(57)【要約】      （修正有）【課題】光発電（ＰＶ）設備において、分岐を通る電流及び又はノードにおける電圧を制御するための、安全スイッチ及び関連する装置並びに方法を提供する。【解決手段】デバイスによって、電気システムの特定の部分の要素の接続を切断するための方法は、システム内の特定の位置で動作パラメータを測定すること、危険な状態の可能性を示すメッセージを制御デバイスから受信すること、反応してシステム要素の接続を切断すること及び又は短絡させることと、そうすることが安全である場合にシステム要素を再接続することと、を含む。【選択図】図６
2018038254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電気コネクタに連結された第１の電気伝導体であって、前記第１の電気コネクタは第１の電源に接続可能である、第１の電気伝導体と、
第２の電気コネクタに連結された第２の電気伝導体であって、前記第２の電気コネクタは第２の電源に接続可能である、第２の電気伝導体と、
前記第１の電気伝導体と前記第２の電気伝導体との間に連結されている、スイッチング素子と、
前記スイッチング素子の制御端子に連結された制御器であって、前記制御器は、危険な状態の可能性の表示に反応し、かつ危険な状態の可能性の表示に反応して、前記スイッチング素子を制御して、前記第１の電気伝導体を前記第２の電気伝導体から切断する、制御器と、
前記第１の電気伝導体及び前記制御器に連結された補助電力回路であって、前記補助電力回路は、前記第１の電気伝導体から電力を取りだし、前記制御器に電力を提供する、補助電力回路と、を備える、装置。
【請求項２】
前記第１の電気コネクタは、第１の光発電装置に接続され、前記第２の電気コネクタは、第２の光発電装置に接続される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スイッチング素子がトランジスタである、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御器に連結された通信デバイスをさらに備え、前記通信デバイスは前記制御器に連結され、かつ危険な状態の可能性を示すメッセージを受信し、前記制御器に前記危険な状態の可能性の表示を提供する、請求項１から３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記通信デバイスが、電力ライン通信デバイスと、無線通信デバイスとのうちの少なくとも１つを備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記制御器に連結されたセンサをさらに備え、前記センサは、１つ以上の電気パラメータを測定し、１つ以上の測定値を前記制御器に提供する、請求項１から５の何れか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記センサが電流センサであり、前記制御器は、危険な状態の可能性を示す電流測定値に反応して、前記スイッチング素子を切り替えて、前記第１の電気伝導体を前記第２の電気伝導体から切断する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子に並列に連結された抵抗器をさらに備える、請求項１から７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
制御器によって、補助電力回路によって提供された動作電力を受信することと、
前記制御器によって、２つ以上の電源及び１つ以上の安全スイッチを備え、各安全スイッチが第１の伝導体と第２の伝導体との間に配置され、各伝導体が前記２つ以上の電源の電源に接続された発電設備において、危険な状態の可能性を検出することと、
前記制御器によって、前記１つ以上の安全スイッチを制御して、前記２つ以上の電源のうちの１つ以上の接続を切断することと、
前記制御器によって、前記危険な状態の可能性が解決されたという表示を受信することと、
前記１つ以上の安全スイッチを制御して、前記２つ以上の電源のうちの１つ以上を再接続することと、
前記補助電力回路によって、前記第１の伝導体及び前記第２の伝導体のうちの少なくとも１つから電力を受信することと、を含む、方法。
【請求項１０】
検出することが、通信デバイスを介してメッセージを受信することを含み、前記メッセージが危険な状態の可能性を示す、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
検出することが、電気パラメータ測定値を受信することと、前記電気パラメータ測定値が危険な状態の可能性を示すことを判定することと、を含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気パラメータ測定値を受信することが、電流測定値を受信することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記危険な状態の可能性が解決されたという前記表示を受信することが、システム制御デバイスから通信デバイスを介して命令を受信することを含む、請求項９から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記危険な状態の可能性が解決されたという前記表示を受信することが、前記危険な状態の可能性がもはや存在しないことを示すセンサ測定値を受信することを含む、請求項９から１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記補助電力回路が前記第１の伝導体と前記第２の伝導体との間に連結され、前記補助電力回路によって、前記第１の伝導体と前記第２の伝導体との間の電圧を受信することと、前記電圧を前記制御器に提供される供給電圧に変換することと、をさらに含む、請求項９から１３の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、全体が参照によって本明細書に組み込まれる、"Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｗｉｔｃｈ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ"と題され、２０１６年に８月２９日に出願された、米国非仮特許出願第１５／２５０，０６８号の優先権を主張する。本出願は、さらに、全体が参照によって本明細書に組み込まれる、"Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ  Ｇａｒｌａｎｄ"と題され、２０１６年４月５日に出願された、米国特許出願第６２／３１８，３０３号、及び"Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ"と題され、２０１６年５月２５日に出願された、米国特許出願第６２／３４１，１４７号に関連する。
【０００２】
安全規制は、危険な状態が光発電設備で起こっている場合、１つ以上の光発電（ＰＶ）機または他の要素の接続を切断すること、及び／または短絡させることを義務付けている場合がある。例えば、安全規制は、危険な状態（例えば、火災、短絡、保守作業の実行）の場合、光発電設備における任意の地点の最大電力が安全電圧レベルを超え得ないことを義務付ける。いくつかの光発電システムでは、１つ以上の光発電機の接続を切断し、かつ／または短絡させて、安全電圧の要件を達成することが必要であり得る。光発電システムは数十年間配置されてもよい一方、安全規制は、より短い時間の間隔（例えば、数年毎）で変わり得る。安全上問題がある場合に、ＰＶ発電機の接続を切断するか、または短絡させるように制御され得、システムが再び安全になると光発電機を再接続するように制御され得る、制御可能な安全スイッチを有することは有利である。制御可能なスイッチは、費用効果が高く、容易に配置されることが望ましい。
【発明の概要】
【０００３】
下記の概要は、例証のみのための発明の概念のうちのいくつかの短い概要であり、詳細な説明における発明及び例を限定するか、または制約することを意図しない。当業者は、詳細な説明からの他の新規の組み合わせ及び特徴を認識する。
【０００４】
本明細書における実施形態は、光発電（ＰＶ）設備において、分岐を通る電流及び／またはノードにおける電圧を制御するための、安全スイッチ及び関連する装置ならびに方法を利用し得る。
【０００５】
１つ以上の電気系統を含む例証的な実施形態において、電気安全スイッチのグループは、複数の電気電力源に電気的に接続可能であってもよい。電気安全スイッチは、電気系統の安全な動作を維持するように制御可能であってもよい。
【０００６】
例証的な電気系統において、安全スイッチは、光発電設備における直列接続された光発電機間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、安全スイッチは、各対のＰＶ発電機間に設置されてもよい。いくつかの実施形態では、安全スイッチの数及び位置は、現在の安全規制に関して選択されてもよく、いくつかの実施形態では、安全スイッチの数及び位置は、予想される「最悪の場合」の安全規制に関して選択されてもよい。例えば、システム要素を追加すること、再構成すること、及び／または除去することが容易で安価である場所では、安全スイッチは、設備が建設される時点の安全規制に従い、ＰＶ設備において配置されてもよい。システム要素を追加すること、再構成すること、及び／または除去することが困難で高価である場所では、安全スイッチは、将来の規制の「最悪の場合」（すなわち、最も厳格な）予想に遵守する方式で配置されてもよい。
【０００７】
いくつかの実施形態による例証的な安全スイッチは、既存の光発電設備及び要素を改良してもよい。いくつかの実施形態による例証的な安全スイッチは、設計及び安全スイッチの製造の費用を減少させ、増加させる可能性がある、他のＰＶシステム要素（例えば、コネクタ、ＰＶ発電機、電力デバイス、接続箱、バッテリ、及び／またはインバータ）に組み込まれてもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態では、補助電力回路が使用され、安全スイッチ及び関連する制御器に電力を提供する。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の状態である場合）、大きな電力を運ばないシステム点に、位置付けられる。例証的な補助電力回路、ならびに安全スイッチの状態に関わらず、補助電力回路及び安全スイッチに電力を提供する、関連する方法が本明細書で開示される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、安全スイッチの要素及び設計は、例証的な安全スイッチがオンまたはオフの状態である場合、電気パラメータを規制するように、または耐えるように、選択されてもよい。例えば、いくつかの例証的な安全スイッチは、安全スイッチがオフの位置にある場合、安全スイッチを通って流れる電流を規制する寸法の分路抵抗器を含んでもよい。
【００１０】
さらなる実施形態は、光発電デバイスに動作電力を継続的に提供する一方で、危険である可能性のある状態がある場合には光発電電力デバイスへの入力端子間の電圧を限定するように構成された内部回路を含む、光発電デバイスを含む。
【００１１】
さらなる実施形態は、様々なシステムノード間の電圧を限定し、一方で光発電デバイスに動作電力を継続的に提供するように構成された、光発電機と光発電デバイスとを相互接続するための電気回路を含む。
【００１２】
さらなる実施形態は、光発電システムならびに関連する安全スイッチを配線するための費用効果が高く、容易な方法を提供し得る、関連する安全スイッチを備えた、一連の予め接続された光発電デバイスを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、安全スイッチは、システム制御デバイス及び／または監視アプリケーション用のグラフィカルユーザインターフェースなどのエンドユーザデバイスなどの、付随するシステムデバイスと通信状態にあってもよい。
【００１４】
さらなる実施形態は、例証的な電力システムにおける状態及び安全スイッチによって測定されたパラメータを監視するためのユーザインターフェースを含む。システムの所有者または操作者は、システム安全スイッチ、関連するスイッチ状態、及びそれによって測定される電気パラメータの一覧を見ることができてもよい。いくつかの実施形態では、一覧は、コンピュータモニタ、タブレット、スマートテレビジョン、スマートフォンなどのコンピューティングデバイスで見ることができるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）であってもよい。いくつかの実施形態では、システム操作者は、安全スイッチを手動で制御することができてもよい（例えば、ボタンを押すことによって）。
【００１５】
上述されるように、本概要は、本明細書において説明される特徴のうちのいくつかの単に概要であり、詳細な説明において下記にさらに説明される、単純化された形式で概念の選択を導入するために提供される。概要は包括的ではなく、主張される主題の重要な特徴または不可欠な特徴を明らかにすることが意図されず、特許請求の範囲への限定ではない。
【００１６】
本開示のこれら及び他の特徴、態様、及び利点が、下記の説明、請求項、及び図面について、より良く理解されるであろう。本開示は例示として例証され、添付の図面によって限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本開示の様々な態様による光発電システムの構成を例証する。
【図１Ｂ】本開示の様々な態様による光発電システムの構成を例証する。
【図２】本開示の様々な態様による光発電システムの構成の部分を例証する。
【図３】本開示の様々な態様による安全スイッチを例証する。
【図４Ａ】本開示の様々な態様による安全スイッチを例証する。
【図４Ｂ】本開示の様々な態様による安全スイッチを例証する。
【図５Ａ】本開示の様々な態様による光発電システムの構成の部分を例証する。
【図５Ｂ】本開示の様々な態様による光発電機を例証する。
【図６】本開示の様々な態様による安全スイッチを操作するための方法を例証する。
【図７Ａ】本開示の様々な態様による安全スイッチに動作電力を提供するための回路を例証する。
【図７Ｂ】本開示の様々な態様による安全スイッチに動作電力を提供するための回路を例証する。
【図７Ｃ】本開示の様々な態様による安全スイッチに動作電力を提供するための回路を例証する。
【図７Ｄ】本開示の様々な態様による安全スイッチの動作パラメータのうちのいくつかを示すタイミング図を例証する。
【図７Ｅ】本開示の様々な態様による安全スイッチに動作電力を提供するための回路を例証する。
【図７Ｆ】本開示の様々な態様による安全スイッチの動作パラメータのうちのいくつかを示すタイミング図を例証する。
【図７Ｇ】本開示の様々な態様による安全スイッチに動作電力を提供するための回路を例証する。
【図７Ｈ】本開示の様々な態様による安全スイッチに動作電力を提供するための回路を例証する。
【図７Ｉ】本開示の様々な態様によるトランジスタを動作させるための、可能性のある動作ポイントを示す例証的なデータシートの部分を例証する。
【図８】本開示の様々な態様による光発電システムの構成を例証する。
【図９】本開示の様々な態様による光発電デバイスを例証する。
【図１０】本開示の様々な態様による光発電システムの構成を例証する。
【図１１Ａ】本開示の様々な態様による光発電デバイスを例証する。
【図１１Ｂ】本開示の様々な態様による光発電デバイスを例証する。
【図１２】本開示の様々な態様による光発電システムの構成を例証する。
【図１３Ａ】本開示の様々な態様による安全スイッチの回路を例証する。
【図１３Ｂ】本開示の様々な態様による光発電デバイスの回路を例証する。
【図１４】本開示の様々な態様による一連の光発電デバイスの部分を例証する。
【図１５】例証的な実施形態による電気システム用のユーザインターフェースの例証的なモックアップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
様々な例証的な実施形態の下記の説明において、本明細書の一部を形成し、それにおいて例証のために、本開示の態様が実施され得る様々な実施形態が示される、添付の図面が参照される。本開示の範囲から逸脱せずに、他の実施形態が利用され得ること、及び構造及び機能の変更がされ得ることが理解されるべきである。
【００１９】
例証的な実施形態による光発電（ＰＶ）システムを示す図１Ａを、次に参照する。ＰＶシステム１００は、接地バスと電力バスとの間で並列に連結された複数のＰＶストリング１０４を含んでもよい。ＰＶストリング１０４の各々は、複数の直列接続されたＰＶ発電機１０１と、複数の安全スイッチ１０２とを含んでもよい。ＰＶ発電機１０１は、１つ以上の光発電電池、モジュール、パネル、または屋根を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ発電機１０１は、直流（ＤＣ）バッテリまたは代替的な直流または交流（ＡＣ）電源と置き換えられてもよい。
【００２０】
図１Ａの例証的な実施形態において、安全スイッチ１０２はＰＶ発電機１０１の各対間に配置される。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２つ以上の直列接続された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、制御デバイスと、通信デバイスとを含んでもよく、操作されて、ＰＶ発電機の接続を切断する命令を受信した（例えば、通信デバイスを介して）場合、隣接するＰＶ発電機の接続を切断してもよい。
【００２１】
いくつかの実施形態では、電力及び接地バスはシステム電力デバイス１１０に入力されてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、ＤＣ／ＡＣインバータを含んでもよく、交流（ＡＣ）電力を電力網、家庭、または他の目的地に出力してもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、接続箱、変圧器、及び／または安全接続切断回路を含んでもよい。例えば、システム電力デバイス１１０は、複数のＰＶストリング１０４からＤＣ電力を受信する、及び組み合わせられたＤＣ電力を出力するためのＤＣ接続箱を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、過電流保護のために各ストリング１０４に連結されたヒューズ、及び／または１つ以上のＰＶストリング１０４の接続を切断するための１つ以上の接続切断スイッチを含んでもよい。
【００２２】
いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、安全スイッチ１０２を制御する、または安全スイッチ１０２と通信するための制御デバイス及び／または通信デバイスを含んでもよい、または制御デバイス及び／または通信デバイスに連結されてもよい。例えば、システム電力デバイス１１０は、システム電力デバイス１１０の動作を制御するように構成された、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）及び／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの制御デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、複数の相互作用する制御デバイスを含んでもよい。システム電力デバイス１１０は、安全スイッチ１０２に含まれるリンクされた通信デバイスと通信するように構成された通信デバイス（例えば、電力ライン通信回路及び／または無線送受信機）をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、制御デバイスと通信デバイスの両方を含んでもよく、制御デバイスはＰＶ電力デバイス（例えば、電力デバイス１０３）に対する望ましい動作モードを判断するように構成され、通信デバイスは動作コマンドを送信し、ＰＶ電力デバイスに含まれた通信デバイスからの報告を受信するように構成される。
【００２３】
システム電力デバイス１１０は、ＰＶシステム１００（例えば、接続切断、ＰＶ電池／アレイ、インバータ、マイクロインバータ、ＰＶ電力デバイス、安全デバイス、メーター、ブレーカ、ＡＣメイン、ジャンクションボックス、カメラなどの、様々な個別の、及び／または相互接続されたデバイス）などの任意の数の他のデバイス及び／またはシステム、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、データベース及び／またはワークステーションを含み得る１つ以上のサーバに連結されてもよい。システム電力デバイス１１０は、ＰＶシステム１００内の部品の動作を制御するため、及び／またはＰＶシステム１００に連結された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。
【００２４】
いくつかの実施形態では、電力及び接地バスは、バッテリ、フライホイール、または他のエネルギー貯蔵デバイスなどのエネルギー貯蓄デバイスにさらに連結されてもよい。
【００２５】
安全規制は、両方の規制状態中に、及び危険である可能性のある状態中に接地バスとＰＶシステム１００における任意の他の電圧点との間の最大許容電圧を定義してもよい。同様に、安全規制は、ＰＶシステム１００における任意の２つの電圧点の間の最大許容電圧を定義してもよい。一部の状況において、ＰＶシステム１００における危険な状態は、ＰＶストリング１０４におけるＰＶ発電機１０１のうちの１つ以上の接続の切断または短絡を必要とし得る。
【００２６】
数値例として、例証的なＰＶストリング１０４は、２０の直列接続されたＰＶ発電機１０１を含んでもよい。各ＰＶ発電機１０１は、４５Ｖの開回路を有してもよい。危険な状態の場合（例えば、火災、ＰＶシステム１００内のどこかでのアークまたは危険な短絡の検出）において、安全規制は、システム電力デバイス１１０がＰＶストリング１０４から電力を取りだすことを停止することを必要とし、その結果、ＰＶストリング１０４上の４５・２０＝９００Ｖの開回路電圧をもたらす。安全規制は、危険な状態の場合において、ＰＶシステム１００における任意の２点間の最大電圧が、例えば８０Ｖを超え得ないことをさらに必要とし得る。安全規制を遵守するために、安全スイッチ１０２は、ＰＶストリング１０４を含む複数のＰＶ発電機１０１の接続を切断してもよく、その結果、ＰＶ発電機１０１（接地及び電力バスに連結されたＰＶ発電機１０１を除く）が、地面に対して「浮遊」電圧を有すること、及び各ＰＶ発電機の２つの端子間の約４５Ｖの電圧の降下をもたらす。
【００２７】
いくつかの実施形態では、システム電力デバイス１１０は、各ＰＶストリング１０４上の電圧を制限することによって、危険な可能性のあるシステム状態の表示に応答してもよい。例えば、システム電力デバイス１１０は、危険な可能性のある状態の場合において、各ＰＶストリング１０４上の約６０Ｖの電圧を規制するように構成されたインバータを含んでもよい。
【００２８】
本明細書で開示される態様によると、システム電力デバイス１１０（または改良された安全デバイス）は、各ＰＶストリング１０４を短絡させることによって、危険な可能性のあるシステム状態の表示に応答してもよい。例えば、システム電力デバイス１１０は、システム電力デバイス１１０への入力の上（電力バスと接地バスとの間）に配置されたスイッチ（明確に図示せず）含んでもよく、危険な可能性のある電力状態（例えば、格子電流、電圧、周波数、または許容範囲外の高調波成分を検出すること、または手動でアクティブ化されたボタンに反応して）に反応して、システム電力デバイス１１０（または改良された安全デバイス）は、スイッチをアクティブ化して、電力デバイスを接地バスに実質的に接続し、ＰＶストリング１０４を短絡させてもよい。ＰＶストリング１０４が短絡された場合、ＰＶストリング１０４に含まれる安全スイッチ１０２は、ＰＶストリング１０４の電流が劇的に上昇したことを検出してもよく（例えば、電流センサによって）、オフ状態に移行して（例えば、制御器が電流測定値を受信することによって、及びそれに従ってスイッチを制御することによって）、ストリングの電圧を下げる。
【００２９】
別の例として、システム電力デバイス１１０（またはシステム電力デバイス１１０の入力において接続された改良された安全デバイス）は、システム電力デバイス１１０への１つ以上の入力において（電力バスとシステム電力デバイスとの間、及び／または接地バスとシステム電力デバイスとの間）直列に配置されたスイッチ（明確に図示せず）を含んでもよく、危険な可能性のある電力状態の表示（格子電流、電圧、周波数、または許容範囲外の高調波成分を検出すること、または手動でアクティブ化されたボタンに反応して）に反応して、システム電力デバイス１１０（または改良された安全デバイス）は、スイッチをアクティブ化して（例えば、スイッチをＯＦＦ状態に移行させることによって）、ＰＶストリング１０４から電力バス及び／または接地バスの接続を切断してもよい。ＰＶストリング１０４の接続が切断されると、ＰＶストリング１０４に含まれる安全スイッチ１０２は、ＰＶストリング１０４の電流が劇的に降下したことを検出してもよく（例えば、電流センサによって）、及びオフ状態に移行して（例えば、制御器が電流測定値を受信すること、及びそれに従ってスイッチを制御することによって）、ストリングの電圧を減少させてもよい。
【００３０】
システム電力デバイス１１０に連結された単一のＰＶストリング１０４を例証する図１Ｂを、次に参照する。危険な可能性のあるシステム状態の場合において、安全スイッチ１０２は、接続を切断してもよく（すなわち、各スイッチはオフ状態に移行してもよく）、及びシステム電力デバイス１１０は、ＰＶストリング１０４に電圧を付与してもよい。図１Ｂの数値例として、各ＰＶ発電機は、４５Ｖの開回路電圧で動作していると想定され、システム電力デバイス１１０は、ＰＶストリング１０４上に６０Ｖの電圧を付与してもよい。本明細書で開示される実施形態によると、安全スイッチ１０２は、ＰＶ発電機と逆の極性の電圧の降下を提供し、電圧の降下に耐えるように構成されてもよい。図１Ｂの数値例において、ＰＶストリング１０４は、２０のＰＶ発電機１０１と、２０の安全スイッチ１０２とを含む。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のストリングの電圧を提供する。ＰＶシステムにおける位置の各対間の電圧の降下が６０Ｖを超えないことが留意されてもよい。
【００３１】
光発電機の安全スイッチへの比率、及び安全スイッチの位置は、光発電機及び安全規制の電気パラメータに応じて変化してもよいことが留意されるべきである。例えば、低電圧のＰＶ発電機（例えば、１０Ｖの開回路電圧を有するＰＶ発電機）がＰＶ発電機１０１として使用され、及び、危険な可能性のある状態の場合において、安全規制が５５Ｖの最大ポイント・ツー・ポイント電圧を可能にする場合、単一の安全スイッチ１０２は、５つのＰＶ発電機１０１ごとに配置されてもよい。安全規制が変化され、危険な可能性のある状態の場合において４５Ｖの最大ポイント・ツー・ポイント電圧を可能にする場合、追加の安全スイッチ１０２が追加されてもよい。
【００３２】
安全スイッチ１０２は、スイッチがオフ状態にあるときに安全スイッチ１０２を通る電流を規制するための抵抗器を含んでもよい。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）を含んで、オフ状態の電流を約４２Ｖ／１ｋΩ＝４２ｍＡに規制してもよい。一般的に、シャント抵抗器の値は、予想されるオフ状態の電圧及び電流によって変わってもよく、１０Ω〜５ｋΩであってもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、この値は、システム電力デバイス１１０及び各ＰＶ発電機１０１の開回路電圧によって提供された、規制された電圧に応じて変わってもよい。例えば、ストリング１０４は、１０のＰＶ発電機と、１０の安全スイッチを含んでもよく、各ＰＶ発電機は３０Ｖの開回路電圧を有し、システム電力デバイス１１０はＰＶストリング１０４上に５０Ｖの電圧を提供してもよい。その場合、各安全スイッチは動作されて、２５Ｖの負の電圧を有して、（３０−２５）・１０＝５０Ｖのストリングの電圧を提供してもよい。
【００３４】
例証的な実施形態による光発電ストリングを示す、図２を次に参照する。ＰＶストリング２０４は、複数のＰＶ発電機１０１と、安全スイッチ１０２とを含んでもよい。ＰＶ発電機１０１は、図１ＡのＰＶ発電機１０１と同様であってもよく、または同じであってもよく、安全スイッチ１０２は、図１の安全スイッチ１０２と同様であってもよく、または同じであってもよい。安全スイッチ１０２は、各ＰＶ発電機１０１（接地及び電力バスに接続されたＰＶ発電機を除く）が異なるＰＶ発電機１０１に接続された第１の端子と、安全スイッチ１０２に接続された第２の端子を有するように、ＰＶ発電機１０１の各対間に設置されてもよい。図２に例証された配置は、最大許容安全電圧が単一のＰＶ発電機１０１の開回路電圧の２倍より大きい、また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２倍に等しい、システムにおいて適切であり得る。例えば、各ＰＶ発電機１０１が４５Ｖの開回路電圧を有し、最大許容安全電圧が１００Ｖである、または各ＰＶ発電機１０１が３０Ｖの開回路電圧を有し、最大許容安全電圧が８０Ｖである場合、図２において例証される配置は、安全スイッチの必要とされる数を減少させることによって費用を減少させ得、一方で安全規制を依然として遵守する。
【００３５】
例証的な実施形態による安全スイッチを例証する図３が、次に参照される。安全スイッチ３０２は、図１Ａ及び図２における安全スイッチ１０２として使用されてもよい。安全スイッチは、雄コネクタ３０６と、雌コネクタ３０７とを含んでもよく、雄コネクタ３０６はＰＶ発電機（例えば、ＰＶ発電機１０１）によって雌コネクタの特徴に合うように設計され、雌コネクタ３０７はＰＶ発電機によって雄コネクタの特徴に合うように設計される。導体３０８が、雄コネクタ３０６への電気的接続を提供してもよく、導体３０９が雌コネクタ３０７への電気的接続を提供してもよい。いくつかの実施形態では、様々な相互接続するコネクタが使用されてもよい。安全スイッチ３０２は、導体３０８と導体３０９との間に配置されたスイッチ要素を含んでもよい。図３の例証的な実施形態において、トランジスタＱ１が導体３０８と導体３０９との間に配置されたスイッチ要素として使用されてもよい。安全スイッチ３０２は、トランジスタＱ１の動作を制御するための制御器３０３をさらに含んでもよい。トランジスタＱ１は、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トランジスタ（ＩＧＢＴ）、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、ジャンクションゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、または他の適切なデバイスなどの様々な電気デバイスを使用して実現されてもよい。いくつかの実施形態では、トランジスタＱ１は、並列に接続された複数のトランジスタを使用して実現され、電気性能を向上させてもよい（例えば、損失を減少させる）。本明細書で開示される例証的な実施形態において、トランジスタＱ１及び同様のスイッチ要素は、ボディダイオードを含むＭＯＳＦＥＴとして想定されるであろう。ダイオードＤ３１が、トランジスタＱ１のボディダイオードであってもよい。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含むＭＯＳＦＥＴである場合において）、別個のダイオードがダイオードＤ３１に並列に連結され、代替的なバイパスダイオードとして機能してもよい。ダイオードＤ３１は、配向されて、トランジスタがオフの位置にあるときに、ダイオードＤ３１の順方向へのバイアスを阻止してもよい。抵抗器Ｒ３１が、トランジスタＱ１の端子上に配置されてもよい。抵抗器Ｒ３１は、トランジスタＱ１の端子上のオフ状態の抵抗を規制するような寸法であってもよい。例えば、トランジスタＱ１上の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を通る、所望されるオフ状態のリーク電流が２０ｍＡである場合、Ｒ３１は、約４０Ｖ／２０ｍＡ＝２０００Ωである。いくつかの実施形態では、Ｒ３１は特徴付けられなくてもよい（例えば、オフ状態のリーク電流を規制する必要または所望がない場合）。
【００３６】
安全スイッチ３０２は、他のデバイス、及びトランジスタＱ１の動作（例えば、オン及びオフにする）を制御するための制御器３０３と通信するための通信デバイス３０５を含んでもよい。制御器３０３は、アナログ回路、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／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、通信デバイス３０５は、外部デバイスからトランジスタＱ１の状態を変更する命令を受信してもよく、通信デバイス３０５は、その命令を制御器３０３に伝えてもよい。通信デバイス３０５は、電力線通信（ＰＬＣ）、導体３０８及び３０９上で送信される音声通信、及び無線通信プロトコル（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラ通信等）などの様々な技術を使用して外部デバイスと通信してもよい。
【００３７】
補助電力回路３０４が、導体３０８及び／または３０９に連結されてもよく、電力を制御器３０３、センサ／センサインターフェース３１０、及び／または通信デバイス３０５に提供してもよい。補助電力回路３０４は様々に実現されてもよく、例証的な実施形態が本明細書で開示される（例えば、図７Ａ−７Ｃ、７Ｅ、７Ｈ）。いくつかの実施形態では、２つ以上の制御器３０３、補助電力回路３０４、及び通信デバイス３０５は、単一のユニットとして統合されてもよい。例えば、図７Ｃにおいて、通信デバイス３０５は、さらに電力を制御器３０３に提供するＰＬＣ信号を受信してもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、安全スイッチ３０２は、電流、電圧、及び／または温度などのパラメータを測定するための測定センサ及び／またはセンサインターフェース３１０をさらに含んでもよい。例えば、センサ／センサインターフェース３１０は、導体３０８及び導体３０９を通る電流を測定するための電流センサ、及び／またはトランジスタＱ１上の電圧降下を測定するための電圧センサ、及び／または雄コネクタ３０６、雌コネクタ３０７、及び／またはトランジスタＱ１における、またはその近くの温度を測定するための温度センサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、センサ／センサインターフェース３１０は、測定値を制御器３０３に提供してもよく、制御器３０３は、受信された測定値に従って働く（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、制御器３０３は、高い電流が導体３０９上で測定される場合、または高い温度が雄コネクタ３０６の近くで測定される場合、Ｑ１の状態を設定するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、制御器３０３は、センサ／センサインターフェース３１０から取得された測定値を通信デバイス３０５に提供してもよく、通信デバイス３０５は、その測定値を、図１のシステム電力デバイス１１０などの、システム制御器またはデータ収集デバイス（明確に図示せず）に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／センサインターフェース３１０は、制御器３０３をバイパスして、測定値を通信デバイス３０５に直接提供してもよい。
【００３９】
本開示の好ましい実施形態は、安全上の特徴（例えば、２つのＰＶ発電機の接続を互いから切断する能力）のためにトランジスタＱ１を提供することを含むが、本明細書に含まれる他の実施形態は、トランジスタＱ１を含まなくてもよいことが留意されるべきである。センサ／センサインターフェース３１０、補助電力回路３０４、及び通信デバイス３０５は、組み合わせられて、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、光発電機の接続を切断する能力）を備えなくても、測定値及びデータ報告特徴を提供してもよい。
【００４０】
例証的な実施形態による安全スイッチの接続性を例証する図４Ａ〜４Ｂが、次に参照される。安全スイッチ４０２は、図３の安全スイッチ３０２と同様または同じであってもよい。安全スイッチ４０２は、コネクタ４０３に接続するための雄コネクタ４０６を含んでもよく、コネクタ４０３は、第１のＰＶ発電機（明確に図示せず）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に接続するための雌コネクタ４０７を含んでもよく、コネクタ４０８は、第２のＰＶ発電機（明確に図示せず）によって生成された電力を運ぶ導体４０９に接続される。いくつかの従来の光発電システムにおいて、第１及び第２の光発電機は、コネクタ４０３をコネクタ４０８に接続することによって、直列に接続されてもよい。安全スイッチ４０２は、一方の端部でコネクタ４０３に、及び他方の端部でコネクタ４０８に、途切れずに接続するように設計されてもよく、設備の建築中に、または後の改良された特徴として、光発電設備に安全な接続切断、制御、及び／または監視の特徴を追加する。
【００４１】
図４Ａは、例証的な実施形態による、接続前のコネクタ４０８及び４０３とともに安全スイッチ４０２を示す一方、図４Ｂは、コネクタ４０８及び４０３（破線によってこの部品の境界が示される）に接続された安全スイッチ４０２を含む接続点４００を示す。
【００４２】
いくつかの実施形態では、利点が、安全スイッチ４０２を光発電機コネクタまたはＰＶ発電機ジャンクションボックスに統合することによって得られ得る。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内に構築され、追加の部品及び接続を必要とせずにＰＶ発電機における安全なスイッチ機能を提供する。ＰＶ発電機のコネクタまたはジャンクションボックスに安全スイッチを統合することは、費用を減少させ得（例えば、安全スイッチ用の別個の筐体及びコネクタを必要としないことによって）、設備を単純化し得る（追加の要素が接続される必要がないため）。
【００４３】
例証的な実施形態による安全スイッチを特徴付ける光発電（ＰＶ）ストリングの部分を示す、図５Ａが次に参照される。ＰＶストリング５００は、接続点４００を介して互いに接続されたＰＶ発電機１０１のストリングの部分（例えば、図１Ａ及び図２のＰＶ発電機１０１と同様の、または同じ発電機を含む、図１ＡのＰＶストリング１０４と同様の、または同じストリングの部分）であってもよい。接続点４００は、図４Ａ及び図４Ｂの接続点４００と同様、または同じであってもよく、２つのＰＶ発電機のコネクタ（例えば、コネクタ４０３及び４０８）間において連結された安全スイッチ（例えば、安全スイッチ４０２）を含んでもよい。各ＰＶ発電機１０１は、ＰＶ発電機を含むＰＶ電池から光発電電力を運ぶための導体４０４及び４０９と、安全スイッチ４０２に接続するためのコネクタ４０３及び４０８を含んでもよい。
【００４４】
例証的な実施形態による安全スイッチを含むＰＶ発電機を例証する図５Ｂが、次に参照される。ＰＶ発電機１０１は、ジャンクションボックス５１１と、導体４０４及び４０９を含んでもよい。図５Ｂは、ＰＶ発電機の裏側を例証し得、ＰＶ発電機の表側にはＰＶ電池が装着される（明確に図示せず）。いくつかの実施形態では、ＰＶ電池は、ＰＶ発電機の両側に装着されてもよく、または、ＰＶ発電機の裏側は、太陽放射がＰＶ発電機の両側からＰＶ電池に達することを許容するように構築されてもよい。ジャンクションボックス５１１は、ＰＶ電池からの光発電電力を収集するための電気接続５１２及び５１３を含んで、導体４０９及び４０４を介して光電池電力を提供してもよい。
【００４５】
本明細書で開示される例証的な実施形態において、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、図３の安全スイッチ３０２と機能的に同様、または同じであり、物理的な筐体と、雄及び雌コネクタ３０６及び３０７とを必要としない。トランジスタＱ１、ダイオードＤ３１、センサ／センサインターフェース５１０、制御器５０３、通信デバイス５０５、及び／または補助電力回路５０４は、ジャンクションボックス５１１に統合されてもよい。いくつかの実施形態では、抵抗器は、安全スイッチ５０２を通るオフ状態の電流を規制するために、トランジスタＱ１の端子上に連結されてもよい（図３の抵抗器３１と同様に）。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光発電電力を受信するために導体４０４及び４０９間に連結されてもよく、電力を制御器５０３、通信デバイス５０５、及び／またはセンサ／センサインターフェース５１０に提供してもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、ジャンクションボックス５１１は、図９のＰＶ電力デバイス９０３と同様の、または同じ、統合されたＰＶ電力デバイスをさらに含んでもよい。ＰＶ電力デバイス９０３は、導体４０４及び４０９と電気接続５１２及び５１３との間に連結されてもよい。例えば、図９の電力コンバータ９００は、電気接続５１２及び５１３から電力を受信してもよく、かつ電力を導体４０４及び４０９に出力してもよい。安全スイッチ５０２は、ＰＶ電力デバイス９０３と電気接続５１２との間に配置されてもよく、または、いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３に統合されてもよい。
【００４７】
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）を動作させるための方法を示す図６が、次に参照される。方法６００は、図３の制御器３０３と同様の、または同じ制御器によって実行されてもよい。ステップ６０１で、最初の状態は、スイッチがオン状態にあり、電流がスイッチに連結された２つの導体（例えば、図５Ａの導体４０４及び４０９）間を流れることを可能にする状態である。ステップ６０１の間、安全スイッチに連結された補助電力回路は、スイッチをオン状態に維持するために、電力を制御器及び／またはゲートドライバに提供してもよい（例えば、安全スイッチを実施するいくつかの種類のトランジスタは、「通常オフ」であってもよく、その場合において、補助電力回路は、トランジスタゲートノードに付与された電圧信号に電力を与えて、オン状態を維持してもよい）。ステップ６０２で、制御器はスイッチをオフ状態にする命令を受信してもよい。いくつかの実施形態では、命令は、システム制御デバイスと通信状態にある通信デバイス（例えば、通信デバイス３０５）を介して受信されてもよい。いくつかの実施形態では、ステップ６０２で、スイッチをオフ状態にする命令を受信する代わりに、制御器は、危険な状態があり得ることを独立して判断してもよく（例えば、高い電流または温度を報告するセンサ、またはスイッチを通って流れる電流における急速な変化を検出するセンサによって、または２つの電気パラメータを比較して実質的な不整合を検出することに基づいて）、スイッチがオフ状態にされるべきであることを判断してもよい。いくつかの実施形態では、スイッチがオフ状態にされるべきであることの判断は、信号を受信しないことに応答してされてもよい。例えば、いくつかの例証的なシステムでは、システム制御デバイスは、「キープアライブ」信号を関連付けられた安全スイッチ及びＰＶ電力デバイスに継続的に提供する。「キープアライブ」信号を受信しないことは、危険な可能性のある状態を示し得、スイッチがオフ状態にされるべきであることの判断を引き起こし得る。
【００４８】
さらに図６を参照すると、ステップ６０３で、制御器はスイッチをオフ状態にする。いくつかの実施形態では（例えば、スイッチが「通常オン」の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、電圧をトランジスタ端子に付与することを含んでもよく、いくつかの実施形態では（例えば、スイッチが「通常オフ」の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、電圧をトランジスタ端子に付与することを停止することを含んでもよい。ステップ６０４で、制御器は、待機し、スイッチをオンの位置に戻す命令を受信する。一般的に、一旦危険な状態が解決されると、システム制御デバイスは、ＰＶ発電機を再接続して、電力の提供を再開することが安全であることを示す信号を提供してもよい。いくつかの実施形態では、ステップ６０４で、制御器は、スイッチをオンの位置に戻すことが安全であることを独立して判断してもよい（例えば、危険な状態がもはや存在しないと報告するセンサによって）。
【００４９】
ステップ６０５で、制御器は、スイッチをオン状態にする命令が受信されたかを判断する（またはいくつかの実施形態では、自己判断）。このような命令（または判断）が受信されていない場合、方法６００を実行する制御器はステップ６０４に戻る。スイッチをオン状態にする命令が受信されていない場合（またはいくつかの実施形態では、自己判断）、方法６００を実行する制御器はステップ６０６に進み、スイッチをオン状態に戻し（例えば、電圧をトランジスタノードに付与すること、または付与された電圧をトランジスタノードから除去することによって）、ステップ６０１に戻る。
【００５０】
本明細書で開示される実施形態による、継続的な電源を安全スイッチに提供するための補助回路は、様々に実施されてもよい。補助電力回路は、様々な状態下で、及び様々なときに、安全スイッチを動作させるための電力を提供してもよい。例えば、補助電力回路は、動作電力を安全スイッチに、初期起動（すなわち、安全スイッチを含むシステムが最初に配置されたとき）、定常オン時（すなわち、システムが起動して動作しているとき、通常の動作状態中、スイッチがオンであるとき）、及び定常オフ時（すなわち、システムが起動して動作しているとき、危険な可能性のある状態中、スイッチがオフであるとき）の３回提供してもよい。
【００５１】
例証的な実施形態による、補助電力回路を含む安全スイッチ７０２ａを例証する図７Ａが、次に参照される。安全スイッチ７０２ａは、導体７０８及び７０９と、トランジスタＱ１と、制御器７１０と、補助電力回路７０４とを含んでもよい。安全スイッチ７０２ａは、図３の通信デバイス３０５と同様の、または同じ通信デバイスをさらに含んでもよい（視覚ノイズを減少させるために明確に図示せず）。トランジスタＱ１は、図３について説明されるトランジスタＱ１と同様、または同じであってもよく、抵抗器Ｒ３１は、図３のＲ３１と同じであってもよく、ダイオードＤ３１は、図３のＤ３１と同じであってもよく、制御器７１０は図３の制御器３０３と同様または同じであってもよく、導体７０８及び７０９は、図３の導体３０８及び３０９とそれぞれ同様または同じであってもよい。
【００５２】
補助電力回路７０４は、トランジスタＱ１に並列に連結されてもよい。補助電力回路７０４の第１の入力は、導体７０８に連結されてもよく、補助電力回路７０４の第２の入力は導体７０９に連結されてもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態では、補助電力回路７０４は、適切な制御信号をトランジスタＱ１に提供するように構成されたアナログ回路を含んでもよい。いくつかの実施形態では、補助電力回路７０４は、電力を制御器７１０に提供してもよく、制御器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。
【００５４】
例証的な実施形態による、補助電力回路を含む安全スイッチ７０２ｂを例証する図７Ｂが、次に参照される。安全スイッチ７０２ｂは、導体７０８及び７０９と、トランジスタＱ１と、制御器７１０と、補助電力回路７１４とを含んでもよい。安全スイッチ７０２ｂは、図３の通信デバイス３０５と同様の、または同じ通信デバイスをさらに含んでもよい（視覚ノイズを減少させるために明確に図示せず）。トランジスタＱ１は、図３について説明されたトランジスタＱ１と同様、または同じであってもよく、抵抗Ｒ３１は図３のＲ３１と同じであってもよく、ダイオードＤ３１は図３のＤ３１と同じであってもよく、制御器７１０は図３の制御器３０３と同様、または同じであってもよく、導体７０８及び７０９は、図３の導体３０８及び３０９とそれぞれ同様、または同じであってもよい。
【００５５】
補助電力回路７１４は、トランジスタＱ１に直列に連結されてもよい。補助電力回路７１４の第１の入力は、導体７０８に連結されてもよく、補助電力回路７０４ａの第２の入力は、トランジスタＱ１に連結されてもよい。
【００５６】
例証的な実施形態による補助電力回路を示す図７Ｃが、次に参照される。補助電力回路７０４ａは、図７Ａの補助電力回路７０４として使用されてもよい。補助電力回路７０４ａの第１の入力は、トランジスタ（例えば、図７ＡのＱ１）のソース端子に連結されてもよく、補助電力回路７０４ａの第２の入力は、トランジスタのドレイン端子に連結されてもよい。補助電力回路７０４ａの出力は、トランジスタのゲート端子に連結されてもよい。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を含んでもよい。制御器７１０は、アナログまたはデジタル制御器であってもよく、図３の制御器３０３と同様であってもよい。制御器７１０は、補助電力回路３０４ａに統合されてもよく、または分離されてもよい。いくつかの実施形態では、ＵＬＶＣ７２０の出力は、制御器７１０の入力に連結されてもよく、制御器７１０は、電圧をトランジスタのゲートに付与する。ＵＬＶＣ７２０は、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）を受けとり、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、様々に実施されてもよい。いくつかの実施形態では、ＵＬＶＣは、発振器チャージポンプ及び／またはいくつかの変換段を含んでもよい。"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年）、"Ｌｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｈａｒｇｅ  ｐｕｍｐ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｆｏｒ  ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"（Ｗ．Ｐ．Ｍ．  Ｒａｎｄｈｉｋａ  Ｐａｔｈｉｒａｎａ、２０１４年）に見られる例証的な回路の変形が、ＵＬＶＣ７２０として、またはＵＬＶＣ７２０の部分として使用されてもよい。
【００５７】
例証的な実施形態による図７Ｃの補助電力回路７０４ａを動作させるためのタイミング図を示す図７Ｄが、次に参照される。数値例として、補助電力回路７０４ａは、ＭＯＳＦＥＴの端子に上述されたように連結されてもよい。ＵＬＶＣ７２０は、ＭＯＳＦＥＴのソース（Ｖｓ）とドレイン（Ｖｄ）端子との間に連結されてもよい。ＭＯＳＦＥＴがオフの位置にある場合、端子Ｖｓ及びＶｄ間の電圧降下が著しくあり得、例えば、ＰＶ発電機の開回路電圧に近い。ＭＯＳＦＥＴがオフの位置にある場合、ＵＬＶＣ７２０は、バイパスされてもよく、または不能にされてもよく、端子Ｖｓ及びＶｄ間の著しい電圧降下が処理され、電力を制御器７１０に提供する。制御器７１０は、ＭＯＳＦＥＴゲート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−ゲート閾値下で０Ｖまたは１Ｖ）に保持し、ＭＯＳＦＥＴをオフの位置に維持する。
【００５８】
さらに図７Ｄを参照すると、制御器７１０は、通信回路（明確に図示せず）を介してＭＯＳＦＥＴをオン状態にする命令を受信してもよい。制御器７１０は、ゲート−ソース電圧を約５Ｖに増加させてもよい。例証的なＰＶシステムにおいて、動作の特定の点におけるＰＶストリングを通って流れる電流は、約１０Ａである。５Ｖのゲート−ソース電圧及び１０Ａのドレイン−ソース電流で、ドレイン−ソース電圧は約９０ｍＶであってもよい。ＵＬＶＣ７２０は、制御器７１０に電力を与えるために、９０ｍＶのドレイン−ソース電圧を数ボルト以上（例えば、５Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖまたは２０Ｖ）の電圧まで押し上げてもよい。制御器７１０は、ＭＯＳＦＥＴをオフにする命令が受信されるまで、ゲート−ソース電圧を約５Ｖに継続的に保持する。いくつかの実施形態では、ＭＯＳＦＥＴは毎日の終わり、すなわち、夜になったためにＰＶ発電機が大きな電力を生成することを止めるときに、オフにされる。ＭＯＳＦＥＴをオフにする時間になると、制御器はゲート−ソース電圧を約０Ｖまたは１Ｖに戻すように減少させてもよい。
【００５９】
図７Ｄの例証的なタイミング図による補助電力回路７０４ａを動作させることは、いくつかの利点を提供し得る。例えば、補助電力回路７０４ａを使用する安全スイッチ７０２ａによって消費される定常状態電力は低くあり得、この例証的な例において、オンの位置にある場合９０ｍＶ×１０Ａ＝９００ｍＷであり、オフの位置にある場合３０Ｖ×１０μＡ＝０．３ｍＷである。さらに、安全スイッチ７０２ａ上の定常状態の電圧は、オンの位置にある場合、実質的に一定であり得る（例えば、９０ｍＶ）。
【００６０】
例証的な実施形態による補助電力回路を示す図７Ｅが、次に参照される。補助電力回路７０４ｂは、図７Ａの補助電力回路７０４として使用されてもよい。補助電力回路７０４ｂの第１の入力は、トランジスタ（例えば、図７ＡのＱ１）のソース端子に連結されてもよく、補助電力回路７０４ｂの第２の入力は、トランジスタのドレイン端子に連結されてもよい。補助電力回路７０４ｂの出力は、トランジスタのゲート端子に連結されてもよい。補助電力回路７０４ｂは、キャパシタＣ２と、ダイオードＤ２と、ダイオードＺ２と、トランジスタＱ７０と、直流−直流コンバータ７２１とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、キャパシタＣ２は、異なる充電デバイス（例えば、バッテリ）と置き換えられてもよい。制御器７１０は、アナログまたはデジタルであってもよく、図３の制御器３０３と同様であってもよい。制御器７１０は、補助電力回路３０４ａに統合されてもよく、または分離されてもよい。ダイオードＺ２は、逆バイアス電圧を所定の電圧に制限及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。本例証的な実施形態では、ダイオードＺ２は、４Ｖの逆バイアス電圧を有すると仮定される。補助電力回路７０４ｂへの第１の入力は、トランジスタ（例えば、図７ＡのＱ１）のソース端子に連結されてもよく、補助電力回路７０４ｂへの第２の入力はトランジスタ（例えば、Ｑ１）のドレイン端子に連結されてもよい。補助電力回路７０４ｂの出力は、トランジスタ（例えば、Ｑ１）のゲート端子に連結されてもよい。いくつかの実施形態では、コンバータ７２１の出力は、制御器７１０の入力に連結されてもよく、制御器７１０は、電圧をトランジスタのゲートに付与する。コンバータ７２１は、入力で数ボルト（例えば、３Ｖ〜１０Ｖ）の電圧を受けとり、制御器７１０に電力を与えるため、またはトランジスタ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てもよい。
【００６１】
ダイオードＤ２の陽極は、トランジスタドレイン端子（Ｖｄ）に連結されてもよく、ダイオードＤ２の陰極は、ダイオードＺ２の陰極及びキャパシタＣ２の第１の端子に連結されてもよい。ダイオードＺ２の陽極は、トランジスタＱ７０のドレイン端子に連結されてもよく、トランジスタＱ７０のソース端子は、トランジスタソース端子（Ｖｓ）及びキャパシタＣ２の第２の端子に連結されてもよい。トランジスタＱ７０のゲート電圧は、制御器７１０によって制御されてもよい（制御ラインは明確に図示せず）。コンバータ７２１の入力は、キャパシタＣ２と並列に連結されてもよい。
【００６２】
補助電力回路７０４ａ〜ｂ及び７１４は、動作され、安全及び効果上のシステム動作要件に従って安全スイッチ７０２の端子上の電圧降下を提供してもよい。安全スイッチ７０２が「定常オン状態」にある場合、すなわち、スイッチが光発電電力に対する低インピーダンス経路を提供してＰＶストリングを通って流れる場合、ドレイン−ソース電圧は、通常のシステム動作中に低いことが望まれてもよい。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、電流の流れに対する低インピーダンス経路を提供せずにＰＶ発電機の開回路電圧の周りのドレイン−ソース電圧を提供することが必要とされ得る。
【００６３】
図７Ｅに戻って参照すると、制御器７１０は、図７ＡのトランジスタＱ７０及びトランジスタＱ１を動作させ、安全及び効果上のシステム動作要件に従って、安全スイッチ７０２の端子上の電圧降下を提供してもよい。「定常オフ状態」において、トランジスタＱ１及びＱ７０は、オフ状態に保持されてもよい。「定常オン状態」において、トランジスタＱ１はオンであり、ドレイン及びソース端子間に定インピーダンス経路を提供してもよく、トランジスタＱ７０はオンまたはオフのいずれかであってもよい。「定常オン状態」中にＱ１から「定常オフ状態」に、短時間、一時的に移行し、キャパシタＣ２が再充電して動作電力を制御器７１０に継続的に提供することを可能にすることが望まれてもよい。「一時的なオフ」状態において、トランジスタＱ１はオフであってもよく、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の端子上の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ストリングの電流用の電流経路を提供してもよい。
【００６４】
例証的な実施形態による図７Ｅの補助電力回路７０４ｂを動作させるためのタイミング図を示す図７Ｆが、次に参照される。数値例として、補助電力回路７０４ａは、ＭＯＳＦＥＴの端子に上述されたように連結されてもよい。コンバータ７２１は、ＭＯＳＦＥＴのソース（Ｖｓ）及びドレイン（Ｖｄ）端子間に連結されてもよい。ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、端子Ｖｓ及びＶｄ間の電圧降下は著しくあり得、例えば、ＰＶ発電機の開回路電圧に近い。ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、コンバータ７２１はバイパスされてもよく、または不能にされてもよく、端子Ｖｓ及びＶｄ間の実質的な電圧の降下が処理され、電力を制御器７１０に提供する。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−ソース電圧を処理して電力を制御器７１０に提供してもよい。制御器７１０は、ＭＯＳＦＥＴゲート端子とソース端子との間の電圧を低い電圧（例えば、２Ｖの最小ソース−ゲート閾値下で０Ｖまたは１Ｖ）に保持し、ＭＯＳＦＥＴをオフの位置に維持してもよい。ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、キャパシタＣ２は、およそドレイン及びソース端子間の電圧まで充電されてもよい。いくつかの実施形態では、ダイオードＺ２は、接続が切断され（例えば、Ｑ７０をオフ状態にすることによって）、ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、ドレイン−ソース電圧を増加させてもよい。いくつかの実施形態では、大きなドレイン−ソース電圧（例えば、ＰＶ発電機開回路電圧とおよそ同じ電圧）を有することは、ＭＯＳＦＥＴが定常オフ状態にある場合、ＰＶ発電機及び付随する安全スイッチ上の合計電圧を減少させることによって、システムの安全性を増加させる。
【００６５】
図７Ｆをさらに参照すると、制御器７１０は通信回路（明確に図示せず）を介して命令を受信し、ＭＯＳＦＥＴをオン状態にしてもよい。制御器７１０は、Ｑ１のゲート−ソース電圧を約６Ｖに増加させてもよい。例証的なＰＶシステムでは、動作の特定の点におけるＰＶストリングを通って流れる電流は約１０Ａであり得る。６Ｖのゲート−ソース電圧及び１０Ａのドレイン−ソース電圧において、ドレイン−ソース電圧は約６５ｍＶであり得る。ダイオードＤ２は順方向にバイアスされず（例えば、ダイオードが０．６Ｖの順電圧を有する場合、６５ｍＶのドレイン−ソース電圧はダイオードＤ２を順方向にバイアスしなくてもよい）、ドレイン端子からキャパシタＣ２の接続を切断してもよい。キャパシタＣ２は、電力をコンバータ７２１に提供することによってゆっくりと放電してもよい。コンバータ７２１は、回路（例えば、アナログコンパレータ）を含んで、キャパシタＣ２上の電圧を監視してもよく、第１の閾値を下回って降下するキャパシタＣ２上の電圧に応答してもよい。キャパシタ上の電圧が第１の閾値を下回って降下する場合、制御器７１０はゲート−ソース電圧を約０Ｖまたは１Ｖに減少させ、結果的にＭＯＳＦＥＴをオフ状態に移行させてもよい。そして、ダイオードＤ２は、順方向にバイアスされるようになってもよく、ダイオードＺ２は、ドレイン−ソース電圧を第２の閾値に限定してもよい。トランジスタＱ７０は、オン状態に保持され、ダイオードＺ２がドレイン−ソース電圧を規制することを可能にしてもよい。そして、キャパシタＣ２はおよそ第２の閾値の電圧レベルまで戻すように急速に充電されてもよく、キャパシタＣ２が第２の閾値電圧に達すると、制御器７１０はゲート−ソース電圧を６Ｖに戻すように増加させるように構成される。この反復工程は、ＭＯＳＦＥＴが「定常オン状態」モードで動作している間、繰り返されてもよい。図７Ｆにおいて例証される例証的な実施形態では、第１の閾値は２Ｖであり、第２の閾値は４Ｖである。キャパシタＣ２上の電圧は２つのレベル間で変わり、ゲート−ソース電圧は、約０Ｖ〜約６Ｖで変化し、ドレイン−ソース電圧は４Ｖ〜６５ｍＶで変化する。
【００６６】
図７Ｆの例証的なタイミング図による補助電力回路７０４ｂを動作させることは、いくつかの利点を提供し得る。例えば、２〜３０Ｖの入力電圧を受けとるように設計されたコンバータ（例えば、コンバータ７２１）は、安価で、効率的で、実施が容易であり得る。いくつかの実施形態では、１つ以上の追加のツェナーダイオードがダイオードＺ２に直列に連結され、第１の電圧を増加させてもよい。第１の閾値電圧を増加させること（例えば、それぞれ１０Ｖ、１５Ｖ、または２０Ｖまで）は、キャパシタＣ２上の充電−放電サイクルの頻度を減少させるなどの利点を提供し得、処理することがより容易であり得るコンバータ７２１に電圧を提供してもよい。
【００６７】
６５ｍＶ及び９０ｍＶのＭＯＳＦＥＴドレイン−ソース電圧、５Ｖ及び６ＶのＭＯＳＦＥＴゲート−ソース電圧、及び１０ＡのＭＯＳＦＥＴドレイン−ソース電流を含む例証的な動作点は、例証的な目的で使用され、本明細書で開示される例証的な実施形態に関連して使用される動作点を限定するように意図されないことが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタが並列に連結され、オン状態の抵抗を減少させ、それによってオン状態にある場合にＭＯＳＦＥＴ上のドレイン−ソース電圧を減少させてもよい。例えば、５つのＭＯＳＦＥＴを並列に連結することは、ドレイン−ソースオン状態電圧を６５ｍＶから１５ｍＶに減少させ得る。
【００６８】
例証的な実施形態による補助電力回路を示す図７Ｇが、次に参照される。補助電力回路７０４ｃは、図７Ａの補助電力回路７０４として使用されてもよい。補助電力回路７０４ｃは、補助電力回路７０４ｂと同様であってもよく、変形では、ダイオードＺ２の陽極がトランジスタＱ１のドレイン端子（Ｖｓ）に連結され、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）に連結される。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及びＱ７０はオンであり、ＰＶストリング電流用の低インピーダンス経路を提供してもよい。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及びＱ７０はオフであり、ＰＶストリング電流用の低インピーダンス経路を阻止して、安全スイッチ７０２の端子上の著しい電圧降下（例えば、ＰＶ発電機開回路電圧とおよそ同じ電圧、またはそれよりもわずかに低い電圧）を提供してもよい。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はオフであってもよく、トランジスタＱ７０はオンであってもよく、ダイオードＺ２は充電電圧を、ＰＶストリング電流用の低インピーダンス経路を提供するキャパシタＣ２及びＱ７０に提供する。
【００６９】
例証的な実施形態による補助電力回路を含む安全スイッチを例証する図７Ｈが、次に参照される。安全スイッチ７０２ｃは、導体７０８及び７０９と、トランジスタＱ１と、制御器７１０と、補助電力回路７１５とを含んでもよい。補助電力回路７１５は、図７Ｂの補助電力回路７１４として使用されてもよい。本例証的な実施形態では、補助電力回路７１５は、電力線通信（ＰＬＣ）デバイスの２倍であってもよい。インダクタＬ４、キャパシタＣ３、及び抵抗器Ｒが並列に連結されてもよく、インダクタＬ４の第１のノードは導体７０８に連結され、インダクタＬ４の第２のノードはトランジスタＱ１のソース端子に連結される。インダクタＬ４及びキャパシタ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てもよい。
【００７０】
図７Ｈをさらに参照すると、外部デバイス（例えば、図１のシステム電力デバイス１１０）は、導体７０８上でＰＬＣ高周波交流信号を送信してもよい（例えば、周波数シフト変調、振幅変調、または他の変調方式を使用して）。ＰＬＣ信号は、抵抗Ｒの端子上の高周波交流電圧降下を誘発してもよく、抵抗Ｒ上の電圧が正である（すなわち、導体７０８における電圧がトランジスタＱ１のソース端子での電圧よりも高い）場合、ダイオードＤ７は電圧を制御器７１０に提供する。いくつかの実施形態では、ダイオードＤ７は、Ｒ上の電圧が非ゼロ（正または負のいずれか）である場合、電圧を制御器７１０に提供するダイオードの「フルブリッジ」で置き換えられてもよい。いくつかの実施形態では、ＰＬＣによって誘発された抵抗Ｒ上の電圧は、２つの目的を果たしてもよい。ＰＬＣ信号は、抵抗Ｒ上の電圧降下を変えることによって、動作情報を制御器７１０に提供してもよい。さらに、いくつかの実施形態では、ＰＬＣ信号は、動作電力を制御器７１０に提供してもよい。制御器７１０は、抵抗Ｒと、キャパシタＣ３と、インダクタＬ４とを含む共振回路から電力を取りだし、取りだした電力をトランジスタＱ１の状態を設定するために使用してもよい。
【００７１】
図７Ｈにおいて例証されるような補助電力回路７１５を実施することは、特定の利点を提供し得る。例えば、図７Ｈの補助電力回路７１５は、通信デバイスの２倍であり、安全スイッチ７０２ｃにおける部品の合計数を減少させ得る。さらに、制御及び電力信号を統合することは、プログラム制御器７１０に必要とされる複雑性を減少させ得る。例えば、「オン」信号は、システム制御器によって高電力で伝送されてもよく、「オフ」信号はシステム制御器によって低電力で伝送されてもよい。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のゲートに直接付与してもよく、「オン」信号の電力は、Ｑ１をオン状態に保持するには十分であり得、「オフ」信号の電力はＱ１をオン状態に保持するには不十分であり得る。
【００７２】
補助電力回路７０４ａ、７０４ｂ、及び７１５の要素は、様々に組み合わせられてもよい。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、補助電力回路７１４はＰＬＣ回路として機能し、ならびに補助電力回路７０４における不具合の場合に電力を制御器７１０に提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、補助電力回路７１４は、システムの設定において初期電力を制御器７１０に提供してもよく、補助電力回路７０４は「定常状態」動作中に電力を制御器７１０に提供する。
【００７３】
例証的な実施形態による、ＭＯＳＦＥＴデータシートの部分を例証する図７Ｉが、次に参照される。プロット７７０は、ＭＯＳＦＥＴを通る、ドレイン−ソース電圧とドレイン−ソース電流との間の関係を示し得る。曲線７７１は、ＭＯＳＦＥＴに付与されるゲート−ソース電圧が５Ｖである場合の電流−電圧の関係を示し得る。曲線７７２は、ＭＯＳＦＥＴに付与されるゲート−ソース電圧が６Ｖである場合の電流−電圧の関係を示し得る。動作点Ａは、ＭＯＳＦＥＴに付与されるゲート−ソース電圧が６Ｖであり、ＭＯＳＦＥＴを通って流れるドレイン−ソース電流が１０Ａであり、ＭＯＳＦＥＴ上のドレイン−ソース電圧が約６５ｍＶである場合を示し得る。これは、図７Ｆに従って動作されるＭＯＳＦＥＴに対する可能性のある動作点に対応し得る。動作点Ｂは、ＭＯＳＦＥＴに付与されるゲート−ソース電圧が５Ｖであり、ＭＯＳＦＥＴを通って流れるドレイン−ソース電流が１０Ａであり、ＭＯＳＦＥＴ上のドレイン−ソース電圧が約９０ｍＶである場合を示し得る。これは、図７Ｄに従って動作されるＭＯＳＦＥＴに対する可能性のある動作点に対応し得る。上述されたように、これらの動作点は単に例証であり、接続された複数のＭＯＳＦＥＴによって適応され、新しい動作点を取得してもよい。
【００７４】
例証的な実施形態による光発電（ＰＶ）システムを示す図８が、次に参照される。ＰＶシステム８００は、接地バスと電力バスとの間に並列に連結された複数のＰＶストリング８０４を含んでもよい。ＰＶストリング８０４の各々は、複数の光発電機８０１と、複数の安全スイッチ８０２と、複数のＰＶ電力デバイス８０３とを含んでもよい。ＰＶ発電機８０１は、図１ＡのＰＶ発電機１０１と同様、または同じであってもよく、安全スイッチ８０２は、図１Ａの安全スイッチ１０２と同様、または同じであってもよく、図３の安全スイッチ３０２は、図３の安全スイッチ３０２、及び／または図７Ａ〜７Ｃの安全スイッチ７０２ａ〜７０２ｃと同様または同じであってもよい。
【００７５】
いくつかの実施形態では、電力及び接地バスは、システム電力デバイス８１０に入力されてもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス８１０は、ＤＣ／ＡＣインバータを含んでもよく、交流（ＡＣ）電力を電力網、家庭、または他の目的地に出力してもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス８１０は、接続箱、変圧器、及び／または安全接続切断回路を含んでもよい。例えば、システム電力デバイス８１０は、ＤＣ電力を複数のＰＶストリング８０４から受けとり、組み合わせられたＤＣ電力を出力するためのＤＣ接続箱を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス８１０は、過電流保護用の各ＰＶストリング８０４に連結されたヒューズ、及び／または１つ以上のＰＶストリング８０４の接続を切断するための１つ以上の接続切断スイッチを含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム電力デバイス８１０は、ＰＶ電力デバイス及び安全スイッチ８０２に命令を提供し、ＰＶ電力デバイス８０３及び安全スイッチ８０２からデータを受信するためのシステム制御器（例えば、アナログ制御回路、マイクロ制御器、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））を含んでもよい。
【００７６】
各安全スイッチ８０２は、第１のＰＶ発電機の第１の出力と、第２の出力発電機の第２の出力との間に連結されてもよく、各ＰＶ電力デバイスは、第１のＰＶ発電機の第２の出力に連結された第１の入力端子と、第２のＰＶ発電機の第１の出力に連結された第２の入力端子との、２つの入力端子を有してもよい。この「二対一」の配置において、ＰＶ発電機８０１の各対は、効果的に直列に連結され、２つのＰＶ発電機の組み合わせられた電圧及び電力がＰＶ電力デバイス８０３の入力に提供される。各安全スイッチ８０２は、危険な可能性のある状態の場合に、ＰＶ発電機の対の接続を切断するために、２つのＰＶ発電機間に配置される。
【００７７】
いくつかの従来のＰＶ設備は、同様の配置を特徴とし、ＰＶ発電機８０１の各対は、発電機間に安全スイッチが配置されずに、互いに直接接続される。危険な状態の場合には、ＰＶ電力デバイス８０３は、ＰＶ発電機から電力を取りだすことを停止し、結果的に、各ＰＶ電力発電機の開回路電圧の約２倍である、ＰＶ電力デバイス入力端子における開回路電圧をもたらし得る。この電圧は、いくつかのシステムでは、８０、１００、またはさらに１２０ボルトの高さにもなり、これは安全規制によって定義された許容安全電圧よりも高くなり得る。
【００７８】
本明細書で開示される装置及び方法によって安全スイッチ８０２を動作させることによって、危険な状態の場合（例えば、システム電力デバイス８１０、ＰＶ電力デバイス８０３、及び／または安全スイッチ８０２によって検出される）、１つ以上の安全スイッチ８０２は、オフ状態に移行して、各ＰＶ電力デバイス８０３の入力端子間の電圧降下を、十分に安全な電圧レベルであり得る約４０〜６０ボルトに減少させてもよい。
【００７９】
各ＰＶ電力デバイス８０３は、ＰＶ電力デバイス８０３の入力に接続された２つの光発電機８０１から電力を受信してもよく、ＰＶ電力デバイス８０３の出力における２つの光発電機の組み合わせられた電力を提供してもよい。複数のＰＶ電力デバイス８０３の出力は、直列に接続されてＰＶストリング８０４を形成してもよく、複数のＰＶストリング８０４が並列に連結され、電力をシステム電力デバイス８１０に提供する。
【００８０】
図８は、２つのＰＶ発電機８０１が各ＰＶ電力デバイス８０３に並列に連結される配置を例証するが、様々な配置が容易に取得されることができる。例えば、各ＰＶ電力デバイスは、３つ以上の直列接続されたＰＶ発電機８０１から電力を受信し、安全スイッチ８０２がＰＶ発電機間に配置される。いくつかの実施形態では、いくつかの電力デバイス８０３は、単一のＰＶ発電機８０１から電力を受信してもよく、いくつかのＰＶ電力デバイスは、２つのＰＶ発電機８０１から電力を受信してもよく、及び、いくつかのＰＶ電力デバイスは、３つ以上のＰＶ発電機８０１から電力を受信してもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス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信してもよく、安全スイッチ８０２が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、上述された変形と、当業者に明らかであるであろう、他の変形を含む。
【００８１】
例証的な実施形態による、ＰＶ電力デバイス９０３などの電力デバイスに見られ得る回路を例証する図９が、次に参照される。ＰＶ電力デバイス９０３は、図８のＰＶ電力デバイス８０３と同様、または同じであってもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３は、電力コンバータ９００を含んでもよい。電力コンバータ９００は、Ｂｕｃｋ、Ｂｏｏｓｔ、Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ、Ｂｕｃｋ＋Ｂｏｏｓｔ、Ｃｕｋ、Ｆｌｙｂａｃｋ及び／またはフォワード型コンバータなどの直流−直流（ＤＣ／ＤＣ）コンバータ含んでもよい。いくつかの実施形態では、電力コンバータ９００は、マイクロインバータなどの直流−交流電流（ＤＣ／ＡＣ）コンバータ（インバータとしても知られる）を含んでもよい。電力コンバータ９００は、ＰＶ電力デバイス９０３の入力端子及び出力端子と同じであってもよい、２つの入力端子と、２つの出力端子とを有してもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３は、増加した電力を電力デバイスが連結された電源から抽出するように構成された、最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）回路９０６を含んでもよい。本明細書で開示されるいくつかの態様によると、電力コンバータ９００は、ＭＰＰＴ機能を含んでもよい。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施して、増加された電力を、電力デバイスが連結される電源から抽出してもよい。ＰＶ電力デバイス９０３は、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、及び／またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの制御器９０５をさらに含んでもよい。
【００８２】
図９をさらに参照すると、制御器９０５は、共通バス９２０上でＰＶ電力デバイス９０３の他の要素を制御してもよく、及び／または他の要素と通信してもよい。本明細書で開示される特徴によると、ＰＶ電力デバイス９０３は、直接パラメータを測定する、または、電源によって出力された電圧及び／または電流、及び／または電源によって出力された電力など、電源の、または電源の近くのパラメータを測定するように構成された、接続されたセンサ及び／またはセンサインターフェース９０４から測定されたパラメータを受信するように構成された、回路及び／またはセンサ／センサインターフェース９０４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、電源はＰＶ電池を含むＰＶ発電機であってもよく、センサまたはセンサインターフェースは、ＰＶ電池によって受けとられた照度、及び／またはＰＶ発電機の、もしくはＰＶ発電機の近くの温度を、直接測定してもよく、またはその測定値を受信してもよい。
【００８３】
図９をさらに参照すると、本明細書の開示の態様によると、ＰＶ電力デバイス９０３は、他の装置からデータ及び／または命令を送信する、及び／または受信するように構成された通信デバイス９１１を含んでもよい。通信デバイス９１１は、電力線通信（ＰＬＣ）技術またはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、セルラ通信、または他の無線方法を使用して通信してもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３は、センサ／センサインターフェース９０４によってとられた測定値をログしてコード、動作プロトコル、または他の動作情報を記憶するためのメモリデバイス９０９を含んでもよい。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取り専用メモリ（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），または他の種類の適切なメモリデバイスであってもよい。
【００８４】
図９をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３は、安全デバイス９０７（例えば、ヒューズ、回路遮断機、及び残留電流検出器）を含んでもよい。安全デバイス９０７は、パッシブであってもよく、アクティブであってもよい。例えば、安全デバイス９０７は、ＰＶ電力デバイス９０３内に配置され、特定の電流が通って流れると融けるように設計され、ＰＶ電力デバイス９０３の部分の接続を切断し、損傷を避ける、１つ以上のパッシブなヒューズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、安全デバイス９０７は、制御器（例えば、制御器９０５、または外部の制御器）から命令を受信し、ＰＶ電力デバイス９０３の部分の接続を切断するように構成された、またはセンサによって測定された測定値（例えば、センサ／センサインターフェース９０４によって測定された、または取得された測定値）に応答してＰＶ電力デバイス９０３の部分の接続を切断するように構成された、アクティブな接続切断スイッチを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３は、ＰＶ電力デバイス９０３に接続された電源から電力を受信し、他の回路部品（例えば、制御器９０５、通信デバイス９１１等）を動作させるために好適な電力を出力するように構成された補助電力回路９０８を含んでもよい。ＰＶ電力デバイス９０３の様々な部品間の通信、電気的連結、及び／またはデータ共有が、共有バス９２０上で実行されてもよい。
【００８５】
図９をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス９０３は、電力コンバータ９００の入力間に連結されたトランジスタＱ９を含んでもよい。トランジスタＱ９は、制御器９０５によって制御されてもよい。危険な状態が検出された場合、制御器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。トランジスタＱ９は、図８の安全スイッチ８０２に関連して制御されてもよい。安全スイッチ８０２及びトランジスタＱ９がオフである場合、図８のＰＶ発電機８０１の各対の接続が切断され、各ＰＶ発電機は出力端子で開回路電圧を提供する。安全スイッチ８０２及びトランジスタＱ９がオンである場合、図８のＰＶ発電機８０１の各対は接続され、及び短絡され、ＰＶ発電機の対は約ゼロの電圧を電力コンバータ９００に提供する。両方の状況において、すべてのシステム位置での安全な電圧が維持され得、２つの状況は交互にされ、開回路及び短絡のＰＶ発電機間で変わる。この動作のモードは、システム制御デバイスへの継続的な電源を可能にし、ならびに安全電圧を維持するためのバックアップ機構を提供し得る（すなわち、安全スイッチ８０２の不具合の場合に、トランジスタＱ９の動作が継続的な安全な動作状態を可能にし得る）。
【００８６】
例証的な実施形態による光発電（ＰＶ）システムを示す図１０が、次に参照される。ＰＶシステム１０００は、接地バスと電力バスとの間で並列に連結された複数のＰＶストリング１００４を含んでもよい。ＰＶストリング１００４の各々は、複数の光発電機１００１と、複数のＰＶ電力デバイス１００３とを含んでもよい。ＰＶ発電機１００１は、図８のＰＶ発電機８０１と同様、または同じであってもよい。いくつかの実施形態では、電力及び接地バスは、図８のシステム電力デバイス８１０と同様、または同じであってもよいシステム電力デバイス１０１０に入力されてもよい。
【００８７】
光発電機デバイス１００３の各々は、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、及びＴ４の４つの入力端子を含んでもよい。Ｔ１及びＴ２は第１のＰＶ発電機に連結され、第１のＰＶ発電機から電力を受信してもよく、Ｔ３及びＴ４は第２のＰＶ発電機に連結され、第２のＰＶ発電機から電力を受信してもよい。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス１００３は、図８のＰＶ電力デバイス８０３と実質的に同じであってもよく、安全スイッチ８０２の追加がＰＶ電力デバイス１００３に統合され、ＰＶ電力デバイス１００３の端子Ｔ２及びＴ３間に接続される。
【００８８】
例証的な実施形態による光発電電力デバイスを示す図１１Ａが、次に参照される。ＰＶ電力デバイス１１０３ａは、図１０のＰＶ電力デバイス１００３として使用されてもよい。ＰＶ電力デバイス１１０３ａは、図８のＰＶ電力デバイス８０３または図９のＰＶ電力デバイス９０３と同様、または同じＰＶ電力デバイスを含んでもよい。利便性のために、図１１Ａ及び図１１Ｂの例証的な実施形態では、ＰＶ電力デバイス１１０３ａは図９のＰＶ電力デバイス９０３を含むと仮定されるであろう。
【００８９】
ＰＶ電力デバイス１１０３ａは、トランジスタＱ３、Ｑ４、及びＱ５を含んでもよい。トランジスタＱ３〜Ｑ５は、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、または他の適切なトランジスタであってもよい。図１１Ａの例証的な実施形態について、トランジスタＱ３〜Ｑ５はＭＯＳＦＥＴであると仮定されるであろう。トランジスタＱ３は、端子Ｔ２及びＴ３間に接続されてもよい。トランジスタＱ４は、入力端子Ｔ２及びＴ４間に接続されてもよい。トランジスタＱ１は、入力端子Ｔ１及びＴ３間に接続されてもよい。トランジスタＱ３〜Ｑ５は、ＰＶ電力デバイス９０３の制御器９０５などの１つ以上の制御器によって制御されてもよい（例えば、ゲート信号を提供させる）。ＰＶ電力デバイス１１０３ａを含む要素は、筐体１１０８によって接合して囲まれてもよい。
【００９０】
第１のＰＶ発電機（明確に図示せず）が、端子Ｔ１及びＴ２間に連結されてもよく、第２のＰＶ発電機（明確に図示せず）が、端子Ｔ３及びＴ４間に連結されてもよい。通常の動作状態下で、トランジスタＱ３がオンになってもよく、トランジスタＱ４及びＱ５がオフになってもよい。これらの状態下で、２つの光発電機は直列に接続され、２つのＰＶ発電機の組み合わせられた直列電圧が端子Ｔ１及びＴ４間に提供される。危険な可能性のある状態が検出された場合、トランジスタＱ３を制御する制御器はＱ３をオフ状態にし、端子Ｔ１及びＴ４間の電圧降下を減少させる。
【００９１】
トランジスタＱ３がオフである場合でも、電力はＰＶ電力デバイス９０３に入力で、依然として提供される。例えば、いくつかの実施形態では、トランジスタＱ４及びＱ５を制御する制御器は、Ｑ３がオフであるときにＱ４及びＱ５をオン状態に切り替え、結果的に端子Ｔ１が端子Ｔ３に対して短絡し、Ｔ２が端子Ｔ４に対して短絡することをもたらす。これらの状態下で、第１及び第２の光発電機は、端子Ｔ１及びＴ４間に並列に連結され、ＰＶ電力デバイス９０３がＰＶ発電機から電力を取りだすこと（例えば、制御器９０５、通信デバイス９１１、補助電力回路９０８、及び図９に示された他のデバイスなどの装置に電力を与えるために）を可能にする。いくつかの実施形態では、Ｑ４またはＱ５は、ＰＶ電力デバイス１１０３ａに含まれなくてもよい。例えば、Ｑ４は含まれなくてもよく、その場合、Ｑ３がオフであるときにＱ５をオンの位置にすることによって、電力が、単一のＰＶ発電機（Ｔ３及びＴ４間に連結された）によってＰＶ電力デバイス９０３に提供される。同様に、Ｑ５は含まれなくてもよく、その場合、Ｑ３がオフであるときにＱ４をオンの位置にすることによって、電力が、単一のＰＶ発電機（Ｔ１及びＴ２間に連結された）によってＰＶ発電デバイス９０３に提供される。
【００９２】
例証的な実施形態による光発電電力デバイスを示す、図１１Ｂが次に参照される。ＰＶ電力デバイス１１０３ｂは、図１０のＰＶ電力デバイス１００３として使用されてもよい。ＰＶ電力デバイス１１０３ｂは、図８のＰＶ電力デバイス８０３または図９のＰＶ電力デバイス９０３と同様の、または同じＰＶ電力デバイスを含んでもよい。利便性のために、図１１Ａ及び図１１Ｂの例証的な実施形態では、ＰＶ電力デバイス１１０３ａは、図９のＰＶ電力デバイス９０３を含むように仮定されるであろう。
【００９３】
トランジスタＱ６は、図１１ＡのトランジスタＱ３と同様、または同じであってもよい。ＰＶ電力デバイス１１０３ｂは、ダイオードＤ３及びＤ４をさらに含んでもよい。ダイオードＤ３の陽極は端子Ｔ３に連結されてもよく、ダイオードＤ３の陰極はノードＮ１でＰＶ電力デバイス９０３の正の入力に連結されてもよい。ダイオードＤ４の陽極は端子Ｔ１に連結されてもよく、ダイオードＤ３の陰極はノードＮ１でＰＶ電力デバイス９０３の正の入力に連結されてもよい。ＰＶ電力デバイス１１０３ｂを含む要素は、筐体１１０８によって接合して囲まれてもよい。
【００９４】
図１１Ｂをさらに参照すると、第１のＰＶ発電機（明確に図示せず）は端子Ｔ１及びＴ２間に連結されてもよく、第２のＰＶ発電機（明確に図示せず）は端子Ｔ３及びＴ４間に連結されてもよい。通常の動作状態下で、トランジスタＱ３はオンであってもよく、端子Ｔ２及びＴ３を接続する。端子Ｔ１での電圧は端子Ｔ２での電圧よりも高い（例えば、ＰＶ発電機の正の出力が端子Ｔ１に連結され、ＰＶ発電機の負の出力が端子Ｔ２に連結される場合）、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。ノードＮ１での電圧はおよそ端子Ｔ１での電圧であってもよく（ダイオードＤ４の急激でない電圧降下を仮定する）、結果として、ＰＶ電力デバイス９０３への、端子Ｔ１及びＴ４間の電圧におよそ等しい電圧入力をもたらす。
【００９５】
危険な可能性のある状態が検出された場合、トランジスタＱ６を制御する制御器は、Ｑ６をオフ状態にし、端子Ｔ２及びＴ３の連結の接続を切断してもよい。ノードＮ１での電圧は、端子Ｔ１での電圧、または端子Ｔ３での電圧であってもよく、その２つより大きくてもよい。ノードＮ１での電圧は予め決められていなくてもよいが、可能性のあるいずれの状況においても、ＰＶ発電機はＰＶ電力デバイス９０３の入力に連結され、電力をＰＶ電力デバイス９０３に提供する（例えば、制御器９０５、通信デバイス９１１、補助電力回路９０８、及び図９に示される他のデバイスなどのデバイスに電力を与えるために）。
【００９６】
例証的な実施形態による光発電（ＰＶ）システムを示す図１２が、次に参照される。ＰＶシステム１２００は、接地バスと電力バスとの間に並列に連結された複数のＰＶストリング１２０４を含んでもよい。ＰＶストリング１２０４の各々は、複数の光発電機１２０１と、複数の安全スイッチ１２０２と、複数のＰＶ電力デバイス１２０３とを含んでもよい。ＰＶ発電機１００１は、図８のＰＶ発電機８０１と同様、または同じであってもよい。いくつかの実施形態では、電力及び接地バスは、図８のシステム電力デバイス８１０と同様、または同じであってもよいシステム電力デバイス１２１０に入力されてもよい。
【００９７】
各ＰＶ電力デバイス１２０３は、設計され、２つ以上のＰＶ電力発電機１２０１に連結されてもよい。例えば、ＰＶシステム１２００において、各ＰＶ電力デバイス１２０３（電力バスに連結されたＰＶ電力デバイスを除く）は２つのＰＶ電力発電機、及び２つの安全スイッチ１２０２に連結され、各安全スイッチ１２０２（接地バスに連結された安全スイッチ１２０２は除く）は２つのＰＶ発電機１２０１及び２つのＰＶ電力デバイス１２０３に連結される。
【００９８】
通常の動作状態下で、各ＰＶ電力デバイス１２０３は、２つのＰＶ発電機１２０１から電力を受信してもよく、ＰＶストリング１２０４に沿って電力バスへ電力を転送してもよい。通常の動作状態下で、各安全スイッチ１２０２は、２つのＰＶ発電機１２０１間の接続を提供してもよく、電力をＰＶストリング１２０４に沿って転送するために、２つのＰＶ電力デバイス１２０３間の接続を提供してもよい。例えば、通常の動作状態下で、安全スイッチ１２０２ａは、ＰＶ発電機１２０１ａ及び１２０１ｂ間の接続を提供する。ＰＶ電力デバイス１２０３ａは、ＰＶ発電機１２０１ａ及び１２０１ｂによって生成された電力を受信してもよく、安全スイッチ１２０２ｂがＰＶ電力デバイス１２０３ａ及び１２０３ｂ間に配置され、ＰＶ電力デバイス１２０３ａに、ＰＶ電力デバイス１２０３ｂに電力を転送するための接続を提供する。同様に、安全スイッチ１２０２ｂは、ＰＶ発電機１２０１ｃ及び１２０１ｄ間に接続を提供し、ＰＶ電力デバイス１２０３ｂはＰＶ発電機１２０１ｃ及び１２０１ｄから電力を受信する。
【００９９】
危険な状態の場合には、安全スイッチ１２０２ａが動作されて、ＰＶ発電機１２０１ｂからＰＶ発電機１２０１ａの接続を切断し、及び接地バスからＰＶ電力デバイス１２０３ａの接続を切断してもよい。同様に、安全スイッチ１２０２ｂが動作されて、ＰＶ発電機１２０１ｄからＰＶ発電機１２０１ｃの接続を切断し、及びＰＶ電力デバイス１２０３ｂからＰＶ電力デバイス１２０３ａの接続を切断してもよい。安全スイッチ１２０２をこの方式で動作させることは、ＰＶシステム１２００における様々な位置での電圧を安全な電圧レベルまで減少させ得る。
【０１００】
例証的な実施形態による安全スイッチ１２０５を示す図１３Ａが、次に参照される。安全スイッチ１２０５は、端子Ｔ１〜Ｔ４と、トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ７及びＱ８と、キャパシタＣ４及びＣ５と、インダクタＬ４及びＬ５とを含んでもよい。インダクタＬ４は、端子Ｔ３及び端子Ｔ１間に提供され、端子Ｔ１から端子Ｔ３に流れる電流におけるリプル及び／またはスパイクを減少させてもよく、インダクタＬ５は、端子Ｔ４と中間点ノードＸとの間に提供され、トランジスタＱ７から端子Ｔ４に流れる電流におけるリプル及び／またはスパイクを減少させてもよい。いくつかの実施形態では、インダクタＬ４及びＬ５は提供されなくてもよい。いくつかの実施形態では、トランジスタＱ７及びＱ８は、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、ＪＦＥＴ、または他のスイッチ要素などの代替的なスイッチ要素と置き換えられてもよい。キャパシタＣ４は、端子Ｔ１及びＴ２間に連結されてもよい。トランジスタＱ７は、端子Ｔ２と中間点ノードＸとの間に連結されてもよく、キャパシタＣ５は端子Ｔ１と中間点ノードＸとの間に連結されてもよい。トランジスタＱ８は、端子Ｔ１と中間点ノードＸとの間に、キャパシタＣ５に並列に連結される。いくつかの実施形態では、キャパシタＣ５及び／またはキャパシタＣ４は提供されなくてもよい。
【０１０１】
通常のシステム動作中に、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はオフ状態に保持されてもよい。そして、キャパシタＣ５はキャパシタＣ４に並列であってもよく、第１のＰＶ発電機は端子Ｔ１及びＴ２間に連結され、電圧をキャパシタＣ４及びＣ５に付与し、電力を端子Ｔ１及びＴ２に提供してもよい。端子Ｔ４は第２のＰＶ発電機の出力端子に連結されてもよく、端子Ｔ３はＰＶ電力デバイス１２０３の入力端子に連結されてもよい。端子Ｔ１及びＴ２での安全スイッチ１２０５への電力入力は、端子Ｔ３及びＴ４で、第２のＰＶ発電機及びＰＶ電力デバイス１２０３に出力されてもよい。
【０１０２】
トランジスタＱ７及びＱ８は、図７Ａの制御器７１０と同様の、または同じ制御器（明確に図示せず）によって制御されてもよい。いくつかの実施形態では、制御器はキャパシタＣ４によって電力を与えられてもよい（例えば、キャパシタＣ４から電力を受信するために、制御器の入力電力端子が端子Ｔ２または端子Ｔ１に連結されてもよい）。安全スイッチ１２０５は、システム制御デバイスから動作命令を受信するための通信デバイス（例えば、図３の通信デバイス３０５と同様、または同じ）をさらに含んでもよい。
【０１０３】
危険な状態が検出された場合、制御器はトランジスタＱ７をオフ状態に切り替え、トランジスタＱ８をオン状態に切り替えてもよい。キャパシタＣ５は、トランジスタＱ８によって短絡されてもよく、一方でキャパシタＣ４は端子Ｔ１及びＴ２間に課された電圧を維持してもよい。
【０１０４】
１つの例証的な実施形態による、光発電電力デバイスの内部回路のいくつかを示す図１３Ｂが、次に参照される。いくつかの実施形態では、ＰＶ電力デバイス１２０３は、Ｂｕｃｋ＋Ｂｏｏｓｔ  ＤＣ／ＤＣコンバータの変形を含んでもよい。電力デバイスは、Ｖｉｎ及び共通と呼ばれる、２つの入力端子を有する回路と、同じ電圧Ｖｏｕｔを出力する２つの出力端子を含んでもよい。出力電圧は、共通の端子に関する。回路は、共通の端子とＶｉｎ端子との間に連結された入力キャパシタＣｉｎと、共通の端子とＶｏｕｔ端子との間に連結された出力キャパシタを含んでもよい。回路は、基準のために使用される２つの中心点を含んでもよい。回路は、複数のスイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ１３及びＱ１４を含んでもよく、Ｑ１１はＶｉｎと第１の中心点との間に接続され、Ｑ１２は共通の端子と第１の中心点との間に接続される。Ｑ１３は、Ｖｏｕｔ端子と第２の中心点との間に接続されてもよく、Ｑ１４は共通の端子と第２の中心点との間に接続されてもよい。回路は、２つの中心点間に連結されたインダクタＬ６をさらに含んでもよい。
【０１０５】
ＰＶ電力デバイス１２０３におけるＢｕｃｋ＋Ｂｏｏｓｔ  ＤＣ／ＤＣコンバータの動作は、様々に構成されてもよい。入力電圧よりも低い出力電圧が望ましい場合、Ｑ１３は静的にオンであってもよく、Ｑ１４は静的にオフであってもよく、Ｑ１１及びＱ１２は、互いに補完的な方式で、パルス幅変調（ＰＷＭ）で切り替えられ、回路はＢｕｃｋコンバータと一時的に等しく、入力電圧が下げられる。入力電圧よりも高い出力電圧が望ましい場合、Ｑ１１は静的にオンであってもよく、Ｑ１２は静的にオフであってもよく、Ｑ１３及びＱ１４は互いに補完的な方式で、ＰＷＭで切り替えられ、入力電圧が上げられる。回路は、スイッチＱ１１及びＱ１２の切り替えを不安定にして、入力電圧Ｖｉｎを出力電圧Ｖｏｕｔに変換してもよい。Ｖｉｎ及び共通端子によって電流が回路に入力される場合、キャパシタＣｉｎ及びＣｏｕｔ上の電圧降下は、それぞれおよそ一定の電圧Ｖｉｎ及びＶｏｕｔであり、回路に入力される電流は、インダクタＬ６で組み合わせられ、Ｖｉｎ及び共通端子での電流の入力の合計に等しいインダクタ電流を形成する。インダクタ電流は、キャパシタＣｉｎ及びＣｏｕｔの充電及び放電によるリプルを含んでもよいが、キャパシタＣｉｎ及びＣｏｕｔ上の電圧降下がおよそ一定である場合、キャパシタ上の電圧リプルは小さく、同様に、インダクタ電流リプルも小さくあり得る。インダクタ電流は出力端子Ｖｏｕｔの対によって出力されてもよい。いくつかの実施形態では、単一の出力端子が含まれてもよく、システム設計者は、望ましい場合、出力端子を外（ＰＶ電力デバイス回路の外部）へ分割してもよい。
【０１０６】
例証的な実施形態では、ＰＶ電力デバイス１２０３は、図９のＰＶ電力デバイス９０３と同様または同じであってもよく、図９の電力コンバータ９００は、図１３ＢのＢｕｃｋ＋Ｂｏｏｓｔコンバータを含む。いくつかの実施形態では、電圧入力をＰＶ電力デバイス１２０３に上げることは必要でなくてもよく、その場合、ＰＶ電力デバイス１２０３は、図１３ＢのＢｕｃｋ＋Ｂｏｏｓｔコンバータと同様のＢｕｃｋコンバータを含んでもよく、スイッチＱ１４は除去され（すなわち、開回路と置き換えられ）、及びスイッチＱ１３は導線で置き換えられる（すなわち、Ｖｏｕｔ端子を第２の中心点に接続する）。
【０１０７】
図１２に戻って参照すると、安全スイッチ１２０２ｂは、光発電機１２０１ｃ及び１２０１ｄに連結されてもよく、ＰＶ電力デバイス１２０３ａ及び１２０３ｂに連結されてもよい。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電力デバイス１２０３ａの第１のＶｏｕｔ端子に連結されてもよく、端子Ｔ３はＰＶ電力デバイス１２０３ｂの共通の端子に連結されてもよい。ＰＶ発電機１２０１ｄの正の出力端子は、ＰＶ電力デバイス１２０３ｂのＶｉｎ端子に連結されてもよく、ＰＶ発電機１２０１ｃの負の出力端子は、ＰＶ電力デバイス１２０３ａの第２のＶｏｕｔ端子に連結されてもよい。通常の動作状態下で、ＰＶ発電機１２０１ｃ及び１２０１ｄは直列に連結され、ＰＶ発電機１２０１ｃ及び１２０１ｄの組み合わせられた電圧は、ＰＶ電力デバイス１２０３ｂの共通及びＶｉｎ端子間に入力される。危険な状態が検出された場合、安全スイッチ１２０２ｂは、端子Ｔ２及びＴ４間の接続を切断し（例えば、図１３ＡのトランジスタＱ７をオフに設定することによって）、端子Ｔ３及びＴ４を連結してもよい（例えば、図１３ＡのトランジスタＱ８をオンに設定することによって）。その結果、ＰＶ発電機１２０１ｄは、ＰＶ電力デバイス１２０３ｂの共通及びＶｉｎ端子間に連結されてもよく、ＰＶ発電機１２０１ｃは安全スイッチ１２０２ｂの端子Ｔ１及びＴ２間に連結されてもよい。
【０１０８】
図１２に例証されるシステムトポロジは、特定の利点を提供し得る。例えば、通常のシステム動作中に、２つのＰＶ発電機１２０１は、組み合わせられた電圧及び電力をＰＶ電力デバイス１２０３に提供し、ＰＶ発電機によって生成された電力を処理するために、減少された数のＰＶ電力デバイスを必要とする。さらに、継続的な動作電力（すなわち、制御器及びトランジスタなどのデバイス部品に電力を与えるために使用される電力）が、通常動作中と危険な可能性のある状態の両方で、すべてのＰＶ電力デバイス１２０３及び安全スイッチ１２０２に提供される。
【０１０９】
例証的な実施形態による一連の光発電デバイスの部分を示す図１４が、次に参照される。チェーン１４００は、複数のＰＶ電力デバイス１２０３と、複数の安全スイッチ１２０２を含んでもよい。各安全スイッチ１２０２は、導体を使用して２つのＰＶ電力デバイス１２０３間に接続されてもよい。安全スイッチ１２０２の端子Ｔ１は、第１のＰＶ電力デバイスの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２のＰＶ電力デバイスの共通端子に接続されてもよい。端子Ｔ２及びＴ４は、図４Ａのコネクタ４０６及び４０７と同様、または同じ外部の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電力デバイス１２０３のＶｏｕｔ端子及びＶｉｎ端子は、図４Ａのコネクタ４０６及び４０７と同様、または同じ外部のコネクタを介してアクセス可能であってもよい。ＰＶ電力デバイス端子（例えば、共通端子）を安全スイッチ（例えば、端子Ｔ３）に接続する導体は、図１２に示されるように、チェーン１４００を複数のＰＶ発電機に接続することを容易にする寸法であってもよい。例えば、ＰＶ発電機が共通して１〜２メートルの幅である場所において、安全スイッチ１２０２とＰＶ電力デバイス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、組み立てられて単一のユニットとして販売され、図１２のＰＶシステム１２００と同様、または同じＰＶ設備を建設する場合に費用及び時間を節約する。
【０１１０】
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、ワークステーション、モバイルデバイス（セルラデバイスなどの）、及び／または同様のコンピューティングデバイス上で動作する例証的なアプリケーションが示される。アプリケーションは、電力システム（例えば、図１のＰＶシステム１００）に配置された安全スイッチの一覧を提供してもよい。アプリケーションは、シリアル番号または各安全スイッチの他の識別情報ならびに連結されたＰＶ発電機の識別情報、及び／または各安全スイッチが連結される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、及び／または、例えば１つ以上の安全スイッチ上の電圧または１つ以上の安全スイッチを通る電流などの、１つ以上の安全スイッチの電気パラメータを示してもよい。いくつかの実施形態では、アプリケーションは１つ以上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同様の入力制御器を提供してもよい。例えば、アクティブ化ボタン１５１は、関連付けられた安全スイッチをオフ状態に移行させてもよく、アクティブ化ボタン１５２は、関連付けられた安全スイッチをオン状態に移行させてもよい。アクティブ化ボタン１５３は、すべての安全スイッチをオフ状態に移行させてもよく、アクティブ化ボタン１５４は、すべての安全スイッチをオン状態に移行させてもよい。いくつかの実施形態では、アクティブ化ボタン１５１〜１５４は、ユーザアクセスレベルに基づいて制限されてもよい。例えば、アプリケーションは、「インストーラ／管理者」モードで動作している場合のみ、ボタン１５１〜１５４を可能にして、慣れていないユーザの行動を制限してもよい。
【０１１１】
図１５をさらに参照すると、アクティブ化ボタン１５５は、ユーザが閾値を再設定することを可能にしてもよい。例えば、アーク放電状態を示すものであり得、システム応答を引き起こし得る（例えば、１つ以上の安全スイッチをオフ状態に移行させる）、電圧、電流、または電力閾値は、図１５のアプリケーションを使用するユーザによって再設定されてもよい。アクティブ化ボタン１５６は、アプリケーションによって表された電気システムのグラフィカル配置を表示してもよく、１つ以上の安全スイッチの物理的な位置の詳細を含む。アクティブ化ボタン１５７は、電流または安全スイッチの状態などの以前の動作システムデータ、及び／または安全スイッチによって測定された電気パラメータ測定値をダウンロードしてもよい。ボタン１５５〜１５７は、ユーザ認証のレベルに応じて同様に制限されてもよい。
【０１１２】
図１５のアプリケーションは、無線通信（例えば、セルラ通信、またはインターネット上）を介して安全スイッチと直接通信してもよい。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、システム電力デバイス（例えば、図１のシステム電力デバイス１１０）と通信してもよく、システム電力デバイスは、無線通信または有線通信（例えば、電力ライン通信）を介してアプリケーションと安全スイッチとの間の通信を中継するように構成される。
【０１１３】
本明細書で開示される例証的な実施形態において、光発電機は、開示される新規の特徴を利用し得る電源の例として使用される。各ＰＶ発電機は、１つ以上の太陽電池と、１つ以上の太陽電池ストリングと、１つ以上の太陽電池サブストリングと、１つ以上のソーラーパネルと、１つ以上のソーラー屋根と、これらの組み合わせを含んでもよい。本開示の態様によると、電源は、光発電機に加えて、または光発電機の代わりに、バッテリ、フライホイール、風または水力電気タービン、燃料電池、または他のエネルギー源を含んでもよい。ＰＶ発電機を使用する、本明細書で開示されるシステム、装置、及び方法は、追加の電源を使用して代替のシステムに等しく利用可能であってもよく、これらの代替のシステムは、本明細書で開示される実施形態に含まれる。
【０１１４】
本明細書の要素間の様々な接続が述べられることが留意される。これらの接続は、一般的に説明され、特定されない限り、直接的または間接的であってもよく、この明細書は、この点について限定することを意図されない。さらに、一実施形態について説明される要素及び／または特徴は、適切な組み合わせ、または副次的な組み合わせで、他の実施形態からの要素及び／または特徴と組み合わせられてもよい。例えば、一実施形態のＰＶ電力デバイス回路は、異なる実施形態の電力デバイス回路と組み合わせられてもよく、及び／または異なる実施形態の電力デバイス回路と交換されてもよい。例えば、ＰＶ電力デバイス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及び５１３間に配置され、図５ＡのＰＶ発電機１０１への入力を短絡させるように動作されてもよい。
【図１Ａ】
2018038254.tif 000003
【図１Ｂ】
2018038254.tif 000004
【図２】
2018038254.tif 000005
【図３】
2018038254.tif 000006
【図４Ａ】
2018038254.tif 000007
【図４Ｂ】
2018038254.tif 000008
【図５Ａ】
2018038254.tif 000009
【図５Ｂ】
2018038254.tif 000010
【図６】
2018038254.tif 000011
【図７Ａ】
2018038254.tif 000012
【図７Ｂ】
2018038254.tif 000013
【図７Ｃ】
2018038254.tif 000014
【図７Ｄ】
2018038254.tif 000015
【図７Ｅ】
2018038254.tif 000016
【図７Ｆ】
2018038254.tif 000017
【図７Ｇ】
2018038254.tif 000018
【図７Ｈ】
2018038254.tif 000019
【図７Ｉ】
2018038254.tif 000020
【図８】
2018038254.tif 000021
【図９】
2018038254.tif 000022
【図１０】
2018038254.tif 000023
【図１１Ａ】
2018038254.tif 000024
【図１１Ｂ】
2018038254.tif 000025
【図１２】
2018038254.tif 000026
【図１３Ａ】
2018038254.tif 000027
【図１３Ｂ】
2018038254.tif 000028
【図１４】
2018038254.tif 000029
【図１５】
2018038254.tif 000030
【外国語明細書】
2018038254000001.pdf