(57)【要約】  太陽電池（ＰＶ）アレイの絶縁抵抗を測定する方法は、ＰＶアレイをＰＶパネル群に区分する工程、絶縁抵抗測定に選ばれたＰＶパネル群をＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタを設定することによって他のパネル群から断路する工程、及び選ばれた群について絶縁抵抗測定を行う工程を含むことができる。選ばれた群の測定された絶縁抵抗値がＰＶアレイコンポーネントの絶縁問題に対応すれば、選ばれた群のそれぞれのＰＶパネルについて個々に絶縁抵抗測定を行うことができる。絶縁抵抗測定は、パネル間のケーブルの切離し及び再接続を行わずに、大規模ＰＶアレイについて正確かつ迅速に行うことができる。測定は、誘電破壊による損傷がおこる前の絶縁抵抗の変化の検出を可能にするため、頻繁に、定期的間隔で行うことができる。
2014508939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池（ＰＶ）アレイの絶縁抵抗を測定する方法において、
絶縁抵抗の測定のため、前記ＰＶアレイ内の一群のＰＶパネルを選択する工程、
前記選択された群内のそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタを非バイパス側切換状態に設定する工程、
前記選ばれた群に含まれていないそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタをバイパス側切換状態に設定する工程、及び
前記選ばれたＰＶパネル群について絶縁抵抗の値を測定する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
インバータからＰＶアレイ出力電圧を切り離すため、前記ＰＶアレイの負出力スイッチ及び正出力スイッチを開く工程、
ＰＶアレイ正出力フィーダーをＰＶアレイ負出力フィーダーに短絡するため、第１の短絡スイッチ及び第２の短絡スイッチを閉じる工程、及び
前記短絡された正出力フィーダー及び負出力フィーダーと接地基準端子の間の絶縁抵抗の値を測定する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記選ばれたＰＶパネル群について絶縁抵抗の値を測定した後、前記ＰＶアレイ出力電圧を前記インバータに再接続するため、前記ＰＶアレイの前記負出力スイッチ及び前記正出力スイッチを閉じる工程、及び
前記選ばれたＰＶパネル群について絶縁抵抗の値を測定した後、絶縁抵抗テスターの線路端子入力を前記ＰＶアレイ正出力フィーダー及び前記ＰＶアレイ負出力フィーダーから切り離すため、前記第１の短絡スイッチ及び前記第２の短絡スイッチを開く工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＰＶアレイの全てのＰＶパネル群について絶縁抵抗の測定が行われてしまうまで、
絶縁抵抗の測定のため、前記ＰＶアレイ内の一群のＰＶパネルを選択する工程、
前記選択された群内のそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタを非バイパス側切換状態に設定する工程、
前記選ばれた群に含まれていないそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタをバイパス側切換状態に設定する工程、及び
前記選ばれたＰＶパネル群について絶縁抵抗の値を測定する工程、
を反復する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
絶縁抵抗の測定のため、前記ＰＶアレイ内の全てのＰＶパネルを少なくとも１つのＰＶパネル群に割り当てる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
絶縁抵抗の測定のため、前記ＰＶアレイを複数のＰＶパネル群に区分する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
いずれかのＰＶパネル群について絶縁抵抗問題が検出されたときに限り、前記ＰＶパネル群内の全てのＰＶパネルのそれぞれについて絶縁抵抗を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
選ばれたＰＶアレイコンポーネントについての以前に測定された絶縁抵抗の値を履歴記録に保存する工程、
前記選ばれたＰＶアレイコンポーネントについての絶縁抵抗値の変化率を、前記履歴記録からの測定値を現時点の測定値と比較することによって、計算する工程、
前記絶縁抵抗値が、前記計算された変化率において、指定された絶縁抵抗閾値を下まわるまでの時間を推定する工程、及び
前記推定された時間が尽きる前に前記選ばれたＰＶアレイコンポーネントに予防保守を実施する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ＰＶパネル間のいかなるケーブルアセンブリも切り離さずに、前記ＰＶアレイ内のそれぞれのＰＶパネルについて個々に絶縁抵抗測定を行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
いずれかのＰＶパネル群について絶縁抵抗測定を行う前に、全てのＰＶパネルの前記バイパスセレクタを「バイパス」側切換状態に設定し、全てのＰＶパネルの直列−並列セレクタを「直列」側切換状態に設定し、前記ＰＶアレイのケーブルアセンブリ及びフィーダーの絶縁抵抗に対応する絶縁抵抗測定を行うことにより、最初の絶縁抵抗測定が行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ＰＶアレイのケーブルアセンブリ及びフィーダーについて絶縁抵抗値を測定する方法において、
前記ＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルの直列−並列セレクタを、前記ＰＶパネルの全てが相互に直列電気接続で接続されるように、設定する工程、
前記ＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタを「バイパス」側切換状態に設定し、よってそれぞれのＰＶパネルのＰＶモジュールからの出力電圧をＰＶアレイ出力電圧から除外する工程、及び
前記ＰＶアレイについて絶縁抵抗の値を測定する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
インバータからＰＶアレイ出力電圧を切り離すため、前記ＰＶアレイの負出力スイッチ及び正出力スイッチを開く工程、
ＰＶアレイ正出力フィーダーをＰＶアレイ負出力フィーダーに短絡するため、第１の短絡スイッチ及び第２の短絡スイッチを閉じる工程、及び
前記短絡された正出力フィーダー及び負出力フィーダーと接地基準端子の間の絶縁抵抗の値を測定する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記測定された絶縁抵抗の値を絶縁抵抗不良に対応する閾値と比較する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定された絶縁抵抗の値が前記閾値より小さい場合には、それぞれのＰＶパネルの前記バイパスセレクタに接続された断路スイッチを順次に開き、ＰＶパネルを１枚ずつ、断路スイッチのそれぞれの開放後に絶縁抵抗測定をあらためて行うことによって、１枚のＰＶパネルを絶縁抵抗問題の源として識別する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
測定された絶縁抵抗値が絶縁に問題はないことを示すまで、断路スイッチのそれぞれの開放後に、新しく絶縁抵抗測定を行う工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
断路スイッチが開かれ、絶縁抵抗問題が検出されなかった、最後のＰＶパネルを絶縁抵抗問題の源として１枚のＰＶパネルを識別する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
ＰＶアレイ出力電力を最適化する方法において、
ＰＶアレイのＰＶパネルについて絶縁抵抗値を測定する工程、
前記ＰＶパネルについての前記測定された絶縁抵抗値を選ばれた漏洩電流の値に対応する閾値と比較する工程、及び
前記測定された絶縁抵抗値が前記閾値より小さい場合には、前記ＰＶパネルのバイパスセレクタをバイパス側切換状態に設定する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ＰＶアレイ内の全てのＰＶパネルについて絶縁抵抗を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記閾値より小さい絶縁抵抗値を有するＰＶパネルの全てについて、バイパスセレクタをバイパス側切換状態に設定する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＰＶアレイ出力に結合される電流と電圧及び前記閾値より小さい絶縁抵抗値を有するＰＶパネルの枚数を最小限に抑え、よって前記ＰＶアレイによって発生される電力量を最大化する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１１年３月４日に出願された米国仮特許出願第６１/４４９４８０号の恩典を主張する。上記特許出願の明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は動作している太陽電池（ＰＶ）パネルにおいて絶縁抵抗を測定及びモニタする方法に関し、さらに詳しくは構成可変ＰＶアレイにおいて構成可変な直列及び並列の電気接続に適合されるＰＶパネルの絶縁抵抗の測定に適する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池セルは、光にさらされると比較的低い電圧及び小量の電流を出力する、半導体材料の薄いスライスから作製される固体デバイスである。多くのＰＶセルを電気的に接続し合わせてＰＶモジュールを形成することができる。ＰＶモジュールから出力される電流及び電圧はＰＶモジュール内のＰＶセルの出力の組合せで得られる。ＰＶモジュールは、湿気、汚染物、及び曲げや衝撃による損傷からＰＶセルを保護し、１つのＰＶモジュールを別のＰＶモジュールに電気的に接続するためあるいはＰＶモジュールをインバータまたは他の電気的負荷に接続するための電気コネクタまたは電気端子を有する。出力電力が数１０ワットから数１００ワットのＰＶモジュールを利用できる。ＰＶパネルと称される機械的／電気的アセンブリを形成するため、１つ以上のＰＶモジュールを支持フレームに取り付けることができ、電気コネクタ、相互接続ケーブル及び、温度センサ及び電圧センサのような、必要に応じるコンポーネントと組み合わせることができる。１つのＰＶパネル上の全てのＰＶモジュールは一集合体として１つの方向を向くように配置することができる。ＰＶパネルは、必要に応じて、太陽の日周運動に追随するための追跡システム上に載せることができる。ＰＶパネルを動かす代わりに、ＰＶパネルの全てのＰＶモジュール上に太陽光を反射するように可動ミラーを向けることができる。ＰＶパネルをさらに組み合わせて、大量の電力を発生するための、ＰＶアレイと称される電気回路にすることができる。住居または小規模事業での使用のための数キロワットから発電所規模の発電のための数１００メガワットまでの電力出力容量を有するＰＶアレイが利用できる。
【０００４】
ＰＶモジュールは、ＰＶセルから指定された導電経路までの電気エネルギー流をモジュール内に閉じ込めるため及び、金属製の支持フレーム及びその他の外部構造のような、導電性構造要素からＰＶモジュールを絶縁するため、電気絶縁を有する。電気絶縁は、人間の危険な電圧及び電流への曝露を防止するため及び発火のリスクを減じるために、支持体への、または大地（電気接地基準）への、漏洩電流を遮断するため、ＰＶパネル内のＰＶモジュール間及びＰＶアレイ内のＰＶパネル間の導電帯及び電気コネクタにも与えられる。電気絶縁に用いられる材料は、経年効果、機械的損傷及び腐食性化合物への曝露による損傷を受け、これらはいずれも、絶縁材料の誘電破壊を生じさせることができ、損傷をおこさせ得るかまたは危険であり得る漏洩電流を流すことができる。
【０００５】
パネル内及びＰＶアレイのパネル間の電気絶縁の完全性を決定するため、電気抵抗測定をＰＶパネルについて行うことができる。１つのパネルにおける電気絶縁の電気抵抗の低下は、ＰＶアレイ全体の電力出力を低下させる漏洩電流を生じさせ得る。漏洩電流が流れ始めると、誘電破壊が加速され得るから、電気絶縁が劣化しているかまたは電気絶縁に不良があるＰＶパネルをＰＶアレイから切離して修理できるように、漏洩電流を迅速に検出することが重要である。
【０００６】
絶縁抵抗テスター（ＩＲＴ）は電気絶縁材料の誘電破壊の検出に用いられ得る測定器である。いくつかの絶縁抵抗テスター、例えばメガー社(Megger, Ltd.)で製造される測定器のメガー（商標）系列は、電気回路内のコンポーネントに既知の比較的高い電圧をかけ、絶縁抵抗または漏洩電流に関する測定を行うことで動作する。絶縁抵抗測定手順は、試験されている回路に試験器自体以外の電源から電圧が印加されていないことを確認するように試験担当者に警告することを含むことができ、絶縁抵抗試験中に発生される危険な電圧を避けるように人に警告することができる。電流及び電圧の危険に加えて、ＰＶパネルは、絶縁抵抗試験を行う目的で試験担当者が近づくことが困難であるかまたは危険である、建物の屋根またはその他の場所に設置され得る。したがって、従来方法を用いてＰＶアレイのＰＶパネルの絶縁抵抗を測定することは、試験されるそれぞれのパネルまたはパネル群が、例えば、試験されているＰＶパネルとＰＶアレイの残りの間の電気ケーブルまたは電線を取り外すことで、電圧が除かれ、電気的に絶縁されてからでなければ、試験を安全に、また正確に行うことができないから、時間がかかり、多大な労力を要する、作業になり得る。次いで、試験前に取り外されたいずれの電線またはケーブルも、試験完了後に再装着されなければならない。あるいは、試験されるべきＰＶパネルをＰＶアレイから機械的及び電気的に切り離すことができる。試験されるべきＰＶパネルを電気的に絶縁するためにこれらの方法のいずれが用いられようとも、ＰＶアレイコンポーネントのある程度の分解及び再組立が必要になり、したがって、装着され、おそらくは電圧が印加されたＰＶアレイの危険に人をさらすリスクが生じ得る。分解及び再組立中にＰＶアレイコンポーネントに損傷を与えるリスクもある。
【０００７】
一連の絶縁抵抗測定を完了するには、試験中、ＰＶアレイの全体がオフラインにおかれ得る。ＰＶアレイの規模が大きくなるほど、問題のある電気絶縁の同定及び修理は益々困難になり、絶縁抵抗試験中でなければその間に発電されたであろう電力の対価にともなう経済的損失が益々大きくなる。従来方法による電気絶縁抵抗試験の実施における困難及び費用はＰＶアレイ全体にわたる電気抵抗の定期的モニタリングに対する意欲を、経済及び安全の面から、失わせる。絶縁抵抗が十分頻繁にモニタされなければ、破壊的障害がおこる前に電気絶縁に関する問題を見つけることができないであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＶアレイの全てのＰＶパネル及び付帯する相互接続ケーブルについて、ＰＶアレイのＰＶパネルまたは相互接続ケーブルを機械的に取り外すことなく、またＰＶアレイにより発電される電流及び電圧からまたは絶縁抵抗テスターによってＰＶアレイに印加される電流及び電圧からの危険な電圧及び電流に試験担当者をさらすことなく、絶縁抵抗試験を行うことが好ましいであろう。さらに、数１００枚または数１０００枚のＰＶパネルを有する大規模ＰＶアレイのどの場所の絶縁抵抗の変化もモニタすること及び、アレイ全体の電力出力が影響を受ける前及びＰＶアレイコンポーネントが損傷を受ける前に、電気絶縁材料の誘電破壊を検知することが好ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
太陽電池（ＰＶ）において電気絶縁抵抗を測定する方法は、絶縁抵抗の測定のためにＰＶパネル内の一群のＰＶパネルを選択する工程、選ばれた群内のそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタを非バイパス側切換状態に設定する工程、選ばれた群に含まれていないそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタをバイパス側切換状態に設定する工程、及び選ばれた群のＰＶパネルについて絶縁抵抗の値を測定する工程を含む。
【００１０】
ＰＶアレイのケーブルアセンブリ及びフィーダーについて絶縁抵抗値を測定する方法は、ＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルの直列−並列セレクタを全てのＰＶパネルが相互に電気的直列接続で接続されるように設定する工程、ＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタを「バイパス」側切換状態に設定し、よってそれぞれのＰＶパネルのＰＶモジュールからの出力電圧をＰＶアレイ出力電圧から除外する工程、及びＰＶアレイについて絶縁抵抗の値を測定する工程を含む。
【００１１】
ＰＶアレイ出力電力を最適化する方法は、ＰＶアレイの一ＰＶパネルについて絶縁抵抗値を測定する工程、そのＰＶパネルについての絶縁抵抗の測定値を選ばれた漏洩電流に対応する閾値と比較する工程、及び、絶縁抵抗の測定値が閾値より小さい場合には、そのＰＶパネルのバイパスセレクタをバイパス側切換状態に設定する工程を含む。
【００１２】
本節は本発明のいくつかの特徴を要約している。本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、以下の説明に関して、また添付図面を参照すれば、さらに良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施形態にしたがって動作できる構成可変ＰＶアレイの一例の略図である。
【図２】図２は構成可変ＰＶアレイのための構成可変ＰＶパネルの一例の略図である。
【図３】図３は直列電気回路に組み込まれた整数‘ｎ’枚の図２の構成可変ＰＶパネルを有するＰＶアレイの一例の略図である。
【図４】図４は、構成可変ＰＶパネルがＰＶパネル間で直列電気接続から並列電気接続に切り換えられている、図３のＰＶアレイに対する別の電気的構成の一例である。
【図５】図５は、２つのＰＶパネルが互いに並列に電気接続され、さらに少なくとも１つの他のＰＶパネルに直列に接続されている、図３のＰＶアレイに対する別の電気的構成の一例である。
【図６】図６はケーブルアセンブリによって電気的に相互接続された１２枚の構成可変ＰＶパネルを有する構成可変ＰＶアレイの一例を示す。図６の構成可変ＰＶパネルのそれぞれは、ＰＶモジュール、バイパスセレクタ（図示せず）及び図２に示されるような電気制御直列−並列セレクタを有する。図６のＰＶアレイは、ＰＶパネル間のケーブルアセンブリ接続を変更することなく、直列−並列セレクタＸ１〜Ｘ１２に対して選ばれる設定にしたがって図７〜１２の例のいずれかにおけるように選択的に構成することができる。
【図７】図７は図６のＰＶアレイの例に対するいくつかの選択可能な電気的構成の内の１つについての簡略化した等価電気回路の一例を示す。図７の例においては、ＰＶアレイの構成可変ＰＶパネルの全てが、‘Ｅ’ボルトのＰＶアレイ出力を有する並列電気回路に相互接続され、‘Ｅ’は１枚の構成可変ＰＶパネルからの出力電圧に対応する。
【図８】図８は、２ＥボルトのＰＶアレイ出力電圧を有する、構成可変ＰＶパネル間の直列電気接続と並列電気接続の組合せからなる、図６のＰＶアレイに対する別の電気的構成についての等価電気回路の一例である。
【図９】図９は、３ＥボルトのＰＶアレイ出力電圧を有する、構成可変ＰＶパネル間の直列電気接続と並列電気接続の組合せからなる、図６のＰＶアレイに対する別の電気的構成についての等価電気回路の一例である。
【図１０】図１０は、４ＥボルトのＰＶアレイ出力電圧を有する、構成可変ＰＶパネル間の直列電気接続と並列電気接続の組合せからなる、図６のＰＶアレイに対する別の電気的構成についての等価電気回路の一例である。
【図１１】図１１は、６ＥボルトのＰＶアレイ出力電圧を有する、構成可変ＰＶパネル間の直列電気接続と並列電気接続の組合せからなる、図６のＰＶアレイに対する別の電気的構成についての等価電気回路の一例である。
【図１２】図１２は図６のＰＶアレイに対する別の電気的構成についての等価電気回路の一例である。図１２の例においては、ＰＶアレイの構成可変ＰＶパネルの全てが１２ＥボルトのＰＶアレイ出力電圧を有する直列電気回路に相互接続されている。
【図１３】図１３は、バイパスされるＰＶパネルのバイパスセレクタを‘Ｂ’側切換状態に設定することによってＰＶパネル２〜ｎの電力出力がＰＶアレイ出力電圧Ｖ出力から除外されている、図３〜５のＰＶアレイに対する別の電気的構成の一例の略図である。
【図１４】図１４は、ＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルのバイパスセレクタの適する選択によって図１のＰＶアレイから絶縁抵抗試験のために選択されたＰＶアレイを表す、ＩＲＴと１枚のＰＶアレイの間の電気的接続の一例を示す簡易な略図である。
【図１５】図１５は断路スイッチがバイパスセレクタスイッチと直列電気接続で配されている構成可変ＰＶアレイのための構成可変ＰＶパネルの別の例の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態は、構成可変ＰＶアレイの構成可変ＰＶパネルの絶縁抵抗を測定する方法の工程を含む。本発明の実施形態は、ＰＶアレイの１枚のＰＶパネルを、あるいは一群のＰＶパネルを、他のＰＶパネルから、選択されたパネルまたは選択されたパネル群の絶縁抵抗測定が迅速、安全かつ正確に、実施され得るように、選択的に断路するために、構成可変ＰＶパネルの、バイパスセレクタ、直列−並列セレクタ及び必要に応じる他のスイッチング素子を構成するための工程を含む。１枚のＰＶパネルまたは一群のＰＶパネルについての絶縁抵抗測定の完了後、そのＰＶパネルまたはＰＶパネル群はバイパスセレクタに対する適切な設定によってＰＶアレイに再接続することができ、ＰＶアレイの全てのＰＶパネルまたはパネル群について絶縁抵抗測定がなされてしまうまで、別の絶縁抵抗試験のために別のＰＶパネルまたはパネル群を選択することができる。パネル群内に問題が見つかれば、問題の箇所を突き止めるために、その群内の個々の構成可変ＰＶパネルを迅速に試験することができる。絶縁抵抗試験は、ＰＶアレイのための管理モニタリング／制御システムの指示の下に実施することができ、あるいは構成可変ＰＶアレイの構成可変ＰＶパネルによって自律的に開始され、行われ得る。
【００１５】
本発明の実施形態は、数１０００枚または数１０万枚のＰＶパネルを有する発電所規模のＰＶアレイに対してさえ、ＰＶアレイの特定のＰＶパネルについて絶縁抵抗不良の場所を迅速につきとめるに有利であり得る。絶縁抵抗測定は、ＰＶアレイからいずれのＰＶパネルも取り外さずに、あるいはＰＶパネル間または絶縁抵抗試験器と試験されているＰＶアレイのパーツの間のいずれの相互接続ケーブの取外し及び再取付けもせずに、行うことができる。したがって、管理、試験及び保守の担当者は、開示される方法工程を実施している間、危険な電圧または電流への曝露から保護されることができ、ＰＶアレイのＰＶパネルの場所から遠く離れていることができる場所から遠隔試験を行うことができる。本明細書に開示される本発明の実施形態の別の利点には、損傷がおこる前のＰＶアレイコンポーネントの予防保守の可能化、絶縁抵抗不良があるＰＶパネル及び付帯相互接続ケーブルの迅速な検出及び分離、絶縁抵抗に問題があるＰＶパネルの他のＰＶパネルからの分離によるＰＶアレイ出力の最適化及び、ＰＶアレイが通常は発電していないであろう、例えばアレイが動作していない夜間の、比較的短時間でのＰＶアレイのＰＶパネルについての絶縁抵抗試験の完了を含めることができる。
【００１６】
本発明の実施形態は構成可変ＰＶアレイの構成可変ＰＶパネルの絶縁抵抗測定の実施に向けられる。構成可変ＰＶパネルにより、ＰＶアレイからの出力電圧をＰＶアレイに入射する光量の減少に応答して高めることが可能になる。構成可変ＰＶパネルは、ＰＶパネルからの電力出力を制御するため及び技術上既知のＰＶパネルを有するＰＶアレイにおいては浪費されるであろう光電効果で発生される電力量を回復するために有用である。構成可変ＰＶパネルはさらに、保守の理由のため、例えば、ＰＶパネルを清掃するためまたは損傷しているか故障しているＰＶパネルを修理するため、ＰＶアレイのＰＶパネルのいくつかがＰＶアレイから電気的に切り離されている、ＰＶアレイからの電力量を最大化するために有用である。
【００１７】
本発明の実施形態とともに使用するために適合された構成可変ＰＶパネルは、少なくとも１つ、必要に応じて複数の、ＰＶモジュール、１つ以上のＰＶモジュールからの電流及び電圧をＰＶパネルの電気入力及び出力接続に／から選択的に含める／除外するためのバイパスセレクタ、２つ以上の構成可変ＰＶパネルの間の直列または並列の接続を選択的に行うための直列−並列セレクタ及び、バイパスセレクタ及び直列−並列セレクタを動作させるため及びＰＶパネルの状態をモニタするためのノードコントローラを有する。ＰＶパネルのノードコントローラは、他の構成可変ＰＶパネルとの、また必要に応じて外部のコントローラ及びモニタリングシステムとの、データ及びコマンドの双方向通信のための入力／出力バスを有することができる。
【００１８】
構成可変ＰＶアレイはケーブルアセンブリで相互接続された少なくとも２枚の構成可変ＰＶパネルを有する。本明細書に開示される方法の実施形態は、住宅用途に適する数のＰＶパネルを有するＰＶアレイ及び発電所規模の電力発生に適する数のＰＶパネルを有するＰＶアレイを含む、広汎なＰＶアレイとともに用いるに適する。構成可変ＰＶアレイに含められる構成可変ＰＶパネルの数が多くなるほど、絶縁抵抗試験の実施に先立つＰＶパネル間の電気ケーブルの切離しまたはＰＶパネルアレイからのＰＶパネルの取外しを必要とする方法のような、技術上既知の方法に比較して本明細書に開示される方法によって提供される有利性が益々高まる。さらに、絶縁抵抗試験装置と試験されているＰＶアレイの間の相互接続ケーブルまたは試験リード線は一般に、本明細書に開示される方法にしたがえば、試験中に再配置されることはないから、試験装置構成は安定なままであり、履歴試験記録を現時点の試験結果と比較して絶縁抵抗測定値の傾向を検出及び予測することができ、よって、絶縁誘電破壊がＰＶアレイコンポーネントに損傷を生じさせ得る前の予防措置の実施を可能にし得る。
【００１９】
図１は本発明の実施形態にしたがう絶縁抵抗試験に適合された構成可変ＰＶアレイ１０の一例を示す。本例の構成可変ＰＶアレイはケーブルアセンブリ１６６で接続された複数枚のＰＶパネル１００を備える。構成可変ＰＶパネル１００は直列電気回路、並列電気回路または直列接続と並列接続の組合せで接続することができ、それぞれの構成可変ＰＶパネル１００は、以下で説明されるように、他のＰＶパネルとの直列または並列の組合せから断路することができる。そうではないことが言明されない限り、２つのコンポーネントは本明細書において、コンポーネントが電気的に接続され、一方のコンポーネントから他方のコンポーネントに電流が流れ得る場合に、「接続されている」と見なされる。それぞれの構成可変ＰＶパネル１００は通信ネットワーク６５を通じて他のＰＶパネル１００に／から、またコントローラ６３に／から、データ及びコマンドを送信／受信するための制御／モニタリングインターフェース１６２を有する。通信ネットワーク６５は有線ネットワークまたは無線ネットワークとして実施することができる。
【００２０】
図１の実施形態例において、ＰＶパネル１００からの電圧及び電流出力は、ＰＶアレイ正出力フィーダー８０によって番号１のＰＶパネル１００の端子１０４からＰＶアレイ正出力端子１６８に、またＰＶアレイ負出力フィーダー８１によって番号ｎのＰＶパネル１００の端子１５８からＰＶアレイ負出力端子１７０に、接続される。ＰＶアレイ負出力端子１７０からＰＶアレイ正出力端子１６８にかけて測定される電圧Ｖ出力は、ＰＶアレイからの出力電圧を表す。それぞれのＰＶパネル１００は接地端子線路４１に接続された接地端子４０を有する。接地端子線路４１は接地バスバー４４の端子４３に接続される。接地バスバー４４の端子４３はさらに、システムの残りに接地電位基準を与える接地線路４５に接続される。
【００２１】
図示される実施形態において、ＰＶアレイ正出力端子１６８は正出力スイッチ７０を介してインバータ１７２の正直流（ＤＣ）入力端子７２に接続される。ＰＶアレイ負出力端子１７０は負出力スイッチ７１を介してインバータ１７２の負ＤＣ入力端子７３に接続される。正出力端子１６８に接続されるＰＶアレイ正出力フィーダー８０はさらにＰＶアレイ正出力分岐線路５０によって正出力分岐端子５２に接続され、第１の短絡スイッチ５４を介して、メガー６０と標識された本例の絶縁抵抗試験器（ＩＲＴ）の入力である、ＩＲＴ線路端子６１に至る短絡回路線路５６にも接続される。負出力端子１７０に接続されるＰＶアレイ負出力フィーダー８１はさらにＰＶアレイ負出力分岐線路５１によって負出力分岐端子５３に接続され、第２の短絡スイッチ５５を介してＩＲＴ線路端子６１にも接続される。ＩＲＴ６０の接地端子６２はＩＲＴ接地線路５７によって接地バスバー４４の端子４３に接続される。
【００２２】
本実施形態において、ＩＲＴ６０は通信ネットワーク６５によってコントローラ６３に接続され、必要に応じて、構成可変ＰＶアレイ１０のパーツについての絶縁抵抗試験実施に関するコマンド及び測定データの交換のためにそれぞれの構成可変ＰＶパネル１００のノードコントローラに接続される。スイッチ制御線路６４により、第１の短絡スイッチ５４，第２の短絡スイッチ５５，正出力スイッチ７０及び負出力スイッチ７１のコントローラ６３による開閉が可能になる。図１のコントローラ６３は、ＩＲＴ６０を動作させるため及びＩＲＴ６０から測定データを受け取るためのローカルコンピュータ制御システムを表す。コントローラ６３は、必要に応じて、ネットワーク６５を通じて外部管理制御／モニタリングシステム（図示せず）と通信することができる。バイパスセレクタは選択的に、それぞれのＰＶパネル１００のノードコントローラによって自律的に動作させるか、あるいは外部管理制御／モニタリングシステムによってそれぞれのＰＶパネル１００に送られるコマンドによって動作させることができる。
【００２３】
本明細書に開示される方法にしたがう絶縁抵抗測定は選択的に、バイパスセレクタの動作によってＰＶパネルの他のパーツから断路された個々のＰＶパネルについて、あるいは選択されたＰＶパネル群について、行うことができる。この場合、選択される群のＰＶパネルのバイパスセレクタは群内のＰＶパネルをＰＶアレイの他のいくつかのパーツから断路するように設定される。本発明の方法実施形態は、必要に応じて、ＰＶアレイを複数のＰＶパネル群に区分する工程及び次いでそれぞれの群の絶縁抵抗を測定する工程で開始することができる。選ばれたＰＶパネル群に誘電破壊または他の絶縁抵抗問題が検出されなければ、別の群について測定を行うことができる。全ての群が測定されるまで、一群ずつ測定を行うことができる。ある群において誘電破壊不良または絶縁劣化が検出されると、不良のパネルまたは相互接続ケーブルが識別されるまでその群内のパネルを一枚ずつ試験することができる。一度に一つの群を試験することで、大規模ＰＶアレイの絶縁抵抗不良を検出して不良の場所を突き止めるに必要な時間が最小限に抑えられる。あるいは、個々のＰＶパネルについての絶縁抵抗値を、ＰＶアレイの全てのＰＶパネルが試験されてしまうまで、順次に測定することができる。
【００２４】
ＰＶパネル群及び個々のパネルについて、現時点の測定結果の以前の測定結果との比較を可能にするため、履歴絶縁抵抗データをコントローラ６３によってまたは外部管理／モニタリングシステムによって維持することができる。以前の絶縁抵抗値及び電流測定値を保存することでつくられる履歴記録は、必要に応じて、絶縁抵抗値の傾向を識別するために比較することができる。絶縁抵抗値の傾向は、絶縁抵抗値の変化率を計算し、絶縁抵抗値が指定された閾絶縁抵抗値、例えば許容できないほど高い誘電破壊不良発生リスクに対応する閾値、を下まわるであろう時点を推定することにより特定のパネルまたはパネル群についての故障時点を予測するために用いることができる。したがって、誘電破壊不良を回避するために予防保守を実施する方法は、選ばれたＰＶアレイコンポーネントについての絶縁抵抗の以前の測定値を履歴記録に保存する工程、履歴記録からの測定値を現時点の測定値と比較することによって選ばれたＰＶアレイコンポーネントの絶縁抵抗値の変化率を計算する工程、計算された変化率において絶縁抵抗値が指定された閾絶縁抵抗値を下まわるまでの時間を推定する工程及び推定された時間が尽きる前に選ばれたＰＶアレイコンポーネントに予防保守を実施する工程を含むことができる。
【００２５】
図２は、ＰＶモジュール１０８からの電流及び電圧を第１の電力コネクタＰ１ １０２の端子１０４と１０６及び第２の電力端子Ｐ２ １５６の端子１５８と１０６に／から選択的に与える／断路するためのバイパスセレクタを有する、ＰＶパネル１００の一例を示す。このＰＶパネル１００は、直列−並列セレクタ１３８の動作により、他のＰＶパネル１００に対して直列電気接続または並列電気接続で配置することができる。バイパスセレクタ１２０及び直列−並列セレクタ１３８は、自律的にまたはコネクタＰ３ １６２及び双方向Ｉ／Ｏバス１６４を通じて受け取られるノードコントローラへの信号に応答して、ノードコントローラ１１４により制御される。図３〜１３はどのようにして構成可変ＰＶアレイの構成可変ＰＶパネルを直列接続及び並列接続の様々な組合せで接続できるかの例を与える。図１３及び１４は、ＰＶパネル間の電気ケーブルの切離し及び再接続を行わずに、またＰＶパネルをＰＶアレイから取り外さずに、絶縁抵抗測定を行うため、パネルを清掃するため、またはパネルにその他の保守作業を実施するために、どのようにして一枚のＰＶパネルまたはＰＶパネル群をＰＶアレイの残りから分離することができるかを示すために用いられ得る。
【００２６】
実施形態例において、図２のノードコントローラ１１４は、ＰＶモジュール１０８及びＰＶパネル１００の性能に関するパラメータをモニタすることができ、バイパスセレクタ１２０の切換状態及び直列−並列セレクタＸｎ １３８の個々の切換状態を設定することができる。ノードコントローラによってモニタされるパラメータの例には、ＰＶモジュール１０８からの出力電圧及び出力電流、ＰＶモジュール１０８の相異なる選択された位置における温度、ＰＶパネル１００の方位角及び仰角、第２の電力コネクタＰ２ １５６におけるＰＶパネル１００への電圧及び電流入力、及び第１の電力コネクタＰ１ １０２におけるＰＶパネルからの電流及び電圧出力があるが、これらには限定されない。ノードコントローラ１１４は、必要に応じて、ＰＶモジュール１０８またはＰＶパネル１００内の電気的不良状態、ＰＶモジュール１０８の部分的陰り、ＰＶモジュール１０８の表面上の降水、塵埃または屑による電力の減少、及び、塵埃、降水または雲量による入射光の減少を検出するように構成することができる。モニタされるパラメータに関するデータは、必要に応じて、ノードコントローラ１１４から、制御／モニタリング信号入力／出力バス１６４を含む複数の導電体によってノードコントローラ１１４に電気的に接続された、モニタ及び制御コネクタＰ３ １６２に出力される。コネクタＰ３ １６２上の出力データは、必要に応じて、ＰＶアレイの他の構成可変ＰＶパネル１００または外部モニタリング／制御システムによって受け取られ得る。
【００２７】
本実施形態において、電気的に制御されるバイパスセレクタ１２０及び電気的に制御される直列−並列セレクタＸｎ １３８の切換状態は、ＰＶモジュール１０８からの電流及び電圧出力が第１の電力コネクタＰ１ １０２及び第２の電力コネクタＰ２ １５６を通って流れる電力とどのように組み合わされるかを決定する。図２の例に示されるように、バイパスセレクタ１２０及び直列−並列セレクタＸｎ １３８は双極双投（ＤＰＤＴ）電気機械式リレーとすることができる。セレクタ（１２０，１３８）、出力スイッチ（７０，７１）及び短絡スイッチ（５４，５５）のいずれかまたは全ては、代わりに、例えばディスクリート電子コンポーネントでつくられた固体リレーまたは固体スイッチング素子を含むが、これらには限定されない、他のスイッチング素子で置き換えることができる。いずれのセレクタ（１２０，１３８）も、必要に応じて、単一のＤＰＤＴ電気制御スイッチング素子から、ノードコントローラ１１４に電気的に接続された共通制御線路を共有する、一対の単極単投スイッチング素子に変更することができる。
【００２８】
図２の実施形態例を再び参照すれば、ＰＶアレイの他のＰＶパネルからの電力は、必要に応じて、第１の端子１５８及び第２の端子１６０を有する第２の電力コネクタＰ２ １５６でＰＶパネル１００に接続することができる。Ｐ２の第１の端子１５８及び第２の端子１６０にある電圧及び電流は、後に説明されるように、バイパスセレクタ１２０及び直列−並列セレクタＸｎ １３８の選ばれた切換状態にしたがって選択的にＰＶモジュール１０８からの電圧及び電流出力と組み合わせることができる。Ｐ２の第１の端子１５８は直列−並列セレクタＸｎ １３８の第１のＳ−Ｐスイッチ１４０の並列端子１４４に電気的に接続される。Ｐ２の第１の端子１５８はさらに直列−並列セレクタＸｎ １３８の第２のＳ−Ｐスイッチ１４８の直列端子１５４に電気的に接続される。Ｐ２の第２の端子１６０は第２のＳ−Ｐスイッチ１４８の並列端子１５２に電気的に接続される。
【００２９】
本実施形態例において、第１のＳ−Ｐスイッチ１４０の直列端子１４６はバイパスセレクタ１２０の第１のバイパススイッチ１２２の共通端子１２８に電気的に接続される。第１のＳ−Ｐスイッチ１４０の共通端子１４２はバイパスセレクタ１２０の第２のバイパススイッチ１３０の共通端子１３２に電気的に接続される。第１のＳ−Ｐスイッチ１４０の共通端子１４２はさらにコネクタＰ１の第１の端子１０４に電気的に接続される。第２のＳ−Ｐスイッチ１４８の共通端子１５０は、ＰＶモジュール１０８の負端子１１２，コネクタＰ１の第２の端子１０６及びバイパスセレクタ１２０の第１のバイパススイッチ１２２のバイパス端子１２６に電気的に接続される。
【００３０】
図２の例の参照を続ければ、ＰＶモジュール１０８の正端子１１０はバイパスセレクタ１２０の第２のバイパススイッチ１３０のノーメル端子１３４に電気的に接続される。バイパスセレクタ制御線路１１８はノードコントローラ１１４からバイパスセレクタ１２０の制御入力に信号を伝える。バイパスセレクタ制御線路１１８上のノードコントローラ１１４からの第１の制御信号はバイパスセレクタ１２０を、ＰＶモジュール１０８からの電力出力がＰＶアレイの他のＰＶパネルからの電力出力、例えば第１の電力コネクタＰ１ １０２の端子の電圧及び電流に関する他のＰＶパネルからの電力と組み合わされることを排除する、「バイパス」側切換状態に設定する。「バイパス」側切換状態は本明細書において‘Ｂ’側切換状態とも称される。バイパスセレクタ制御線路１１８上のノードコントローラ１１４からの第２の制御信号はバイパスセレクタ１２０を、ＰＶモジュール１０８からの出力がＰＶパネル１００への電力入力、例えば直列−並列セレクタＸｎ １３８の２つの切換状態の内の１つにしたがってコネクタＰ１ １０２の端子にある電圧及び電流に対応する電力と組み合わされる、非バイパス切換状態とも称される、「ノーマル」側切換状態に設定する。「ノーマル」側切換状態は本明細書において‘Ｎ’側切換状態とも称される。図２の例において、バイパスセレクタ１２０の第１のバイパススイッチ１２２及び第２のバイパススイッチ１３０は「ノーマル」側切換状態で示される。図２はさらに、第１のバイパススイッチ１２２のノーマル端子１２４及び第２のバイパススイッチ１３０のバイパス端子１３６を浮遊端子として示す。必要に応じて、回路に結合される雑音量を減じるため、浮遊端子に受動コンポーネントを電気的に接続することができる。
【００３１】
本実施形態例において、直列−並列セレクタ制御線路１１６はノードコントローラ１１４から直列−並列セレクタＸｎ １３８の制御入力に制御信号を伝える。直列−並列セレクタ制御線路１１６上のノードコントローラ１１４からの第３の制御信号は、直列−並列セレクタＸｎ １３８を、本明細書において‘Ｓ’側切換状態とも称される、「直列」側切換状態に設定する。直列−並列セレクタ制御線路１１６上のノードコントローラ１１４からの第４の制御信号は、直列−並列セレクタＸｎ １３８を、本明細書において‘Ｐ’側切換状態とも称される、「並列」側切換状態に設定する。図２の実施例において、直列−並列セレクタＸｎ １３８の第１のＳ−Ｐスイッチ１４０及び第２のＳ−Ｐスイッチ１４８は「直列」側切換状態で示される。
【００３２】
本発明の一実施形態にしたがう太陽光発電システムは、複数の構成可変ＰＶパネルを有する、少なくとも１つの構成可変ＰＶアレイを備える。大規模太陽光発電システム、例えば発電所用太陽光システムは、必要に応じて、複数の構成可変ＰＶアレイを備えることができる。図３は、ケーブルアセンブリ１６６によって直列電気構成で電気的に接続された整数‘ｎ’枚の構成可変ＰＶパネル１００を有するＰＶアレイ１０の一例を示す。図３に示されるように、直列−並列セレクタ（１３８ Ｘ１，１３８ Ｘ２，．．．１３８ Ｘｎ）は‘Ｓ’側切換状態で示される。図３の実施例において、‘ｎ’枚のパネルのバイパスセレクタ１２０の全ては‘Ｎ’側切換状態に設定されている。ＰＶアレイ負出力端子１７０からＰＶアレイ正出力端子１６８にかけて測定される、ＰＶアレイからの出力電圧Ｖ出力は、‘ｎ’個のＰＶモジュール１０８の出力電圧の総和である。図３に示される構成において、ＰＶアレイの出力電圧は番号ｎのＰＶパネルのコネクタＰ２の端子１ １５８から番号１のＰＶパネルのコネクタＰ１の端子１ １０４にかけて測定される、Ｖ出力である。直列−並列セレクタが‘Ｓ’側切換状態に設定され、バイパスセレクタが‘Ｂ’側切換状態に設定されているＰＶパネルの場合、ＰＶパネルのＰＶモジュールからの出力電圧は、第１の電力コネクタＰ１と第２の電力コネクタＰ２の間のＰＶモジュールをバイパスするＰＶパネルの回線路によって出力電圧Ｖ出力から除外される。
【００３３】
図４は図３のＰＶアレイ１０の、‘ｎ’枚のＰＶパネルが電気的に接続されてＰＶアレイを形成するための多くの別の電気的構成の内の１つの例を示す。図４の例において、整数‘ｎ’枚のＰＶパネル１００は、直列−並列セレクタ（１３８ Ｘ１，１３８ Ｘ２，．．．１３８ Ｘｎ）を‘Ｐ’側切換状態にして、ケーブルアセンブリ１６６によって並列電気構成で電気的に相互接続されている。バイパスセレクタ１２０は‘Ｎ’側切換状態で示されている。ＰＶアレイ負出力端子１７０からＰＶアレイ正出力端子１６８にかけて測定されるＰＶアレイからの出力電圧Ｖ出力は、本例の目的のため、全てが等しい出力電圧を有するＰＶパネル１００の内のいずれか１枚からの出力電圧に等しい。異なる出力電圧を有する構成可変ＰＶパネルの場合、ＰＶアレイ出力電圧は並列電気回路を解析するための従来方法によって計算することができる。図４の例のＰＶアレイからの出力電流は、‘ｎ’枚のパネルのそれぞれからの出力電流、必要に応じる番号１のＰＶパネル１００のコネクタＰ１への電流入力及び必要に応じる番号ｎのＰＶパネル１００のコネクタＰ２への電流入力の算術和に等しい。ＰＶアレイ負出力端子１７０は、図４の破線の接続線路によって示されるように、番号ｎのＰＶパネル１００のコネクタＰ２の端子２ １０６に、または番号１のＰＶパネル１００のコネクタＰ１の端子２ １０６に、選択的に、電気的に接続することができる。ＰＶアレイ正出力端子１６８は、図４の破線の接続線路によって示されるように、番号１のパネルのコネクタＰ１の端子１ １０４に、または番号ｎのパネルのコネクタＰ２の端子１ １５８に、選択的に、電気的に接続することができる。
【００３４】
図４に示される並列構成の例は与えられたレベルの入射光に対して最大量のＰＶアレイ出力電流を発生するという利点を有する。しかし、図４の例において１枚以上のＰＶパネルからの出力電圧が、例えば、ＰＶパネルのＰＶモジュールにわたって落ちる影により、あるいはＰＶパネルまたは付帯相互接続ケーブルの誘電破壊による漏洩電流により、低下すると、ＰＶアレイ全体の出力電圧が低下する。入射光が減少し続けるかまたは漏洩電流が増加し続けると、ＰＶアレイ出力電圧は最終的にインバータの最小入力電圧仕様を下まわり、アレイによってつくられる電力はもはや全くインバータを介して電力網に結合されることができなくなる。すなわち、ＰＶアレイで発生される電力は無効電力になる。
【００３５】
いくつかのＰＶパネルを直列に、他のパネルを並列に、選択的に接続すると、ＰＶパネル間が並列だけで接続されているＰＶアレイに比較して、ＰＶアレイからの出力電圧を高めることができる。インバータの最小入力電圧より高いＰＶアレイ出力電圧を得るための最小数のＰＶパネルを直列に接続することにより、減光状態の下でアレイからの電流出力を最大化することができる。例えば太陽が沈むにつれてまたはＰＶアレイに入射する太陽光を厚い雲の層が徐々に遮るにつれて、低下していく光量に応答して、全パネルが直列に接続され、可能な最高ＰＶアレイ出力電圧が発生されるまで、選択的に直列に電気的に接続されるＰＶパネルの数を多くしていくことができる。
【００３６】
図５は、直列接続と並列接続の組合せで接続された３枚のＰＶパネルを含むＰＶアレイの一例を示す。図５の例において、番号１のＰＶパネル１００は直列−並列セレクタ１３８ Ｘ１が‘Ｐ’側切換状態に設定されている。番号２のＰＶパネル１００の直列−並列セレクタ１３８ Ｘ２は‘Ｓ’側切換状態に設定され、番号ｎのＰＶパネル１００では直列−並列セレクタ１３８ Ｘｎが‘Ｓ’側切換状態に設定されている。図５においてＰＶアレイ正出力端子１６８とＰＶアレイ負出力端主１７０の間で測定されるＰＶアレイ出力電圧は、ＰＶパネルが図４の例に示されるような並列に接続されているＰＶアレイの出力電圧のほぼ２倍である。したがって、図５におけるように構成されたＰＶアレイは図４のＰＶアレイの例よりも低い光量の下でインバータの最小入力電圧以上の出力電圧を発生することができる。図５の例におけるように、ＰＶパネル間の選択的な直列及び並列の接続を有するＰＶアレイは、並列に相互接続されているだけのＰＶパネルがインバータ入力への接続に対して低すぎる電圧で電力を出力する条件の下で、電力網に出力するための電力を取り込む。
【００３７】
図６は直列及び並列の電気的接続の組合せ及び。１２枚の構成可変ＰＶパネルを有する構成可変ＰＶアレイによって発生される、対応するＰＶアレイ出力電圧の例を説明するために用いることができる。図６の構成可変ＰＶアレイ１０の例は１２枚の構成可変ＰＶパネルを有し、それぞれのＰＶパネルは図２または１５の例にしたがい、ケーブルアセンブリ１６６によって電気的に相互接続されてＰＶアレイにされている。ＰＶアレイからの出力電圧Ｖ出力はＰＶアレイ正出力端子１６８とＰＶアレイ負出力端子１７０にかけて測定される。番号１のＰＶパネル１００のコネクタＰ１の端子１ １０４はＰＶアレイ１０の正出力端子１６８に電気的に接続され、正出力端子１６８はさらにインバータ１７２の第１のＤＣ入力に電気的に接続される。番号１２のＰＶパネル１００のコネクタＰ２の端子１ １５８はＰＶアレイ１０の負出力端子１７０に電気的に接続され、負出力端子１７０はさらにインバータ１７２の第２のＤＣ入力に電気的に接続される。図６に簡略化された形態で表されるＰＶパネル１００のそれぞれは、ＰＶモジュール１０８及び直列−並列セレクタ（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，．．．Ｘ１２）を有する。
【００３８】
図７の簡略な等価回路で示される別の構成の一例において、図６のＰＶアレイ１０の、図７ではＰＶモジュール１０８で表される、１２枚のＰＶパネル１００は並列電気回路で接続されている。正端子１１０と負端子１１２にかけて測定される、それぞれのＰＶモジュール１０８からの出力電圧は電圧‘Ｅ’で表される。１２の直列−並列セレクタ（Ｘ１〜Ｘ１２）の全てについて選ばれた‘Ｐ’側切換状態に対応する、図７の並列電気構成に対し、第１と第２の出力端子（１６８，１７０）にかけて測定される、ＰＶアレイの出力電圧Ｖ出力は‘Ｅ’に等しい。
【００３９】
表１は、図６〜１２の例における１２の直列−並列セレクタについて切換状態を挙げている。図８〜１２は図６の実施形態例に対する別の電気構成のさらなる例を示す。図８はそれぞれの群において６枚の構成可変ＰＶパネルが並列に接続されている２つの直列接続された群についての等価電気回路を示す。図８のＰＶアレイ構成は第１と第２のＰＶアレイ出力端子（１６８，１７０）にかけて２Ｅの出力電圧を有する。ここで‘Ｅ’は図７について定義されている。
【００４０】
図９は群毎に４枚の構成可変ＰＶパネルが並列に接続されている３つの直列接続された群についての等価電気回路の一例を示し、ＰＶアレイ出力電圧Ｖ出力は３Ｅに等しい。図１０は群毎に３枚の構成可変ＰＶパネルが並列に接続されている４つの直列接続された群の一例を示し、ＰＶアレイ出力電圧は４Ｅに等しい。それぞれの群が並列に接続された２枚の構成可変ＰＶパネルを有する、６つの直列接続された群を示す、図１１の例に示される構成により、６Ｅに等しいＰＶアレイ出力電圧Ｖ出力が発生される。最後に、図１２はＰＶパネル間の直列接続と並列接続の変更によって達成され得る最大のＰＶアレイ出力電圧値を有する構成の一例を示す。図１２においては、１２の構成可変ＰＶモジュール１０８の全てが直列電気回路に接続されている。
【表１】
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【００４１】
図６のＰＶアレイの例について、図６から１２の例に示されていない他の構成も選ばれ得る。例えば、それぞれ整数‘ｙ’枚の並列接続されたＰＶパネルの整数‘ｘ’個の群に配列されたＰＶアレイから、選ばれた整数‘ｊ’枚のＰＶパネルを残りの整数‘ｋ’枚のＰＶパネルと直列に電気的に接続することができる。あるいは、並列接続された構成可変ＰＶパネルの異なる群が群毎に異なる枚数のＰＶパネルを有することができる。
【００４２】
図６から１２の例は、数１００枚、さらには数１０００枚の、パネルを有する非常に大規模なＰＶアレイに拡張することができる。構成可変ＰＶパネルは、複数の直列接続ＰＶパネルチェーンを有し、直列チェーンがさらに相互に並列電気回路で接続されている、非常に大規模なＰＶアレイにおける使用に良く適している。いくつかの非常に大規模なアレイにおいては、最小ＤＣ入力電圧値が高いインバータが好ましいであろう。例えば、電力網に接続されるインバータの一例において、インバータの最小ＤＣ入力電圧は単ＰＶパネルからの電圧出力のほぼ１５倍である。すなわち、インバータの入力要件を満たすに十分に大きい出力電圧を発生するには、少なくとも１５枚のＰＶパネルが直列で電気的に接続されることになろう。ＰＶアレイは多くの直列接続ＰＶパネルチェーンを有することができ、パネルチェーンはさらに相互に並列に、またインバータの入力に、接続される。大規模構成可変アレイにおける構成可変ＰＶパネルの動作は本明細書で先に説明した例における動作と、それぞれの直列チェーンのＰＶパネルの枚数を拡張し、複数のパネルチェーンを並列電気回路で配置することによって対照することができる。例えば、図７〜１２の例における、ＰＶモジュール１０８で図に表される、構成可変ＰＶパネルのそれぞれを、最小入力電圧が高いインバータに電力を供給しているＰＶアレイにおける非常に多くの枚数のＰＶパネルの挙動をモデル化するため、構成可変ＰＶパネルの直列接続チェーンで置き換えることができるであろう。
【００４３】
構成可変ＰＶアレイにおける構成可変ＰＶパネルの動作を考察したが、以下の例は、ＰＶアレイの個々のＰＶパネルの全てについて、またはＰＶアレイのＰＶパネル群の全てについて、絶縁抵抗をどのようにして測定することができるか、及び、誘電破壊不良が検出されれば、どのようにしてその箇所を、アレイのパーツを分解及び再組立せずに、ＰＶアレイの特定のパーツに特定することができるかを説明する。図１の例の構成可変ＰＶアレイ、ＩＲＴ、コントローラ及びスイッチ、並びに図２の例の構成可変ＰＶパネルを再び参照すれば、ＰＶアレイ内の選ばれたＰＶパネルの絶縁抵抗を測定する方法の一例は、正及び負の出力スイッチ（７０，７１）を開くことによってインバータ１７２をアレイ出力（１６８，１７０）から切り離す工程、次いで、その絶縁抵抗が測定されるべきＰＶパネルを除き、アレイ内の他のパネルのバイパスセレクタを‘Ｂ（バイパス）’側切換状態に設定する工程で始まる。測定されるべきＰＶパネルのバイパスセレクタは‘Ｎ（ノーマル）’側切換状態に設定される。例えば、図１の１番のＰＶパネル１００について絶縁抵抗を測定するためには、２番からｎ番のＰＶパネルのバイパスセレクタが‘Ｂ’に設定され、よってこれらのパネルのＰＶモジュールをバイパスして、バイパスされたＰＶモジュールを絶縁抵抗測定から除外する。２番からｎ番のＰＶパネルがバイパスされている、１番のＰＶパネル１００の測定についての等価回路の一例が図１４に示される。
【００４４】
図１４の例で示唆されるように、測定されるべきＰＶパネル以外のＰＶパネルについてバイパスセレクタを‘Ｂ’に設定するとともに、１番のＰＶパネル１００の出力がＰＶアレイ出力端子（１６８，１７０）に電気的に接続される。ＰＶアレイの残りのＰＶモジュール、すなわち測定されていないＰＶアレイのパーツの出力はＰＶアレイ出力端子に電気的に接続されない。バイパスセレクタの設定後の次の工程で、ＰＶアレイ正出力フィーダー８０がＰＶアレイ負出力フィーダー８１に短絡される。正出力フィーダー８０が負出力フィーダー８１に短絡された後、ＩＲＴ６０が１番のＰＶパネルの絶縁抵抗測定を行う。絶縁抵抗測定は、試験されるＰＶパネルの直列−並列セレクタまたはＰＶアレイの他のパーツの直列−並列セレクタが‘Ｓ’状態または‘Ｐ’状態のいずれにあるかに関わらず、成功裏に完了することができる。図１及び１４の例に示される構成については、上述したようにバイパスセレクタを設定した後の、線路端子６１と接地端子６２の間のＩＲＴ６０による絶縁抵抗測定には、１番のＰＶパネルについて測定された漏洩電流への寄与並びにＰＶパネル間の相互接続ケーブル及びＰＶパネルのバイパスされたパーツのバイパスセレクタと直列−並列セレクタからの寄与が含まれ得る。測定された絶縁抵抗が好ましい範囲にあれば、すなわち、誘電体不良が生じておらず、電気絶縁を通る漏洩電流がＰＶアレイの動作を損なうには小さすぎることを示すに十分に絶縁抵抗が高ければ、異なるＰＶパネル、例えばＰＶアレイの次の順番のＰＶパネルを断路するためにバイパスセレクタを変えることができる。
【００４５】
絶縁抵抗測定完了後、ＩＲＴ６０は測定値を、必要に応じて、ログをとるため及び解析のためまたは外部コンピュータへの送信のために、コントローラ６３に送り、全てのＰＶパネルが測定されてしまうまで、試験はＰＶアレイの次のＰＶパネルに進む。絶縁抵抗測定が完了すると、あるいは絶縁抵抗測定のための時間が尽きると、第１及び第２の短絡スイッチ（５４，５５）を開き、ＰＶアレイ出力電力をインバータ１７２に接続するために正及び負の出力スイッチ（７０，７１）を閉じることによって、ＰＶアレイを通常の動作に戻すことができる。
【００４６】
ＰＶパネル群について絶縁抵抗を測定することができる。ＰＶアレイは選ばれた数のパネル群に区分することができる。ＰＶアレイの全てのＰＶパネルが少なくとも１つの選ばれたＰＶパネル群に割り当てられることが好ましい。全ての群は同じ枚数のＰＶパネルを有することができ、あるいはそれぞれの群に異なる枚数のパネルを割り当てることができる。パネル群は、大規模アレイ内の区域により、様々な製造業者からのパネルを有するアレイにおいてパネル製造業者により、パネルの製造後経過年数により、またはアレイ管理者によって選ばれるその他の基準により、選ぶことができる。絶縁抵抗測定が開始される前に、例えば先に説明したようにコントローラ６３により、出力スイッチ（７０，７２）を開くことでインバータ１７２をアレイから切り離すことができ、正出力分岐線路５０及び負出力分岐線路５１が接続し合わされる。次いで測定のためのＰＶパネル群を選ぶことができ、選ばれた群内の全てのＰＶパネルのバイパスセレクタが‘Ｎ’に設定され、ＰＶアレイの残りのＰＶパネルのバイパスセレクタが‘Ｂ’に設定される。１枚の構成可変ＰＶパネルについて先に説明したように、絶縁抵抗がＩＲＴ６０によって測定される。得られた絶縁抵抗値は選ばれた群内のＰＶパネル及び相互接続ケーブルに該当する。別のＰＶパネル群を試験するため、先に試験された群内のＰＶパネルのバイパスセレクタが‘Ｂ’に設定され、新しく選ばれた群内のＰＶパネルのバイパスセレクタが‘Ｎ’に設定されて、新しい絶縁抵抗値が測定される。ＰＶアレイ全体が評価されてしまうまで、この態様で群を一つずつ順次に試験することができる。ある群の絶縁抵抗測定値が、低抵抗値、大漏洩電流、または誘電破壊に対応する抵抗値のような望ましくない絶縁抵抗状態を示せば、その群内の個々のＰＶパネルを、１つ以上のパネルに問題が見つかるまで、先に説明したように測定することができる。個々のＰＶパネルについてと同様に、ＰＶパネル群について絶縁抵抗の経時傾向及び変化率を計算することができる。
【００４７】
絶縁抵抗問題は、ＰＶパネルだけでなく、ＰＶアレイのケーブルアセンブリまたはフィーダーにもおこり得る。したがって、ＰＶパネルの測定を行う前にケーブルアセンブリ及びフィーダーの絶縁抵抗をチェックすることが望ましいであろう。図１の例のＰＶアレイ１０のケーブルアセンブリ１６６及びフィーダー８０と８１をチェックするため、それぞれのＰＶパネルの直列−並列セレクタを‘Ｓ’に設定することで全てのＰＶパネルを直列に相互接続し、次いで全てのバイパスセレクタを切換状態‘Ｂ’に設定する。図２並びに直列−並列セレクタ及びバイパスセレクタ１２０の動作についての上記関連説明を参照されたい。出力スイッチ（７０，７１）を開くことでＰＶアレイをインバータ１７２から切り離すことができ、第１及び第２の短絡スイッチ（５４，５５）を閉じることで正及び負のフィーダーを相互に短絡させることができる。ＰＶアレイの全てのＰＶパネルを直列電気接続にし、アレイをインバータから分離し、全てのバイパスセレクタを‘Ｂ’に切り換えた後に、ＰＶパネルの全直列接続ＰＶパネルの絶縁抵抗測定を、ＩＲＴ６０を用いて行うことができる。
【００４８】
バイパスセレクタの改変により、上述したような直列接続された全ＰＶパネルによるケーブルアセンブリ及びフィーダーの絶縁抵抗試験中に検出された問題の源としての特定のＰＶパネルまたはケーブルアセンブリの識別が可能になる。バイパスセレクタは必要に応じて図１５に示されるように断路スイッチ９０を有することができる。あるいは、図１５の例に示されるように断路スイッチ９０を電気的に接続することができるが、バイパスセレクタ１２０とは独立のパーツとすることができる。断路スイッチ９０はノードコントローラ１１４によって開閉させることができる。絶縁抵抗測定は、初めに、全てのバイパスセレクタを‘Ｂ’に設定し、ＰＶアレイの全てのＰＶパネルを電気的に直列に接続し、１番からｎ番の全てのＰＶパネルの断路スイッチを閉位置にして、行うことができる。図１５はスイッチ端子９１と９２の間で閉位置にある断路スイッチ９０の一例を示す。上述したようにバイパスされた直列接続ＰＶパネルチェーンの絶縁抵抗問題が検出されなければ、ケーブルアセンブリには絶縁抵抗問題が存在しないと結論することができる。しかし、絶縁抵抗問題、例えば所望の値より低い絶縁抵抗値または既に発生している誘電破壊を表す値が検出されれば、それぞれのＰＶパネルの断路スイッチ９０を順次に、ｎ番のＰＶパネル１００から始め、次いで、ｎ−１番のパネル，ｎ−２番のパネル，．．．と、逆順で開いてゆき、測定値が絶縁抵抗に問題がないことを示すまで、それぞれの断路スイッチ９０を開く毎に新しく絶縁抵抗測定を行うことによって問題の箇所を決定することができる。
【００４９】
ｎ番のＰＶパネル１００の断路スイッチ９０を開くと、ｎ番のＰＶパネル１００及びフィーダー８１がＰＶアレイの残りのＰＶパネルから電気的に断路される。ｎ番のＰＶパネル１００の断路スイッチを開いて絶縁抵抗測定を行うと、ｎ番のＰＶパネル及びフィーダー８１は残りの直列接続されたＰＶパネル及びケーブルの絶縁抵抗測定から除外される。ｎ番のＰＶパネル１００の断路スイッチ９０を開いた後に、絶縁抵抗問題が検出されなければ、絶縁抵抗問題の箇所はｎ番のＰＶパネル１００またはフィーダー８１にあると特定することができる。ｎ番のＰＶパネル１００の断路スイッチ９０を開いた後にもまだ絶縁抵抗問題が検出されれば。絶縁抵抗問題の箇所は、より小さい番号のＰＶパネルまたはそのＰＶパネルの次に大きい番号のＰＶパネルへの付帯ケーブルアセンブリ１１６にあると特定することができる。直列接続ＰＶパネルチェーンの絶縁抵抗測定を順に続け、それぞれのパネルの断路スイッチを、一度に１つずつ、開いていくことにより、絶縁抵抗問題が初めに検出されなかったときにその断路スイッチが開かれた番号のＰＶパネルと次に大きな番号のＰＶパネルにそのＰＶパネルを接続しているケーブルアセンブリの組合せに絶縁抵抗問題の箇所があると特定することができる。
【００５０】
本発明の開示される実施形態は、許容できないほど大きい漏洩電流値に対応する絶縁抵抗値を有するＰＶパネルまたはケーブルアセンブリを検出することにより、ＰＶアレイからの出力電力化の最適化に適用することができる。ＰＶアレイの１つのＰＶパネルからの漏洩電流は、先に論じたように、アレイ全体からの電力出力を低下させ得る。本発明の実施形態にしたがうＰＶアレイ出力電力を最適化する方法は、ＰＶアレイのそれぞれのＰＶパネルについて絶縁抵抗値を測定する工程、絶縁抵抗測定値を、ＰＶアレイの電気絶縁を通る許容できないほど大きい漏洩電流値に対応し、さらにＰＶアレイからの許容できないほど低い電力出力の閾に対応する、閾値と比較する工程及び閾値より小さい絶縁抵抗値を有するＰＶパネルを、そのバイパスセレクタを‘Ｂ’に設定することにより、断路する工程を含む。構成可変ＰＶパネルの絶縁抵抗測定は、ＰＶアレイの全てのＰＶパネルが試験されてしまい、閾値より小さい絶縁抵抗を有するＰＶパネルの全てがアレイからバイパスされてしまうまで、続けることができる。同様に、ＰＶアレイ出力に結合される電圧と電流及び閾値より小さい絶縁抵抗値を有するＰＶパネルの数を最小限に抑えることによって、ＰＶアレイからの電力出力を最大化することができる。
【００５１】
本明細書内で別途に明白に言明されない限り、通常の用語はそれぞれの提示のそれぞれの文脈内でそれぞれの対応する通常の意味を有し、通常の術語はそれぞれの対応する普通の意味を有する。
【符号の説明】
【００５２】
１０    ＰＶアレイ
４０    接地端子
４４    接地バスバー
５０    ＰＶアレイ正出力分岐線路
５２    正出力分岐端子
５４，５５    短絡スイッチ
６０    メガー（ＩＲＴ）
６３    （メガー）コントローラ
６５    通信ネットワーク
７０    正出力スイッチ
７１    負出力スイッチ
８０    ＰＶアレイ正出力フィーダー
８１    ＰＶアレイ負出力フィーダー
９０    断路スイッチ
１００    ＰＶパネル
１０８    ＰＶモジュール
１１４    ノードコントローラ
１２０    バイパスセレクタ
１２２，１３０    バイパススイッチ
１３８    直列−並列セレクタ
１４０，１４８    Ｓ−Ｐスイッチ
１６２    制御／モニタリングインターフェース
１６４    双方向Ｉ／Ｏバス
１６６  ケーブルアセンブリ
１６８    ＰＶアレイ正出力端子
１７０    ＰＶアレイ負出力端子
１７２    インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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