンバータ16によって供給される電位と端子A2との間で電力を供給される回路14によって制御する。コンバータ16の供給電圧Vinを、トランジスタSの端子のところでとる。このようにして、トランジスタSの端子のところの電圧Vinは、トランジスタSが閉であるときには特に低い。抵抗器を通る電流によって生成されるトランジスタの端子のところの電圧がコンバータ16に電力を供給できるように十分に高いオン状態の抵抗(Rdson)を有するトランジスタSを選択する。モジュールのすべての動作モードでコンバータ16に電力を供給することが可能であることを、下記に示す。
【００３１】
コンバータ16は、好ましくはスイッチング昇圧コンバータである。STMicroelectronicsによって市販されているL6920回路などの、平衡状態で100mV未満からの十分な供給電圧を生成することができる昇圧コンバータが、市場に存在する。この回路は、それにもかかわらず始動させるためにより高い電圧を必要とし、この電圧が下記から分かるようにこの回路に供給される。
【００３２】
かかるコンバータ16は、数ボルトの最大入力電圧で動作するように一般に形成されるが、電圧Vinがパネルの電圧Vpに達することがある。好ましくは、コンバータ16の入力部のところでは、コンバータの入力電圧を要求される限度内に保つために、電圧制限回路17を、トランジスタおよびツェナーダイオードに基づいて設ける。
【００３３】
制御回路14は、中央制御ユニットとの通信手段として、端子B2のところで直列リンク導体内に挿入された電流変換器18に接続された搬送電流モデムを統合する。モジュールは、したがって、例えば、抵抗ブリッジ20によって測定され、パネル12によって供給される電圧の値を中央制御ユニットへ送信することができ、トランジスタSからスイッチングコマンドを受信することができる。
【００３４】
搬送電流による送信を改善するために、ダイオード素子Dnの端子に接続されたキャパシタC2を設ける。このキャパシタは、搬送電流の変調周波数において低インピーダンスを示し、それゆえ、端子B1と端子B2との間に接続された様々な素子によって導入される複雑なインピーダンスを避けて通ることを可能にする。
【００３５】
図3aおよび図3bは、パネル12が発電しているときの、図2のモジュールの2つの動作モードを示す。トランジスタSは、スイッチによって記号化され、回路14(ここでは図示せず)が、トランジスタSを閉じることを恒久的に制御すると仮定する。これは、図示したように、コンバータ16の出力によってトランジスタSを制御することと等価である。パネルのストリングの端部を、電流回路を閉にするインバータに接続すると、やはり仮定する。
【００３６】
図3aは、集団が十分な昼光で始動しているケースを示す。直列電流がゼロに等しいので、モジュールは、電力を供給されていない。トランジスタSは、それゆえ開である。パネル12の端子のところの電圧Vpは、別のモジュール(図示せず)のダイオード素子Dn、インバータ(図示せず)、およびコンバータ16を通って流れることができる電流を設定する。この電流は、次式に等しい、
I=[Vp-(n-1)Vn]/(Zinv+Zsmps)、
およびVin=Zsmps・I、
ここで、Vnはダイオード素子Dnの導通しきい値であり、nはパネルの数であり、Zinvはインバータのインピーダンスであり、Zsmpsはコンバータ16のインピーダンスである。インバータは重要な電力を取り扱うように構成され、そのインピーダンスは低いが、コンバータ16のインピーダンスは比較的高い。したがって、コンバータの入力部のところの電圧Vinは、実際的には、コンバータを始動させるために大いに十分であるVp-(n-1)Vnのところに設定される。トランジスタSは、直ぐに閉にされ、結果として図3bのモードになる。
【００３７】
一方で、インバータがストリングに接続されていない場合、例えば、パネルが据え付け中である場合には、電流は、設定されず、トランジスタSは開のままである。これが、感電死の危険性を取り除く。
【００３８】
図3bでは、トランジスタSは、それゆえ閉になっている。これは、集団の通常動作モードである。電流が、前のモジュールから到来し、トランジスタSおよびパネル12を通って流れ、次のモジュールに達する。このようにして、コンバータ16の入力電圧Vinを、閉のトランジスタSの端子のところでとる。
【００３９】
前に示したように、一旦コンバータが始動してしまうとトランジスタの端子のところの電圧降下がコンバータ16に電力を供給するために十分であるように、トランジスタSのオン状態の抵抗を選択する。トランジスタの端子のところの電圧降下がコンバータに電力を供給するために十分であるが、電圧降下が発電効率に重大な影響を及ぼさないことが、望ましい。100mVの近辺の電圧降下が、良いトレードオフであるはずである。
【００４０】
実際に、図3bのモードでは、電圧Vinは、十分な値に調整される。実際に、この電圧Vinが不十分になる場合には、コンバータ16は、トランジスタSをこれ以上制御できなくなり、トランジスタはほとんど導通しない。したがって、トランジスタの端子のところの電圧Vinは、電圧がコンバータ16に電力を供給するために再び十分になるまで増加する。
【００４１】
この動作モードから、例えば、異常を検出した後でパネルを接続切断するために、トランジスタSを開にすることを制御するように望む場合がある。トランジスタSを開にすると、直列電流が、基本的にダイオード素子Dnを通って流れ始め、これが、素子Dnの導通しきい値に等しい逆電圧降下Vnを起こす。コンバータ16の入力電圧は、そのときにはVin=Vp+Vnに等しくなり、これは可能な動作モードの中で最も高い値である。
【００４２】
図4aおよび図4bは、パネル12が発電していないときの、図2のモジュールの2つの動作モードを示す。
【００４３】
図4aは、図3bの動作モードの後に達する動作モードを図示する。例えば、パネル12が陰にあるという理由で、パネル12は発電を停止する。パネルは、発電機としての動作モードから、直列電流が流れる負荷としての動作モードへ動作する。パネルの端子のところの電圧は、ダイオードD0の導通しきい値V0まで逆になり、これはその後、直列電流を循環させるように引き継がれる。
【００４４】
素子Dnの導通しきい値Vnが好ましくはV0よりも高く、その結果、直列電流が、トランジスタSを通って流れないで素子Dnを通って流れる代わりに、好ましくはダイオードD0を通って流れ、それゆえ、コンバータ16に電力を供給するためにトランジスタSを通って流れることを、ここでは理解するであろう。
【００４５】
あるパネルの故障のために少ない電力を発電するストリングでは、直列電流もまた減少する。結果として、トランジスタSの端子のところの電圧Vinが低下する。トランジスタSの端子のところの電圧がコンバータに十分な電力を供給するまで、コンバータ16は、トランジスタSのコンダクタンスを減少させることによって再び反応する。
【００４６】
例えば、夜になって、すべてのパネルが発電を停止する場合には、直列電流は、コンバータ16に電力を供給するためには不十分になる。コンバータのインピーダンスがトランジスタSのインピーダンスよりも低くなり、電圧Vnがコンバータの動作しきい値よりも低くなる。トランジスタSが開になり、直列電流は、コンバータ16およびダイオードD0を通って流れ続ける。
【００４７】
その時点からモジュールに電力を供給し続けるように望む場合には、下記に説明するように、十分な直列電流を注入することが、中央制御ユニットにとって十分である。
【００４８】
図4bでは、直列電流がモジュールに電力を供給するためには十分であるが、パネルが発電していないケースでは、トランジスタSは開である。夜が明けるとき、およびパネルが陰にあるまたは故障しているときに、このケースが、集団の始動で生じる。モジュールは、トランジスタSを開にするコマンドをやはり受信していることがある。
【００４９】
直列電流は、コンバータ16を通るダイオードD0とダイオード素子Dnとの間に分散される。電圧Vinは、そのときにはVn-V0に等しくなる。したがって、コンバータ16が始動することを可能にする値よりも電圧Vn-V0が高くなるように、素子Dnのしきい値Vnが好ましくは選択される。
【００５０】
始動の状況では、モジュールは、トランジスタSを開にするためのコマンドを受信していない。一旦、コンバータの入力電圧Vinが始動で十分な値に達すると、コンバータは、トランジスタSを閉にする。そのときには、図4aの動作モードに達する。
【００５１】
図5は、直列導体13の両端を経由してインバータ22(INV)に接続された太陽光パネルのストリングを図式的に説明する。インバータは、前に記述した機能を実行する中央制御ユニット24(CCU)に先行される。この実施形態では、中央制御ユニットは、導体13上に直列に、集団をオフにするための汎用スイッチSg、および直列電流を測定するための抵抗器Rsを含む。補助電流源26を、名目上の電流と同じ方向に、導体13中へと直列電流Iaを注入するために接続する。
【００５２】
制御回路28は、CCUの機能を管理する。特に、制御回路はスイッチSgおよび電流源26を制御し、抵抗器Rsの端子のところの電圧を測定することによって直列電流を決定する。制御回路は、ライン13中に挿入された電流変換器30を介してLCUモジュールの異種同形のモデムと通信することを可能にする搬送電流モデムをやはり含む。
【００５３】
汎用スイッチSgは、保全動作を実行するために開である。汎用スイッチを開にすることは、直列電流を消滅させ、それゆえ、モジュールの電源は、トランジスタSを開にし、感電死のいかなる危険性をも取り除く。
【００５４】
汎用スイッチSgは、正常動作のもとでは閉である。パネルの日照が減少すると、直列電流は減少する。直列電流が最小値に達したときには、制御回路28は、補助電流源26をオンにし、LCUモジュールに電源を供給し続ける。CCUは、日中に再充電したバッテリから、または送電網から電力を引き出す。
【００５５】
LCUモジュールは、日中および夜にこのように電力を供給され、搬送電流によりいつでもCCUと通信することができる。
【００５６】
単一の導体13が切断する場合には、下から2番目と3番目のモジュールの間に図示されたように、直列電流が消滅し、モジュールは、これ以上電力を供給されない。導体の切断部がどこに位置しているかを知ることは、それにもかかわらず望ましいはずである。直列電流がすべてのモジュールに対して同時に消滅するので、1つのモジュール中のオンボード知的機能は、切断部の位置を決定するために使用することができない。
【００５７】
図5は、直列導体の切断部の位置を決定するためのシステムの一実施形態をやはり図示する。各モジュール10は、直列導体13、例えば、モジュールの端子B1のところとモジュールの接地端子Eとの間に接続された定電流源32を含む。接地端子Eの機能は、標準化されている。接地端子は、パネルのすべてにより共有される導体34を経由してパネルの金属部品を接地するように働く。製造業者が次のような方法でインバータを接地するために設ける場合には、この導体は、中央制御ユニットCCUの負入力およびインバータの負入力にやはり接続される。ある種のインバータは、それ自体の正入力を経由して接地され、このケースでは、電源32の電流の方向が逆になる。
【００５８】
接地端子Eからモジュールの端子B1に向けて定常監視電流(steady  watch  current)Iwを循環させるように、各電源32を設ける。このようにして、各電源32から始まる電流Iwは、破線で示したように、導電体13中を直列電流が流れる時計回り方向に、中央制御ユニットCCUを通って、導体13の接地した接続部まで循環する。そこでは、電流Iwは、接地導体34を通りそれぞれの電源32に向けて戻る。
【００５９】
導体13が、例えば、下から2番目と3番目のモジュールの間で区切られているときには、切断部の下に位置するモジュールの電流源32は、それ以上電流Iwを循環させることができない。逆に、切断部の上方に位置するモジュールの電源32は、図示したように、それ自体の電流をまだ循環させている。CCUに到達する監視電流Iwの合計は、それゆえ、切断部が位置するモジュールの階層を表す。
【００６０】
より具体的に、直列導体13の切断中に、直列電流は消滅する。制御CCUは、切断を検出し、補助電流源26をオンにする。モジュールに電力を供給することを目的とする補助電流Iaは、監視電流の合計よりも大きな名目上の値を有する。この状況では、監視電流だけが補助電源26を通って循環できるので、監視電流は、この例では3・Iwである値が印加される。制御回路28は、その残存電流を監視電流の値Iwで割り算し、このように、切断部が位置するモジュールの階層、上から3番目を見出す。残存電流は、大きくともn・Iw(ここで、nはモジュールの数である)に等しく、これは切断が第1のモジュールとインバータとの間で生じるケースに対応する。切断が、最後のモジュールとインバータとの間で起きる場合には、残存電流は、ゼロである。
【００６１】
この切断位置決めシステムは、使用するモジュールのタイプとは無関係である。賢い機能を持たないモジュールを含むことがある。電流源32がモジュールにおいて電力供給を必要としないように、電流源32は、好ましくはバイポーラである。バイポーラ電流源は、十分である電圧が供給されると、それ自体の2つの端子間に存在する電圧から電力供給を引き出す。
【００６２】
すべてのパネルが電力を供給され、切断部がないときには、電源32の端子のところの電圧は、インバータの入力電圧に近く、数Vnしきい値の範囲内に近くなる。しかしながら、電源32が逆極性にされ、それゆえ作動しない。
【００６３】
切断部があるときには、補助電流源26は、インバータにおける入力電圧を反転させ、電源32が、その後、極性を持つようになり、作動するようになる。端子のところで最低の電圧を有する電源32が、第1のモジュールの電源であり、電圧Va-(n-1)Vnを有し、ここでVaは補助電流源26の端子のところの電圧である。第1のモジュールの電源32がその端子のところで十分な電圧を有するように、補助電源26の供給電圧を好ましくは選択する。
【００６４】
基本的な施設では、コストを削減するために、ある種の機能を、特に搬送電流による通信機能を抜くことができる。しかしながら、安全機能を、特に、感電死の危険性を取り除く機能を保持することが望ましい。一旦トランジスタがこれ以上電流を流さなくなると、図2のタイプのモジュールが、制御ユニットと何らかの通信をせずに、トランジスタSを自動的に開にすることを保証することを示してきた。言い換えると、一旦直列電流が切断されると、いずれか、インバータのところに設置した汎用スイッチによって、またはパネルの除去によって、モジュールのすべてのトランジスタSが、直列導体からパネルを接続切断し、これによって感電死の危険性を取り除く。
【００６５】
しかしながら、より徹底した安全機能、すなわち、明示的なコマンドのみでパネルを再接続することが望まれる場合がある。図2のタイプのモジュールを使用することによって、かかる機能を、トランジスタSを閉にするための具体的な命令を待つローカル制御回路14を使用することによって入手することができる。この命令は、搬送電流によって制御ユニットから回路に届くはずである。
【００６６】
図6は、複雑な通信手段を用いずにこの機能を実装することを可能にするローカル制御モジュールの一実施形態を示す。図2と比較して、ダイオード素子Dnが、単一のダイオードD1、好ましくはショットキタイプのもの、によって置き換えられる。ダイオードD0が削除されている。ここでは16'によって示されるモジュールの回路に電力を供給するために使用するコンバータは、パネル12の端子から、すなわち、端子A1およびA2上で入力電圧をとる。言い換えると、パネル12が発電している場合だけ、モジュールは、ここに電力を供給される。パネルが弱く照らされていて、低い電圧を発電している場合でさえ、モジュールに電力を供給することが望ましいので、コンバータ16は、好ましくは昇圧タイプのものである。したがって、パネルが公称電圧を発電しているときに入力電圧を適合させるために、コンバータの入力のところに電圧リミッタ17を設けることが好ましい。
【００６７】
抵抗器R2の端子のところの電圧を基準電圧Vrefと比較し、抵抗器R2の端子のところの電圧が基準電圧Vrefを超えるときにはトランジスタSを閉にするコンパレータ60によって、トランジスタSを制御する。トランスコンダクタンス増幅器62は、導体13中の直列電流を示す電流を抵抗器R2中へと注入する。増幅器62は、端子A1と端子B1との間の導体13内に設置された抵抗器R3の端子のところの直列電流を表す電圧を測定する。
【００６８】
増幅器62は、カソードが端子B1に接続され、アノードが抵抗器R4を経由して端子A2に接続されるツェナーダイオードDzの端子のところで電力を供給される。
【００６９】
この構成を用いると、一旦パネル12が発電すると、コンバータ16'は、モジュールの回路に電力を供給する。しかしながら、トランジスタSは開のままである。同じことがチェーンのモジュールのすべてについて言える。それゆえ、施設全体を電源オンにする場合でさえ、パネルは、直列導体13から接続切断されたままである。
【００７０】
施設を始動させるために、中央制御ユニットCCU(図5)は、補助電流を直列導体13中へと注入する。この電流は、モジュールのダイオードD1および抵抗器R3を通過する。コンパレータ60を切り替えるために十分であるように、この電流を選択する。パネルを直列導体に接続することによって、トランジスタSを閉にする。各モジュール内で、電流は、トランジスタS、パネル12、および抵抗器R3を通って流れる。抵抗器R3を通って流れる電流が補助電流よりもずっと大きいので、トランジスタSは閉のままである。
【００７１】
一旦、パネル12がこれ以上発電しなくなると、対応するモジュールは、これ以上電力を供給されなくなり、そのモジュールのトランジスタSは開になる。直列電流は、その後、ダイオードD1を通って流れる。パネルが再び発電し始めると、モジュールは電力を供給される。抵抗器R3中の電流が十分になると、コンパレータ60は、直ぐにトランジスタSを閉にする。
【００７２】
パネルの新たな安全接続切断を与えるために、汎用スイッチSgを開にする(図5)。そのスイッチを引き続いて閉にすることは、施設の電源をオンにするが、トランジスタSを閉にさせない-そのためには、電流を直列導体中へと再び注入することが必要である。
【００７３】
この実施形態の1つの利点は、図2の実施形態と比較して、モジュールによって誘起される寄生電圧降下を最小にできることである。実際に、望むように低いオン状態の抵抗を有するトランジスタSを選択することができる。ショットキタイプのダイオードD1は、非常に低い導通しきい値を有する。
【００７４】
図7は、図2のモジュールの1つの代替的形態を示す。図2と比較して、モジュールは、特に図3bの動作モードで、端子A1と端子A2との間で電力を供給され、コンバータ16に供給する第2のコンバータ70を含む。
【００７５】
図3bのモードは、パネルが発電している正常モードに対応する。これは、可能な限り長い間維持しようと求めているモードである。これはやはり、モジュールの大部分の機能を使用することが望まれるモードである。しかしながらやはり、図2のモジュールが(閉であるトランジスタSの端子のところの電圧降下から)最小の電力を供給されるモードである。マイクロコントローラによって実行される所望の機能は、100mVの近辺の電圧からコンバータ16によって供給される電流よりも大きな電流を必要とする場合がある。
【００７６】
追加のコンバータ70は、パネルからモジュールに電力を供給することを可能にし、それゆえ、パネルが発電するモードではコンバータ16を置き換えることを可能にする。パネルが発電していないモードでは、前に説明した方式でモジュールに電力を供給するのは、コンバータ16である。コンバータ70は、好ましくは降圧コンバータである。
【００７７】
図8は、図7のモジュールの1つの代替的形態を示す。図7と比較して、2つのコンバータ16および70が、昇圧タイプの単一のコンバータ80によって置き換えられる。コンバータ80の正入力を、ダイオードD2を経由して端子A1に、ダイオードD3を経由して端子B2に接続する。端子A1および端子B2において示される最も高い電圧をコンバータ80に供給するように、これらのダイオードを接続する。
【００７８】
ダイオードD0を、ダイオードD0'によって置き換え、そのカソードが端子A1に接続されたままであるが、そのアノードは端子A2にもはや接続されない。ダイオードD0'のアノードを、コンバータ80の負端子に接続する。ダイオードD4を、端子A2にそれ自体のカソードを経由して、コンバータ80の負端子にそれ自体のアノードを経由して接続する。
【００７９】
コンバータ80は、昇圧タイプのものであり、数ボルトの最大入力電圧で動作する。しかしながら、この入力電圧は、動作モードに応じて、ダイオードD2またはダイオードD3を介して、パネルの電圧を生み出すことができ、これはコンバータの動作範囲とは相容れないことがある。好ましくは、図2に関して、コンバータがパネルによって電力を供給されるときに、入力電圧を受容可能な値に戻す電圧制限回路17を、コンバータの入力部のところに設ける。
【００８０】
ダイオードD0'およびダイオードD2からD4は、好ましくは、例えば、ショットキタイプの低い導通しきい値を有するダイオードである。
【００８１】
この代替的形態は、後で分かるように、パネルが発電しないモードで、コンバータ80が図2および図7よりも良い条件下で動作することを可能にする。
【００８２】
図9aは、パネル12が発電する動作モードでの図8のモジュールを図示する。パネルの電流のうちの一部が、ダイオードD2、コンバータ80、ダイオードD4を通り、パネルへと戻る。トランジスタSの状態とは無関係に、ダイオードD4は、コンバータに電力を供給する電流が通らない。トランジスタが開である場合には、直列電流がダイオード素子Dnを通る。トランジスタが閉である場合には、直列電流は、トランジスタを通り、パネルを通る。
【００８３】
コンバータは、したがって、電圧Vin=Vp-2V0が供給される。
【００８４】
図9bは、パネル12が発電していない動作モードでの図8のモジュールを図示する。直列電流の一部は、端子のところで逆のしきい値電圧Vnを有するダイオード素子Dnを通って流れる。この電圧Vnは、コンバータ80に電力を供給し、直列電流の第2の部分は、ダイオードD3、コンバータ80、およびダイオードD0'を通る。トランジスタSは、閉であっても開であっても、コンバータ80に電力を供給する電流に影響を及ぼさない。
【００８５】
コンバータは、したがって、電圧Vin=Vn-2V0が供給される。モジュールの回路によって消費される電流に応じて、コンバータが要求される電力を供給できるように、ダイオード素子Dnのしきい値電圧Vnを選択する。
【００８６】
図7または図8のタイプのモジュールは、モジュールのパネルが照らされている限り、モジュールが直列導体13とは接続切断されている場合であっても、電力を供給されたままである。結果として、トランジスタSを開にすることは、モジュールが接続切断したときに自動的には行われない。図7および図8のモジュールで感電死の危険性を制限するように望む場合には、図6と同じ機構を設けることが可能である。
【００８７】
搬送電流による通信を使用する1つの代替的形態によれば、モジュールおよび制御ユニット24は、「ウォッチドッグ」操作を実装するように構成される。制御ユニットは、検証信号を定期的に送る。検証信号を受信するとき毎に、モジュールはタイマを再起動させる。モジュールが直列導体13とは接続切断されているという理由で、検証をもはや受け取らなくなった場合には、タイマが時間切れになり、モジュールはトランジスタSが開になるように命令する。モジュールが検証信号を再び受信すると、モジュールは、トランジスタSを閉にすることを制御する。
【符号の説明】
【００８８】
12  パネル
13  直列導体
14  制御回路
16  コンバータ
17  電圧制限回路
18  電流変換器
20  抵抗ブリッジ
22  インバータ
24  中央制御ユニット
26  補助電流源
28  制御回路
30  電流変換器
32  電流源
34  接地導体
60  コンパレータ
62  増幅器
70  コンバータ
80  コンバータ
A1  端子
A2  端子
B1  端子
B2  端子
C1  キャパシタ
C2  キャパシタ
D0  ダイオード
D1  ダイオード
D2  ダイオード
D3  ダイオード
D4  ダイオード
Dn  ダイオード素子
Dz  ツェナーダイオード
Ia  補助電流
Iw  監視電流
R1  抵抗器
R2  抵抗器
R3  抵抗器
Rs  抵抗器
S  スイッチ
Sg  汎用スイッチ
V0  ダイオードD0の導通しきい値
Vin  入力電圧
Vn  ダイオード素子Dnの導通しきい値
Vp  パネルの電圧
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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