(57)【要約】太陽電池システム、方法、および装置について、開示される。例示的実施形態では、システムは、第１の太陽電池アレイの第１および第２のレールに連結するように適合される、第１および第２の入力と、第２の太陽電池アレイの第１のレールと、第３の太陽電池アレイの第２のレールと、に連結される、電力コンバータと、（ｉ）第１および第２の入力と、（ｉｉ）第２の太陽電池アレイの第２のレールと、（ｉｉｉ）第３の太陽電池アレイの第１のレールと、に連結される、インターフェース部分であって、第１の太陽電池アレイを第２および第３の太陽電池アレイから絶縁し、３つの太陽電池アレイから電力コンバータに印加される電圧を調整するように、太陽電池アレイから第２および第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように構成される、インターフェース部分とを含む。
2011530969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池システムであって、
第１の太陽電池アレイの第１のレールおよび第２のレールに連結するように適合される、第１の入力および第２の入力と、
電力コンバータであって、該電力コンバータは、該第２の太陽電池アレイの第１のレールと、第３の太陽電池アレイの第２のレールとに連結される、電力コンバータと、
（ｉ）該第１の入力および第２の入力と、（ｉｉ）該第２の太陽電池アレイの第２のレールと、（ｉｉｉ）該第３の太陽電池アレイの第１のレールとに連結される、インターフェース部分と
を備え、該インターフェース部分は、該第１の太陽電池アレイを該第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイから絶縁し、該３つの太陽電池アレイから該電力コンバータに印加される電圧を調整するように、該第１の太陽電池アレイから該第２および第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように構成される、システム。
【請求項２】
前記電力コンバータは、前記第１の太陽電池アレイ、第２の太陽電池アレイ、および第３の太陽電池アレイからのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するように構成されるインバータと、３つの太陽電池アレイから印加される電圧を増加するように適合されるＤＣ／ＤＣコンバータと、該３つの太陽電池アレイから印加される電圧を減少させるように適合されるＤＣ／ＤＣコンバータとから成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記インターフェース部分は、
前記第１の入力および第２の入力のうちの１つに連結される直列スイッチであって、前記第１の太陽電池アレイから前記第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように、連続して長時間閉鎖するように構成される、直列スイッチと、
該第１の入力および第２の入力全体にわたって配列される絶縁スイッチであって、該第１の太陽電池アレイから該第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように、連続して長時間開放するように構成される、絶縁スイッチと
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記インターフェース部分は、前記直列スイッチを迂回する電流経路を生成するように配置される第１の接触器をさらに備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記直列スイッチおよび前記絶縁スイッチは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタと、接合ゲート電界効果トランジスタと、絶縁ゲート電界効果トランジスタと、バイポーラ接合トランジスタとから成る群から選択される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記インターフェース部分は、
前記第１の入力および第２の入力のうちの１つに連結される直列インダクタと、
該第１の入力および第２の入力の全体にわたって配置される第１のコンデンサと
をさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記インターフェース部分は、降圧レギュレータを備え、該降圧レギュレータは、（ｉ）前記第１の太陽電池アレイを絶縁し、前記第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイをバイポーラアレイとして動作させることと、（ｉｉ）該第１の太陽電池アレイから該第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調することと、（ｉｉｉ）該第１の太陽電池アレイ、第２の太陽電池アレイ、および第３の太陽電池アレイを直列に定置することとを行うように適合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の太陽電池アレイの絶縁は、日中起動の際に、該第１の太陽電池アレイを絶縁することを含み、前記第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイは、初期電力コンバータに約＋／−６００ＶＤＣのレール／レール電圧を提供する際、バイポーラアレイとして動作するように適合され、
該第１の太陽電池アレイからの電圧の変調は、該第１の太陽電池アレイから前記電力コンバータに電圧を供給するように、長期間、前記第１の入力および第２の入力のうちの１つに連結される、少なくとも１つのスイッチを連続して閉鎖することを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
太陽電池アレイ集合と電力コンバータのインターフェースをとる方法であって、
少なくとも１つの太陽電池アレイを該太陽電池アレイ集合内の他の太陽電池アレイから電気的に絶縁することと、
該太陽電池アレイ集合から該電力コンバータに初期電圧を供給することと、
少なくとも１つの太陽電池アレイによって出力される電圧を低減するように、該少なくとも１つの太陽電池アレイにかかる負荷を変調することと、
該少なくとも１つの太陽電池アレイを他の太陽電池アレイと電気的に連結することと、
該太陽電池アレイ集合から該電力コンバータに集合電圧で電力を供給することと
を含む、方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの第１の太陽電池アレイを電気的に絶縁することは、降圧レギュレータを利用して、第１の太陽電池アレイを絶縁することを含み、
前記太陽電池アレイ集合からの初期電圧を印加することは、第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイからの初期電圧を前記コンバータに印加することを含み、
該少なくとも１つの太陽電池アレイにかかる負荷を変調することは、該降圧レギュレータを利用し、該第１の太陽電池アレイによって出力される電圧を低減させることを含み、
前記電力コンバータに集合電圧で電力を印加することは、前記第１の太陽電池アレイ、第２の太陽電池アレイ、および第３の太陽電池アレイの電圧の直列の組み合わせを該電力コンバータに供給することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
電気的に連結することは、降圧レギュレータを第１の接触器経路で迂回することを含み、該第１の接触器経路は、第１の太陽電池アレイと、第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイのうちの１つとに電気的に連結される、第１の接触器を含み、該第１の接触器は、該第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイに対して該第１の太陽電池アレイを直列に定置するように構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記初期電圧および前記集合電圧は、実質的に等しい、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記太陽電池アレイ集合が、電力を前記コンバータに印加する間、前記アレイの集合内のアレイのうちの任意の１つの電圧は、接地に対して６００ＶＤＣ未満である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記太陽電池アレイ集合からの集合電圧は、接地に対して約１２００ＶＤＣ未満である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記変調することは、長時間、前記少なくとも１つの太陽電池アレイに連続して負荷をかけることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
太陽電池インターフェースデバイスは、
第１の太陽電池アレイに連結するように適合される第１の入力および第２の入力であって、出力電圧を該第１の太陽電池アレイから受容するように構成される、入力と、
第１の出力および第２の出力であって、一方は、第２の太陽電池アレイに連結し、電圧を印加するように適合され、他方は、第３の太陽電池アレイに連結し、電圧を印加するように適合され、該第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイは、動作電圧を電力コンバータに印加するように構成される、第１の出力および第２の出力と、
該第２および第３の太陽電池アレイによって該電力コンバータに印加される該動作電圧を調整するように、該２つの入力全体にわたって負荷を徐々にかけるように構成される、切替セグメントと
を備える、デバイス。
【請求項１７】
前記切替セグメントは、
前記第１の入力および第２の入力のうちの１つに連結される直列スイッチであって、前記第１の太陽電池アレイから前記第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように、連続して長時間閉鎖するように構成される、直列スイッチと、
該第１の入力および第２の入力全体にわたって配列される絶縁スイッチであって、該第１の太陽電池アレイから該第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように、連続して長時間開放するように構成される、絶縁スイッチと
を備える、請求項１６に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１８】
前記切替セグメントは（ｉ）前記第１の入力および第２の入力のうちの１つと、（ｉｉ）前記第２の太陽電池アレイおよび第３の太陽電池アレイのうちの１つとに連結される、第１の接触器をさらに備え、該第１の接触器は、第１の経路から第２の経路への電流を短絡させるように構成され、該第１の経路は、前記直列スイッチおよび前記絶縁スイッチのうちの少なくとも１つを含み、該第２の経路は、該第１の接触器を含む、請求項１７に記載の太陽電池デバイス。
【請求項１９】
前記直列スイッチは、前記絶縁スイッチが、高デューティサイクルから低デューティサイクルに移行するように適合されるのと実質的に同時に、低デューティサイクルから高デューティサイクルに移行するように適合される、請求項１７に記載の太陽電池デバイス。
【請求項２０】
前記第１のアレイ、第２のアレイ、および第３のアレイは、バイポーラアレイとして動作するように構成される、請求項１６に記載の太陽電池デバイス。
【請求項２１】
前記動作電圧をほぼ維持するように構成されるコントローラをさらに含み、該コントローラは、前記切替セグメントに電子的に連結される、請求項１６に記載の太陽電池デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置および方法に関し、より具体的には、電気エネルギーへのより効率的および／または効果的太陽エネルギーの変換のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池（ＰＶ）システムを使用した電気エネルギーへの光エネルギーの転換は、長年知られており、これらの太陽電池システムは、住宅、商業、および産業用途において、ますます実装されつつある。過去数年にわたって、これらの太陽電池システムに対して、その有効性および効率性を向上させるために、開発ならびに改良が成されてきたが、太陽電池システムをより経済的に実行可能にするために、太陽電池システムの有効性および効率性における継続的改良が、模索されている。
【０００３】
太陽電池システムは、典型的には、他の構成要素の中でもとりわけ、太陽電池アレイと、電力コンバータと、を含む。太陽電池アレイは、ＤＣ電力を発生させ、電力コンバータは、ＤＣ電力をＡＣ電力（例えば、単相または３相電力）に変換するように適合される、インバータであってもよい。なお、電力コンバータは、代替機能を行なってもよい。例えば、ある電力コンバータは、入力ＤＣ電圧をより高いまたはより低い出力ＤＣ電圧に変換してもよい。使用される電力コンバータの種類にかかわらず、多くの場合、高電流要素に付随するコストを削減するとともに、高電流に付随するエネルギー損失を低減させるために、電力コンバータに入力される電圧が比較的に高く、故に、電流が低くなるように、太陽電池アレイを設計および動作させることが望ましい。
【０００４】
単一太陽電池アレイは、開負荷状態において、６００ＶＤＣで動作してもよい。バイポーラ太陽電池アレイシステムとして動作する２つの太陽電池アレイは、開負荷状態において、１２００ＶＤＣで動作してもよい。太陽電池アレイシステムは、高開負荷電圧を印加可能であるが、アレイの負荷電圧は、電力がアレイから引き出されると、実質的に降下するため、アレイシステムは、本電圧またはその近傍で稼動することはほとんどない。例えば、負荷条件下、ある典型的バイポーラ太陽電池アレイシステムは、６００〜１０００ＶＤＣで動作してもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
図面に示される、本発明の例示的実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の項により完全に説明される。しかしながら、本発明の開示または発明を実施するための形態に説明される形態に本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者は、請求項に明示される発明の精神および範囲内に該当する、多数の修正、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。
【０００６】
一実施形態では、本発明は、第１の太陽電池アレイの第１および第２のレールに連結するように適合される、第１および第２の入力を含む、太陽電池システムとして、特徴付けられてもよい。本実施形態は、第２および第３の太陽電池アレイに連結される、電力コンバータと、第１および第２の入力と、第２および第３の太陽電池アレイと、に連結される、インターフェース部分と、を含んでもよい。インターフェース部分は、第１の太陽電池アレイを第２および第３の太陽電池アレイから絶縁し、３つの太陽電池アレイから電力コンバータに印加される電圧を調整するように、第１の太陽電池アレイから第２および第３の太陽電池アレイへの電圧の印加を変調するように構成される。
【０００７】
別の実施形態では、本発明は、太陽電池アレイ集合と、インバータ等であるが、それに限定されない、電力コンバータのインターフェースをとるための方法として、特徴付けられてもよい。本実施形態における本発明は、少なくとも１つの太陽電池アレイを集合内の他の太陽電池アレイから電気的に絶縁するステップと、太陽電池アレイ集合から電力コンバータに初期電圧を印加するステップと、少なくとも１つの太陽電池アレイによって出力される電圧を低減するように、少なくとも１つの太陽電池アレイにかかる負荷を調整するステップと、少なくとも１つの太陽電池アレイを他の太陽電池アレイと電気的に連結するステップと、太陽電池アレイ集合から電力コンバータに集合電圧で電力を印加するステップとを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態では、本発明は、第１の太陽電池アレイに連結するように適合される２つの入力であって、出力電圧を第１の太陽電池アレイから受容するように構成される、入力を含む、太陽電池インターフェースデバイスとして、特徴付けられてもよい。加えて、本実施形態におけるインターフェースは、２つの出力を含み、２つの出力のうちの一方は、に連結し、電圧を印加可能であって、２つの出力のうちの他方は、第３の太陽電池アレイに連結し、電圧を印加可能である。本実施形態における切替セグメントは、第２および第３の太陽電池アレイによって電力コンバータに印加される動作電圧を変調するように、２つの入力全体にわたって負荷を徐々にかけるように構成される。
【０００９】
上述のように、上記実施形態および実装は、例証目的にすぎない。本発明の多数の他の実施形態、実装、および詳細は、当業者によって、以下の説明および請求項から容易に認識される。
【００１０】
本発明の種々の目的と利点およびより完全なる理解は、付随の図面に関連して成される、以下の発明を実施するための形態ならびに添付の請求項を参照することによって、明白かつより容易に認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、太陽電池システムの例示的実施形態を描写する、ブロック図である。
【図２】図２は、図１を参照して説明される、システムの例示的実施形態の略図である。
【図３】図３は、太陽電池システムの別の例示的実施形態のブロック図である。
【図４】図４Ａは、時間の関数として、図２に描写される、直列スイッチの位置を描写する、グラフである。図４Ｂは、時間の関数として、図２に描写される、第１、第２、および第３の太陽電池アレイの電圧を描写する、グラフである。
【図５】図５は、図１−４Ｂを参照して論じられる実施形態と関連して行なわれ得る、例示的方法を描写する、工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、図面（同一または類似要素は、いくつかの図を通して、類似参照番号で指定される）を参照すると、特に、図１を参照すると、太陽電池インターフェース１０８を介して、第２の太陽電池アレイ１０２と、第３の太陽電池アレイ１０６と、に連結される、第１の太陽電池アレイ１０４を含む、太陽電池（ＰＶ）システム１００を描写する、ブロック図が示される。また、示されるように、第２および第３の太陽電池アレイ１０２、１０４は、電力コンバータ１１０に連結される。
【００１３】
一般に、３つの太陽電池アレイ１０２、１０４、１０６は、太陽エネルギーをＤＣ電力に変換し、電力コンバータ１１０は、ある形態から別の形態にＤＣ電力を変換するように構成される。例えば、電力コンバータ１１０は、アレイ１０２、１０４、１０６から出力される、ＤＣ電圧を増減するように適合される、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータであってもよい。また、他の実施形態では、電力コンバータは、アレイ１０２、１０４、１０６からのＤＣ電力をＡＣ電力（例えば、３相電力）に変換する、インバータであってもよい。ＰＶインターフェース１０８は、概して、第１、第２、および第３の太陽電池アレイ１０４、１０２、１０６に、入力電圧で電力コンバータ１１０に電圧を供給させる一方、電力コンバータ１１０を、接地に対する＋／−６００ＶＤＣより低い、または１２００ＶＤＣ総レール／レールより低い入力電圧に維持するように動作する。
【００１４】
一実施形態では、ＰＶインターフェース１０８は、日中起動の際、第１のアレイ１０４に徐々に負荷をかけ、第１のＰＶアレイ１０４から電力コンバータ１１０に徐々に電圧を供給するために使用される。いくつかの実施形態では、例えば、ＰＶインターフェース１０８内の切替セグメントは、システム起動の際、１秒または数秒間のみ、動作する。切替セグメントの一部は、低デューティサイクルから高デューティサイクルに調整されるパルス幅であって、３つのアレイ１０２、１０４、１０６の直列の組み合わせの電圧が、電力コンバータ１１０の許容可能な電圧レベル内に留まる一方、アレイ１０２、１０４、１０６のうちの任意の１つの電圧が、接地に対する＋／−６００ＶＤＣを超えないように防止するように、第１のＰＶアレイ１０４に徐々に負荷をかけ、結果として、第１のアレイ１０４に徐々にかけられる負荷は、第１のアレイ１０４の電圧を降下させる。
【００１５】
第１のＰＶアレイ１０４に負荷がかけられると、インターフェース１０８は、第１のＰＶアレイ１０４を第２および第３のＰＶアレイ１０２、１０６と直列に定置するように適合される、第１の接触器を閉鎖することによって、切替セグメントを迂回してもよい。結果として、多くの実施形態において、電力コンバータ１１０は、２つのＰＶアレイで受容される電圧（例えば、８００ＶＤＣ）を上回る、３つのＰＶアレイ１０２、１０４、１０６からの電圧（例えば、１２００ＶＤＣ）を受容し、なおかつ、電力コンバータに印加される電圧は、接地に対して、閾値電圧以下（例えば、＋／−６００ＶＤＣ）に保持される。電力コンバータ１１０に印加される増加電圧は、以前の構造より電流損失が少ないため（例えば、より高い電圧によって）、先行技術に優る改良点であって、なおかつ、任意の単線の電圧は、業界で要求される場合が多い（例えば、電気コードによって）、閾値以下（例えば、接地に対して、＋／−６００ＶＤＣ）に保持される。＋／−６００ＶＤＣの例示的閾値電圧が、本開示を通して利用されるが、当業者は、状況に応じて、他の最大電圧が、閾値電圧に優先してもよいことを理解するであろう。
【００１６】
本明細書でさらに論じられるように、第１のＰＶアレイ１０４を第２および第３のＰＶアレイ１０２、１０６に電気的に連結することによって、３つのＰＶアレイ１０２、１０４、１０６は、概して、バイポーラアレイとして動作し、第２のＰＶアレイ１０２は、接地に対して正電圧で動作するように配置され、第３のＰＶアレイ１０６は、接地を下回って動作するように配置され、第１のＰＶアレイ１０４は、接地電位の前後で動作する。例えば、第２のＰＶアレイ１０２の正ノードは、電力コンバータ１１０に連結されてもよく、第３のＰＶアレイの負ノードは、電力コンバータ１１０に連結されてもよい。第１のＰＶアレイ１０４は、（ｉ）概して、接地電位を上回って配置される、第２のＰＶアレイ１０２の負ノードと、（ｉｉ）概して、接地電位を下回って配置される、第３のＰＶアレイ１０６の正ノードと、に電気的に連結されてもよい。
【００１７】
第１のＰＶアレイ１０４を第２および第３のＰＶアレイ１０２、１０６に電気的に連結するステップに加え、インターフェース１０８は、低コストかつ効率的電力コンバータ１１０を効率的高電圧ＰＶアレイ１０２、１０４、１０６と併用可能にする。例えば、１８００ボルトシリコンを利用し（例えば、電力コンバータのＩＧＢＴ内）、３つのＰＶアレイ全体にわたる１８００ボルト開負荷電圧に対応する代わりに、１８００Ｖシリコンより低いコストを有する、１２００ボルトシリコンが、電力コンバータ１１０内で使用されてもよい。さらに、ＰＶシステム１００は、シリコンの１２００Ｖ定格により近く動作するため、概して、他のバイポーラアレイ（例えば、８００ＶＤＣ〜９００ＶＤＣで動作するバイポーラアレイ）より効率的に動作する。
【００１８】
次に、図２を参照すると、図１を参照して説明される、システム１００の例示的実施形態の略図が示される。図２に描写される、システム２００に示されるように、第１の太陽電池アレイ２０４は、入力２４０、２４２によって、切替セグメント２１２（また、降圧レギュレータとしても知られる）を含む、例示的インターフェース２０８に連結される。降圧レギュレータは、電力コンバータ２１０が＋／−６００ＶＤＣを超えて受けることなく、他の切替セグメントおよびインターフェース特徴とともに、第１の太陽電池アレイ２０４を第２および第３の太陽電池アレイ２０２、２０６と直列に連結するように、配列および構成される、直列スイッチ２２２と、絶縁スイッチ２１４と、を備える。例えば、直列インダクタ２２４および第１のコンデンサ２２６は、第１のＰＶアレイ２０４を短絡させるように作用する一方、第２のコンデンサ２２８は、第１のＰＶアレイ２０４によって供給される電圧を制御する補助となるように適合される。
【００１９】
示されるように、絶縁スイッチ２１４は、第１の太陽電池アレイ２０４の正および負のレール全体にわたって配置される（また、正および負のレールは、第１および第２のレールとも称され得る）。多くの実施形態では、絶縁スイッチ２１４は、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ電流経路が、第１の太陽電池アレイ２０４の正と負のレールとの間に連結され、絶縁スイッチのゲートが、インターフェース２０８の制御セグメント２３０に電子的に連結されるように配置される、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であることを理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、絶縁スイッチ２１４は、請求される発明の範囲から逸脱することなく、他の切替および制御技術によって、実装されてもよい。
【００２０】
直列スイッチ２２２は、一実施形態では、システム２００の正レールに沿って、第１の接触器２２０と並列に配列される。多くの実施形態では、直列スイッチ２２２は、ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ電流経路が、第１の太陽電池アレイ２０４の正レールに沿って連結され、直列スイッチのゲートが、インターフェース２０８の制御セグメント２３０に電子的に連結されるように配置される、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であることを理解されたい。しかしながら、他の実施形態では、直列スイッチ２２２は、請求される発明の範囲から逸脱することなく、他の切替および制御技術によって、実装されてもよい。また、第１の接触器２２０は、インターフェースの制御セグメント２３０に電子的に連結されてもよいことを理解されたい。描写されないが、直列スイッチ２２２および第１の接触器２２０は、多くの代替実装では、第１のアレイ２０４と第３のアレイ２０６との間の負レールに沿って、並列に配列されてもよい。
【００２１】
一実施形態では、制御セグメント２３０は、メモリ内に格納される命令を実行するように構成される、プロセッサによって実現されるが、これは、必須ではなく、他の実施形態では、制御セグメントは、ハードウェアによって実現される。また、制御セグメントは、さらに他の実施形態では、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの組み合わせによって実装されることも企図される。また、図２中の制御セグメント２３０の描写は、論理的にすぎず、インターフェース２０８は、インターフェース内および／または外に分散される、制御構成要素によって、制御されてもよいことを理解されたい。便宜上、システム２００の制御セグメント２３０と他の部分（例えば、切替セグメント２１２）との間の接続は、描写されないが、当業者は、制御セグメント２３０が、図２に描写される制御構成要素に連結されてもよいことを理解するであろう。
【００２２】
多くの場合、切替セグメント２１２は、第１、第２、および第３のＰＶアレイ２０２、２０４、２０６の直列の組み合わせによって発生される電圧（例えば、日の出時）は、日中の間の第１、第２、および第３のＰＶアレイ２０２、２０４、２０６の直列の組み合わせによって発生される電圧未満であるため、日中以外の起動の際は、利用されない。したがって、日中以外の起動の際、第１のＰＶアレイ２０４は、多くの場合、３つの直列のＰＶアレイ２０２、２０４、２０６全体にわたる集合電圧は、電力コンバータ２１０に損傷を及ぼす電圧未満であるため、第１の接触器２２０を通して、直列に第２および第３のＰＶアレイ２０２、２０６に電気的に連結されてもよい。
【００２３】
しかしながら、日中の起動の際、アレイ２０２、２０４、２０６の開負荷電圧の直列の組み合わせは、コンバータ（例えば、コンバータ２１０）の最大電圧を超えてもよい。図４Ｂまたは例示的目的を参照すると、集合電圧（Ｖ１とＶ２との間）が、電力コンバータ（例えば、電力コンバータ２１０）が動作し得る、最大電圧を表し、ｔ０時、第２および第３のアレイ２０２、２０６に負荷がかかっていないが、ともに直列に締結されている（例えば、第１のアレイ２０４が絶縁されている）と仮定すると、第２および第３のアレイ２０２、２０６の開負荷電圧の直列の組み合わせは、既に、コンバータの最大電圧またはその近傍である。結果として、第２および第３のアレイ２０２、２０６の開負荷電圧との直列の組み合わせにおける第１のアレイ２０４の追加は、３つのアレイ２０２、２０４、２０６の直列の組み合わせの開負荷電圧を電力コンバータ２１０の設計された動作電圧を超えさせることになるであろう。
【００２４】
結果として、多くの動作モードでは、インターフェース２０８は、電力コンバータ２１０が、第１、第２および第３の太陽電池アレイ２０２、２０４、２０６の潜在的損傷電圧（例えば、開負荷電圧）を受けないように、第１の太陽電池アレイ２０４を電力コンバータ２１０に徐々に連結するように動作する。インターフェース２０８は、＋／−６００ＶＤＣを上回らないレベルで、任意の１つの線全体にわたって、最大電圧を維持するように、さらに適合される。例えば、図４Ａおよび４Ｂを参照すると、時間の関数として、直列スイッチ２２２の位置と、それぞれ、３つのアレイ２０２、２０４、２０６の集合電圧（Ｖ１とＶ２との間）と、を描写するグラフが示される。
【００２５】
例示的な日中起動プロセスに先立って、第１、第２および第３の太陽電池アレイ２０４、２０２、２０６はそれぞれ、接地に対して、約＋／−６００ＶＤＣの開負荷電圧を保有してもよい。いくつかの実施形態（例えば、電力コンバータ２１０が、＋／−６００ＶＤＣまたは１２００ボルトレール／レールを処理可能である場合）では、第２のアレイ２０２および第３のアレイ２０６は、電力コンバータ２１０に損傷を及ぼす懸念なく、オンラインに定置されてもよい。結果として、多くの実施形態では、第２および第３のアレイ２０２、２０６は、初期、電力コンバータ２１０全体にわたって電圧を印加するように、直列に配列される一方、第１のアレイ２０４は、オフラインのままである。
【００２６】
例えば、図２に描写される実施形態では、第２および第３の接触器２１８、２１６と絶縁スイッチ２１４は、初期、閉鎖され、第１の接触器２２０と直列スイッチ２２２は、初期、第２および第３のアレイ２０２、２０６の直列の配列を電力コンバータ２１０全体にわたって定置するように、開放される。図２に描写される例示的実施形態に示されるように、第２および第３の接触器２１８、２１６は、それぞれ、第１および第２のインターフェース出力２３２、２３４に連結されてもよい。
【００２７】
さらなる実施例として、図４Ｂを参照すると、時間ｔ０とｔ１との間（第１のアレイ２０４がオフラインの時）、コンバータ２１０に印加される、集合電圧（Ｖ１とＶ２との間に描写される電圧）は、第２のアレイ２０２の電圧（Ｖ１とＶ０との間に描写される電圧）と第３のアレイ２０６の電圧（Ｖ２とＶ０との間に描写される電圧）との直列の組み合わせによるものである。
【００２８】
図２および４Ａに示されるように、時間ｔ１（例えば、略起動直後）では、直列スイッチ２２２は、一時的に閉鎖される。本例示的動作モードでは、（例えば、制御セグメント２３０から）直列スイッチ２２２への信号２３６は、直列スイッチ２２２が、アレイ２０２、２０４、２０６に徐々に負荷をかけるように、時間ｔ１とｔ２との間、連続して長時間、閉鎖されるように調整される、パルス幅である。同様に、（例えば、制御セグメント２３０から）絶縁スイッチ２１４への信号２３８は、絶縁スイッチ２１４が、直列スイッチ２２２が閉鎖される期間の間、開放されるように調整される、パルス幅である。したがって、時間ｔ１に先立って、絶縁スイッチ２１４では、１００％デューティサイクル、直列スイッチ２２２では、０％デューティサイクルとなる一方、時間ｔ２では、絶縁スイッチ２１４では、０％デューティサイクル、直列スイッチ２２２では、１００％デューティサイクルとなる。
【００２９】
時間ｔ１からｔ２では、図２および４Ｂに示されるように、第２および第３の太陽電池アレイ２０２、２０６に負荷がかけられるにつれて、第２および第３の太陽電池アレイ２０２、２０６から電力コンバータ２１０に供給される電圧は、初期開負荷電圧から動作電圧に向かって減少し始める。より具体的には、図４Ｂは、Ｖ１−Ｖ０として、第２の太陽電池アレイ２０２によって供給され、動作電圧Ｖ１−Ｖ０’に減少する、初期電圧と、Ｖ２−Ｖ０として、第３の太陽電池アレイ２０６によって供給され、動作電圧Ｖ２−Ｖ０’’に減少する、初期電圧と、を示す。時間ｔ１からｔ２の本時間の間、第１の太陽電池アレイ２０４によって供給される初期電圧は、０ＶＤＣの初期電圧からＶ０’−Ｖ０’’の動作電圧に増加する。結果として、第１のアレイ２０４が、完全にオンラインであって、３つのアレイの直列の組み合わせに負荷がかけられると（例えば、ｔ２時）、アレイ２０２、２０４、２０６によって印加される電圧はそれぞれ、略同一（例えば、４００ＶＤＣであるが、等しくある必要はない）であって、３つのアレイに負荷がかけられた時の３つのアレイ２０２、２０４、２０６の集合電圧は、第２および第３のアレイ２０２、２０６の開負荷電圧と略等しい（例えば、時間ｔ１時）。
【００３０】
いくつかの実施形態では、図４Ｂに描写される電圧Ｖ１は、略＋６００ＶＤＣ、Ｖ０’は、略＋２００ＶＤＣ、Ｖ０は、略０Ｖ、Ｖ０’’は、略−２００ＶＤＣ、およびＶ０’’は、略−６００ＶＤＣである。多くの実施形態では、第１の太陽電池アレイ２０４によって出力される電圧が、望ましいレベル（例えば、電力伝達のための最適レベル）に到達すると、第１の接触器２２０は、閉鎖され、降圧レギュレータ２１２の周囲および第１の接触器を通る電流の経路を制御する。
【００３１】
図２に描写される、インターフェース２０８の変形例では、切替セグメント２１２は、入力２４０と出力２３２との間（または、入力２４２と出力２３４との間）に直列に配列される、第２の接触器およびインダクタと置換されてもよく、コンデンサ２２８は、除去されてもよい。本実施形態では、第１のアレイ２０４をオンラインにするために、第２の接触器は、閉鎖され、接触器２１８、２１６が、アレイ２０４を接地から離すように閉鎖される。結果として、負電圧は、第１のアレイ２０４と直列のインダクタ全体にわたって存在するであろう。したがって、第１のアレイ２０４の電圧（例えば、６００ＶＤＣ）は、第１のアレイ２０４の全開負荷電圧が、第２の２０２と第３の２０６アレイとの間に印加されないように、インダクタ全体にわたって、初期電圧（例えば、−５００ＶＤＣ）によってオフセットされるであろう。
【００３２】
次に、図３を参照すると、第１のＰＶアレイインターフェースシステム３５０と、第２のＰＶアレイインターフェースシステム３５２と、に電気的に連結するように適合される、電力コンバータ３１０を有する、例示的ＰＶシステム３００が示される。第１および第２のＰＶアレイインターフェースシステム３５０、３５２はそれぞれ、図１および２に説明および図示される、システムに類似する。本実施形態では、第１システム３５０のアレイ３０２、２０４、３０６と、第２システム３５２のアレイ３０２'、３０４'、３０６'とは、電力コンバータ３１０またはその近傍において、並列に連結されてもよく、第１および第２のインターフェースシステム３５０、３５２は、相互から遠隔に位置してもよく、各システム３５０、３５２は、電力コンバータ３１０から遠隔に位置してもよい。
【００３３】
次に、図５を参照すると、図１−４を参照して論じられる実施形態と併せて実行され得る、例示的方法を描写する、工程図５００が示される。示されるように、初期、初期電圧（例えば、開負荷電圧）が、太陽電池アレイ集合から電力コンバータ（例えば、電力コンバータ１１０）（ブロック５０２、５０４）に印加されるため、少なくとも１つの太陽電池アレイ（例えば、アレイ１０４）は、太陽電池アレイ集合（例えばアレイ１０２、１０４、１０６）内の他の太陽電池アレイ（例えば、アレイ１０２および１０６）から電気的に絶縁される。次いで、少なくとも１つの太陽電池アレイにかけられる負荷が、少なくとも１つの太陽電池アレイが、初期電圧から動作電圧に降下する電圧を出力し、少なくとも１つの太陽電池アレイと他のアレイとの電気的連結に応じて、電力コンバータ（ブロック５０６、５０８、５１０）に印加される集合電圧の一部となるように調整される（例えば、パルス幅調整）。論じられるように、いくつかの実施形態では、直列スイッチ（例えば、直列スイッチ２２２）と、絶縁スイッチ（例えば、絶縁スイッチ２１４）と、を含む、降圧レギュレータ（例えば、降圧レギュレータ２１２）が利用され、任意のレールの電圧を（接地に対して）最大レベル（例えば、最大調整レベル）以下に維持するように、少なくとも１つの太陽電池アレイにかけられる負荷を調整する。
【００３４】
結論として、本発明は、特に、複数の太陽電池アレイとインターフェースをとるためのシステムおよび方法を提供する。当業者は、多数の変形および代用が、本発明、その用途、およびその構成において、本明細書に説明される実施形態によって達成されるものと実質的に同一結果を達成するように成されてもよいことを容易に認識し得る。故に、本発明を開示される例示的形態に限定する意図は全くない。多くの変形、修正、および代替構造は、請求項に明示されるように、開示される発明の範囲および精神内にある。
【図１】
2011530969.tif 000003
【図２】
2011530969.tif 000004
【図３】
2011530969.tif 000005
【図４】
2011530969.tif 000006
【図５】
2011530969.tif 000007
【国際調査報告】
2011530969.tif 000008
2011530969.tif 000009