(57)【要約】  モジュール式直流電気エネルギー源によって生成される電気エネルギーを、（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステムであって、１以上のＤＣ／ＡＣ変換を介して電気エネルギーを使用するための１以上のシステムの上流に配置され、直流電気エネルギーを生成する相互に接続された複数のモジュールからなるシステムと、電気エネルギーを使用するための１以上のシステムの上流に配置され、直流電気エネルギーを生成する複数のモジュールによって生成される電気エネルギーを貯蔵および供給する相互に接続された複数の要素からなるシステムと、複数のモジュールおよび複数の要素間の相互の接続を管理する少なくとも１つの電子制御ユニットと、を備えるシステムについて記載する。電子制御ユニットにより、相互に接続された複数のモジュールのうちの少なくとも一部から、電気エネルギーが、貯蔵および供給を行う複数の要素の少なくとも一部に直接供給され、および／または、電気エネルギーを使用する前記１以上のシステムに直接供給され、複数の要素のうちの少なくとも一部が、電気エネルギーを、電気エネルギーを使用する１以上のシステムに直接電気エネルギーを供給できる。【選択図】図６
2014524722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール式直流電気エネルギー源によって生成される電気エネルギーを、（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステムであって、
１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムの上流に配置され、直流電気エネルギーを生成する相互に接続された複数のモジュールからなるシステムと、
前記１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムの上流に配置され、前記直流電気エネルギーを生成する前記複数のモジュールによって生成される電気エネルギーを蓄積および供給する相互に接続された複数の要素からなるシステムと、
前記複数のモジュール間の相互接続および前記複数の要素の間の相互接続を、可変な態様で設定して、相互に接続された前記複数のモジュールのうちの少なくとも一部から、電気エネルギーが、蓄積および供給を行う前記複数の要素の少なくとも一部に直接供給されるように、および／または、前記１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムに直接供給されるようにして、前記複数の要素のうちの少なくとも一部が、前記１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムに直接、電気エネルギーを供給できるようにする、少なくとも１つの電子制御ユニットと、を備えるシステム。
【請求項２】
前記相互に接続された複数の要素からなるシステムが、場合によっては、ＤＣ／ＤＣ変換を介して、直流電気エネルギーを使用するシステムに直接、電気エネルギーを供給するように、前記少なくとも１つの電子制御ユニットが構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電子制御ユニットは、前記相互に接続された複数のモジュールからなるシステムの出力、ならびに、前記相互に接続された複数の要素からなるシステムの出力および入力における、電圧および電流を判断するように構成され、前記複数のモジュールおよび前記複数の要素の直列および／または並列の相互接続を判断する、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記直流電気エネルギーを生成する前記相互に接続された複数のモジュールからなるシステムは、
前記複数のモジュールのうち、アノード端子およびカソード端子をそれぞれ含むモジュールを２つ以上含み、
前記複数のモジュールからなるシステムは更に、
前記システムのアノード端子およびカソード端子に接続される少なくとも１つの第１の電線と、
第１の電気スイッチ手段と、を有し、
前記第１の電気スイッチ手段のうちの少なくとも１つは、前記複数のモジュールそれぞれに配置され、
前記第１の電気スイッチ手段は、前記少なくとも１つの電子制御ユニットが発行するコマンドに応じて、前記複数のモジュールのうちの一のモジュールの前記アノード端子および／または前記カソード端子を、前記複数のモジュールのうちの別のモジュールの前記アノード端子および／または前記カソード端子と接続する、もしくは、前記第１の電線と接続する、または、前記システムから１以上のモジュールの接続を解除するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記直流電気エネルギーを生成する前記相互に接続された複数のモジュールからなるシステムは、
２つ以上の第１アレイを有し、
前記第１アレイはそれぞれ、複数の前記第１の電線のうちの１つを含み、
前記少なくとも１つの電子制御ユニットは、前記第１アレイ間の並列接続を判断する手段、または、前記第１アレイのグループを並列に分割する手段を有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記電気エネルギーを蓄積および供給する前記相互に接続された複数の要素からなるシステムは、
前記複数の要素のうち、アノード端子およびカソード端子がそれぞれ設けられた要素を２つ以上含み、
前記複数の要素からなるシステムは更に、
前記システムのアノード端子およびカソード端子に接続される少なくとも１つの第２の電線と、
第２の電気スイッチ手段と、を有し、
前記第２の電気スイッチ手段のうちの少なくとも１つは、前記複数の要素それぞれに配置され、
前記第２の電気スイッチ手段は、前記少なくとも１つの電子制御ユニットが発行するコマンドに応じて、前記複数の要素のうちの一の要素の前記アノード端子および／または前記カソード端子を、前記複数の要素のうちの別の要素の前記アノード端子および／または前記カソード端子と接続する、もしくは、前記第２の電線と接続する、または、前記システムから１以上の要素の接続を解除するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記電気エネルギーを蓄積および供給する前記相互に接続された複数の要素からなるシステムは、
２つ以上の第２アレイを有し、
前記第２アレイはそれぞれ、複数の前記第２の電線のうちの１つを含み、
前記少なくとも１つの電子制御ユニットは、前記第２アレイ間の並列接続を判断する手段、または、前記第２アレイのグループを並列に分割する手段を有する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の電線には、アレイ線が設けられ、
前記スイッチ手段は、前記少なくとも１つの電子制御ユニットが発行するコマンドに応じて、少なくとも別のパネルとの直列接続を確立するべく、前記アレイ線を対応するパネルに接続するように構成される、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項９】
前記２つ以上のモジュールはそれぞれ、少なくとも１つの電気入力および少なくとも１つの電気出力を含み、
前記スイッチ手段は、少なくとも１つの入力スイッチおよび少なくとも１つの出力スイッチを含み、
前記入力スイッチおよび前記出力スイッチは、前記少なくとも１つの電子制御ユニットが発行するコマンドに応じて、前記第１の電線を、前記電気入力および前記電気出力に接続するように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記スイッチ手段は、前記対応するモジュールの前記入力スイッチおよび前記出力スイッチが開放されると、前記アレイ線を閉じるように構成された少なくとも１つの第３のスイッチを含み、前記少なくとも１つの電子制御ユニットが発行するコマンドに応じて、前記対応するモジュールとの接続を解除するまたは前記アレイ線を開放する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステムを管理する方法であって、
前記少なくとも１つの電子制御ユニットにより、第１のスイッチ手段を操作することにより、前記直流電気エネルギーを生成する前記複数のモジュールをそれぞれ、別のモジュールと相互に接続する、および／または、前記複数のモジュールのうちの１以上の接続を解除する段階と、
前記少なくとも１つの電子制御ユニットにより、第２のスイッチ手段を操作することにより、前記電気エネルギーを蓄積および供給する前記複数の要素をそれぞれ、別の要素と接続する、および／または、前記複数の要素のうちの１以上の接続を解除する段階と、を備える方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの電子制御ユニットによって、少なくとも１つの第１の電線および／または少なくとも１つの第２の電線上の第１のスイッチ手段および／または第２のスイッチ手段を操作することにより、第１アレイおよび／または第２アレイを並列に相互に接続する、および／または、前記第１アレイおよび／または前記第２アレイのグループを分離する段階、を備える請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュール式直流電気エネルギー源によって生成される電気エネルギーを生成、管理および使用するシステム、ならびに、当該システムを管理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギー生成システムの多くは、依然として、エネルギー輸送および分配に問題を抱える大型の発電所によって構成されており、規則的な一方向電流が流れる電線に沿った損失を最小現に抑えることが非常に重要である。エネルギーは、経路の大部分において、高電圧で輸送される。しかしながら、将来は、電気エネルギーの大部分が、少量単位で生成されることが多くなると考えられる。したがって、中程度または低い電圧で供給網へと供給されることが必要となり、その場合、生成されたエネルギーの変圧および輸送を最小限に抑えることが非常に重要である。理想的な条件では、地域的にコンパクトな、エネルギー生成とエネルギー使用がほぼ一致する"エネルギーアイランド（energy island）"が複数存在し、複数のアイランド間でエネルギーを交換し、特に、隣接しないアイランド間でのエネルギー交換は、最小限に抑えられる。
【０００３】
小さなシステムが数多く存在し、最も大きな発電所は、より少ないエネルギーの生成で済むことから、少量単位で生成されるエネルギーの寄与は多くなると予想される。
【０００４】
以下、例として、光起電変換システムによって生成される電気エネルギーを参照して説明がなされる。実際に、光起電エネルギー源は、再生可能エネルギー源（以下、ＦＥＲとも称される）が直面する問題についても非常に有効な態様で例示を行うことができ、"アイランド"型の供給網インフラが広く使用されるようになってきている。拡散して分布し、光起電システムと同様な動作特性を有するその他のエネルギー源、例えば、太陽エネルギーの光−電気化学変換に基づく再生可能資源からのエネルギー生成のためのシステムについても、同様な問題が考えられる。
【０００５】
より一般的には、例えば、直流（ＤＣ）ダイナモ小型風力発電所、または、力学的エネルギーを直流電気エネルギー等へと変換するシステムのような、モジュール式直流電気エネルギー源について、上記のような問題が考えられる。
【０００６】
したがって、以下に記載する結論の大部分を、光起電システムによって生成される電気エネルギーの場合に限定することなく、概して、時間依存の生成プロファイルおよび電力に加えて電流−電圧特性を計画するのが不可能である、プログラム不可能エネルギー源を伴う様々な種類のシステムに対して適用可能である。
【０００７】
周知のように、太陽放射は領域全体を覆うことから、電気エネルギー生成のための太陽放射の利用は、必然的に、領域全体に分布することになる。更に、変換効率があまり高くないことから、大量のエネルギーを生成するには、通常、非常に大きな面積が必要となる。したがって、将来は、このような光起電システムが、広い領域にわたって分布し、例えば、このようなシステムを収容するのに適した屋根を有する建物に取り付けられることが予想される。
【０００８】
天気予報の精度については更なる改善が必要かもしれないが、予報精度が上がれば、一日がおよそ晴れであるかを容易に知ることができるが、空が曇っている場合には、例えば、雲の動きが速く、雲に太陽が隠れてしまうような場合には、数秒で大きな変動（最大出力が、低い出力または出力０になる場合もある）があり、光起電システムの瞬間的な生成プロファイルを予測することは現実的に不可能である。仮に、瞬間的な生成プロファイルが可能であるとしても、光起電システムでは、典型的に発電量の変動が速いことから、これを追従することが可能な消費プロファイルを取得することは現実的に不可能である。
【０００９】
したがって、プログラム不可能源（例えば、光起電システムのように、計画または強制ができない自然発生による自然現象を利用した発電）によって生成されたエネルギーを共有することが増えると、供給網におけるバランスの問題がより重要となる。供給網のバランスの概念は、瞬間的な概念に基づく、すなわち、供給網において瞬間毎にバランスがとれていなければならないという概念であり、非常に速い遷移であっても、異符号のアンバランスによる補償を考慮せず、電気システムのインテグリティに対して負の影響という観点で加算される。
【００１０】
このバランスの問題を、エネルギー貯蔵システム（以下、ＳＡＥとも称される）を利用して解決しようという試みがなされている。このようなシステムは、生成されるエネルギーを吸収および貯蔵することができ、必要な時に、負荷が利用することが可能となる。現在、光起電エネルギーに基づく周知の種類の再生可能エネルギー生成システムは、最初は直流電圧の形態でパネルによって生成されたエネルギーを、ローカルユーザ装置が利用可能な、または、交流形式で生成された公共のエネルギー供給網に渡すことができる交流電圧へと変換するインバータシステムに接続された複数の太陽パネルから構成されている。
【００１１】
したがって、インバータシステムは、生成されたエネルギーを直流電圧として受信し、発電源から見た負荷を、電流−電圧の組（Ｉ−Ｖ）として、瞬間毎にパネルによって生成された電力に適用することにより、交流電圧へと変換する。これは、例えば、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ）アルゴリズムに従って実行される処理に基づく制御システムを使用して行われる。しかしながら、この解決策には、幾つかの欠点が存在する。（ｉ）直流−交流電圧変換には変換損失が伴う、（ｉｉ）電流値および電圧値の特定の区間において、インバータが動作不可能となるまたは低い効率レベルでのみ動作可能となる場合があり、ＦＥＲによって生成されたエネルギーが完全にまたは部分的に消散する、（ｉｉｉ）特定の条件または特定の時間に、供給網が、システムよって生成されたエネルギーを吸収することができない場合があり、この場合、流れを止めることになり、損失が発生する。
【００１２】
（ｉｉｉ）の場合は、典型的には、日照が弱いまたは不十分（夜明け、夕方、濃霧、霞または曇り空）の時に生じる。
【００１３】
生成されたエネルギーの全てが、直接、交流電圧へと変換される典型的な構成では、負荷が直流電圧を使用しなければならない場合、直流電圧を再び取得するのに二重変換が必要となり、非効率的である。
【００１４】
しかしながら、典型的な負荷は交流電圧を使用し、生成されたエネルギーの大部分が供給網に渡されることから、これまでのところ、この非効率性は、さほど重要であると捉えられていない。アンバランスの問題に直面することなく、供給網が、計画できない態様で生成される大量のエネルギーを吸収するのは不可能であることから、将来的には、重要になると考えられる。
【００１５】
したがって、発電システムのダウンストリームに、エネルギー貯蔵システムＳＡＥを挿入することが必要であり、ＳＡＥは、貯蔵時には、ＤＣ負荷と同様である。
【００１６】
ＦＥＲとインバータ間の適用の負担を、後者が完全に負う、光起電システムとインバータの間の典型的な構成においても、エネルギー生成が特定の閾値を下回ると、直流電流電気エネルギーを、交流電流へと変換することができず、エネルギーが失われてしまう。
【００１７】
従来技術では、柔軟な構成技術を使用して、柔軟性を導入する試みがなされている。この場合、典型的な太陽パネルシステムは、アレイで編成されていることから、複数のパネルの一部が時々日陰になり、他の日陰になっていないパネルと比較して、エネルギー生成が大幅に落ちると、このようなパネルは、発電から除外される。しかしながら、除外することは、通常、このようなパネルが属するアレイ全体の単位に関して行われ、接続が切断されたアレイの他のパネルは、効率的にエネルギー生成可能であることから、上記の方法では、エネルギーを無駄にしている。
【００１８】
文献"An Adaptive Photovoltaic-Inverter Topology（適応型光起電インバータトポロジー）- Mahamoud A. Alahmad 他、ネブラスカ大学（米国）、2011-IEEE 978-1-61284-220-2/11"には、この種の損失を解決する方法が記載されている。上記の文献では、太陽パネルのアレイにプログラム可能な態様で接続され、様々な特性を有する様々なインバータを使用することを提案しており、この場合、固定された構成を有する通常の光起電システムと比較して、システムが、エネルギー生成を続けられる日照値の範囲を広げることができる。光起電システムとインバータとの間の結合を最適化することを目的として、システムの出力電圧を決定するアレイの長さを、柔軟な態様で設定し、発電が減少した場合には、長いアレイとし、発電が増加した場合には、短いアレイとする。この周知の方法によれば、通常、スイッチングマトリクスを使用して柔軟な直列−並列回路が形成され、図１には、光起電モジュールを、様々な接続に変更可能とするスイッチングマトリクスに接続可能な典型的なケースが例示されている。
【００１９】
このスイッチングマトリクスに基づく接続方法には、複数の光起電モジュールの個々について、モジュール間およびスイッチングマトリクス間の距離にわたる配線を取り付けなくてはならないため、多量の配線が必要となるという欠点が存在する。大型の光起電システムの場合、このような配線はむしろ、時間が掛かりまたコストが高くなること（この点に関して、スイッチングマトリクスもサイズが大きくなり、より複雑なシステムとなることが指摘されるべきである）は明らかである。更に、上記の文献で提案された解決方法は、複数のインバータを必要とし、ＤＣ／ＡＣエネルギー変換による損失が存在する。
【００２０】
また、上記の解決方法では、システムの電気エネルギー出力に突然の変動が生じる、パネル照射条件によって決まる非常に速いアンバランスを補償するという問題に対処できない。
【００２１】
現在、最も広く使用されている、モジュール式直流エネルギー生成システムの構成は、それぞれが固定されたアレイに接続されたモジュール（パネル）を使用している。各アレイは、固定数の直列に接続されたモジュールを含み、アレイ同士は、並列に接続されている。このような直列−並列組み合わせによる出力が、インバータに接続されて、インバータは、入力されたエネルギーを、供給網に渡されるまたは共通ＡＣ負荷によって使用される交流電流へと変換する。発電所の電力値および電流−電圧特性は、０からピーク値の間で変化することから、いずれも一定ではないことは明らかである。このことから、インバータ技術では、インバータの段階で、高効率レベルで動作させるのに有用な適応機構を、入力段階に含むようになっている。また、このようなインバータの効率は、入力値が特定の区間内である場合にのみ最適化され、この区間を外れると、性能レベルが低くなることは明らかである。
【００２２】
最も一般的に多く使用されている構成、および、上記したＳＡＥエネルギー貯蔵機能を使用することを希望する場合、充電装置と称される整流システムを間に入れることにより、エネルギーが交流形式でＳＡＥに供給されるが、充電装置は、効率が１００％未満であり、とても高価な装置である。上記から、周知のＦＥＲ−ＳＡＥシステムは、初期エネルギー源の変動が非常に大きいにも関わらず、装置それぞれが最適な条件で動作可能とするために、通常、特定の数のＤＣ−ＡＣおよびＡＣ−ＤＣ変換および適応を使用しているが、それにおける、適応および管理の問題が発生していることが明らかとなった。また、適応および変換サブシステムも、損失が生じ、理想的な動作点に達していない。
【００２３】
貯蔵システムと結合する最適な直流結合を形成するために、ＡＣ／ＤＣ充電装置を利用することの代替として、理論的には、ＤＣ／ＤＣコンバータの利用が考えられる。しかしながら、この解決方法では、十分に広い範囲の値で動作可能な高品質のコンバータを、各モジュールに設ける必要があり、非常にコストが高くなる。また、このような変換装置であっても、入力値許容誤差が完全に０になるわけではない。
【００２４】
問題につながると予測される別の側面として、電気システムが、"スマートグリッド"として規定されるシステム、すなわち、もはや"単純な"輸送インフラではなく、負荷、発電源およびエネルギー貯蔵システム（ＳＡＥ）と自動的にやり取りをすることができるエネルギー管理機能が組み込まれた電気供給網に向かって将来発展すると予測されることが挙げられる。
【００２５】
多くのＦＥＲが、中程度から小さな範囲に分布するエネルギー源であるという事実と"スマートグリッド"の概念とを組み合わせると、上記したように、"アイランド"または"エネルギー区域"に分割された供給網構造が広く使用されるようになると考えられる。"エネルギー区域"は、エネルギー源の全ての側面を管理するコンピュータ、または、コントローラを使用する特徴を有する。このような複数のコンピュータの物理的位置および実行すべき機能の詳細については、現在も多くの提案がなされており、実際に将来開発される"スマートグリッド"の概念が、エリア毎およびオペレータ毎に異なる構造スキームに基づくという可能性は除外されるべきでないが、エネルギー管理という観点では、"スマートグリッド"の潜在的有効性に影響を与えることはない。
【００２６】
（程度の差はあるが、柔軟な）負荷、エネルギー源（ＦＥＲ）およびエネルギー貯蔵システムＳＡＥを含む電気システムのエネルギー効率を最適化するプロセスを実装するコントローラの周知の例が、米国特許US-7783390-B2号広報に記載されている。しかしながら、上記広報に記載されている電気システムは、エネルギー貯蔵システムＳＡＥを、インバータの下流に位置させる必要があり、電力をＳＡＥに供給するためのＡＣ／ＤＣコンバータの存在に関連する上記の問題が生じる。
【発明の概要】
【００２７】
本発明は、上記の問題を解決する、モジュール式直流電流電気エネルギー源によって生成された電気エネルギーを生成および（貯蔵および供給のために）使用するシステム、および、当該システムを管理する方法を提供することを目的とする。
【００２８】
本発明は、モジュール式直流電気エネルギー源によって生成された電気エネルギーを（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステムに関する。システムは、１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムの上流に配置され、直流電気エネルギーを生成する相互に接続された複数のモジュールからなるシステムと、
前記１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムの上流に配置され、エネルギーを生成する複数のモジュール（パネル）によって生成される電気エネルギーを貯蔵および供給する相互に接続された複数の要素からなるシステムと、
相互に接続された複数のモジュールのうちの少なくとも一部から、電気エネルギーが、貯蔵および供給を行う複数の要素の少なくとも一部に直接供給されるように、および／または、１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムに直接供給されるように、複数のモジュール間の接続および複数の要素の間の接続を管理して、複数の要素のうちの少なくとも一部が、電気エネルギーを、１以上のＤＣ／ＡＣ変換システムに直接、電気エネルギーを供給できるようにする、少なくとも１つの電子制御ユニットと、を備える。
【００２９】
望ましくは、電気エネルギーを（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステムにおいて、相互に接続された複数の要素からなるシステムが、電気エネルギーを、ＤＣ負荷システムに直接供給できるような態様で、少なくとも１つの電子制御ユニットが構成される。望ましくは、電気エネルギーを（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステムにおいて、電気エネルギーを生成する相互に接続された複数のモジュール（パネル）からなるシステムは、２つ以上の第１アレイを有し、第１アレイはそれぞれ、第１の電線のうちの１つを含み、少なくとも１つの電子制御ユニットは、第１アレイ間の並列接続を判断する手段、または、第１アレイのグループを並列に分割する手段を有する。
【００３０】
望ましくは、電気エネルギーを（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステムにおいて、電気エネルギーを貯蔵および供給する相互に接続された複数の要素からなるシステムは、２つ以上の第２アレイを有し、第２アレイはそれぞれ、第２の電線のうちの１つを含み、少なくとも１つの電子制御ユニットは、第２アレイ間の並列接続を判断する手段、または、第２アレイのグループを並列に分割する手段を有する。
【００３１】
特に、本発明は、モジュール式直流電気エネルギー源によって生成される電気エネルギーを、（貯蔵および供給のために）生成および使用するシステム、および、本明細書の一部を構成することを意図した添付の特許請求の範囲に記載されるような当該システムを管理する方法に関する。
【００３２】
本発明の更なる目的および利点については、以下の望ましい実施形態の説明から明らかになるであろう。望ましい実施形態は、添付の図面を参照して、非制限的な例を提供する。添付の図面において、同じ参照番号および文字は、同じアイテムまたは構成要素を特定する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】光起電パネルを相互に接続する周知のシステムの一例が示されている。
【図２】本発明に係る光起電パネルを相互に接続するシステムの例が示されている。
【図３】本発明に係る光起電パネルを相互に接続するシステムの例が示されている。
【図４】本発明に係る光起電パネルを相互に接続するシステムの例が示されている。
【図５】本発明に係る光起電パネルを相互に接続するシステムの例が示されている。
【図６】本発明に係る、再生可能電気エネルギー生成システム、電気エネルギー貯蔵システムおよび制御システム間の相互接続を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る、再生可能電気エネルギー生成システム、電気エネルギー貯蔵システムおよび制御システム間の相互接続を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る電気エネルギー貯蔵システムのセル相互接続システムの実施形態の例を示している。
【図９】本発明の制御システムのオペレーションフローチャートの一例が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
電気エネルギーが、光起電変換システムによって生成される非制限的な場合を特に参照して、説明がなされる。しかしながら、本発明の適用範囲は、太陽エネルギーの光−電気化学変換に基づく再生可能資源からのエネルギー生成のためのシステムにも拡張される。
【００３５】
より一般的に、本発明は、例えば、直流（ＤＣ）ダイナモ小型風力発電所、または、力学的エネルギーを直流電気エネルギー等へと変換するシステムのような、モジュール式直流電気エネルギー源に適用可能であることを意図する。第１の側面によれば、本発明は、ＦＥＲシステム、特に、光起電システムで構成されたシステムは一般的に、システム全体の大きさと比較すると、小さなサイズのパネルまたはモジュールで構成されているという事実を利用する。このようなモジュールは、柔軟性をもって、直列におよび／または並列に組み合わせることができるような態様で、互いに接続可能である。図２には、単純に、特定の数のスイッチを駆動することによって、どのようにこのような柔軟性を得ることができるかが示されている。
【００３６】
図２には、単純に、スイッチＩ１、…Ｉｎを駆動することにより、どのように仮定に基づく回路の個々のモジュールＭ１、…Ｍｎを可変長アレイへと編成することができるかが示されている。"アレイ"は、外側から見ると２つの端子のみが見えるような態様で互いに接続された複数のモジュールの一群を対象としている。したがって、複数のモジュールが一列に配列されることが想像でき、この列は、利用可能な空間に合理的に収めるために、コイル状に巻かれてコンパクトに収容されてもよいことは明らかである。
【００３７】
各モジュールの瞬間的な振る舞いに応じて、直列に接続される連続した複数のモジュールを確立することができ、それにより、アノードＡ１（正極端子）およびカソードＣ１（負極端子）として図示される、回路の２つの端子間にわたる所望の直流型の電圧を判断する。直列に接続された連続したモジュールが所望の数に達すると、直列接続が停止し、図２に示すようにスイッチを適切に動作させることにより、２つの連続したパネルの電極をそれぞれ、システムのアノードＡ１およびカソードＣ１と接続することによって、新たな直列の（またはアレイ）のモジュールの構築を開始する。このように構築される様々な直列（またはアレイ）は、互いに並列に接続される。
【００３８】
図２には、上部および下部の１つのアノードおよび１つのカソードのみが示されている。しかしながら、アセンブリ全体のモジュールが、２、３または総数Ｎ個の異なるサブ回路または部分へと分割することができるように編成される、２、３、または総数Ｎ個のアノード−カソードの組を有するシステムを想到することができる。
【００３９】
図３．１および図３．２には、２区画または３区画に分割できる回路の例が示されている。図３．１に示される、生成されるエネルギーが２つの部分Ｓ１およびＳ２へと分割される場合が、特に単純な例である。並列に接続された複数のモジュールのアレイの複数のセットが、１つの部分Ｓ１またはＳ２を形成している。この場合、対向するアノード端とカソード端において、各部分の２つの入力／出力端子を接続し、所望の割合でアレイを分離するべく、必要に応じて、スイッチを開放すれば十分である。
【００４０】
また、２つの部分に区画する場合には１点を開放していたが、３つの部分Ｓ'１、Ｓ'２、Ｓ'３（図３．２）に区画するには、その部分のカソード導体およびアノード導体を２点で開放することにより、容易に達成できる。この場合、別の入力／出力端子を、導体の新たな組に接続してもよい。
【００４１】
上記の例から、アレイの接続を適切に編成することにより、区画の数を一般化することができることは明らかである。
【００４２】
アレイのより多くの部分へと区画できることは、例えば、様々な部分で生成された電気エネルギーを異なるユーザに供給する場合に有用であると考えられる。
【００４３】
図２に示した回路図では、モジュール間にスイッチが存在し、全てのスイッチが１つのマトリクス内に集中していた従来技術の場合と比較すると、配線の量が大幅に減っており、更に、システムの敷設および接続の形成を簡単にすることができる。
【００４４】
実際に、図２に示したスキームは、光起電パネルまたはモジュールそれぞれの電極にスイッチを位置させ、それにより、パネル事態に組み込むという非常に単純な態様で実装可能である。
【００４５】
図４に示すように、一つ一つのモジュールＮ−１、Ｎ、Ｎ＋１が、１組の単純な２路スイッチＩ４１、Ｉ４２を含み、３つの入力端子ＭＩおよび３つの出力端子ＭＵ（図では、モジュールＮに示されている）を有すれば十分である。非常に大きなエリアを必要とし、設置およびメンテナンスの容易さが非常に重要なファクタとなる大型の光起電システムを敷設する場合に、この特徴が特に有益となり、このような場合、必要となるスイッチを、（別個に搭載するのではなく）モジュール自体に組み込むという可能性は、興味深いことは疑いない。
【００４６】
したがって、各パネルの３つの出力端子を、３線ケーブルを介して次のパネルの３つの入力端子に接続することにより、光起電システムを簡単に敷設することができる。
【００４７】
３つの配線はそれぞれ、"アノード線"Ａ４、"カソード線"Ｃ４および"アレイ線"Ｓ４と図示されている。"アレイ線"Ｓ４は、２つのパネルを直列に接続しなければならない場合に、パネルのアノードを、隣接するパネルのカソードに接続するのに使用される。各パネルのアノードをアノード線Ａ４上で閉じ、各パネルのカソードをカソード線Ｃ４上で閉じることにより、パネルを、並列に接続してもよい。典型的な場合には、複数の直列回路が、互いに並列に接続される。望ましくない電流が発生することを制限する目的から、並列に接続される回路は全て（発電機として振る舞うことを考慮した場合）、同じ電圧において最高効率点を有する必要があることは明らかである。したがって、通常、接続されるモジュールは全て等しく、直列の回路は、同じ数のモジュールによって構成され、全ての直列の回路が互いに並列に接続される必要がある。
【００４８】
例えば、審美的見地から、または、建物の表面を追従するべく、太陽パネルが異なる傾斜で搭載されている場合のように、太陽の照射が不均一な場合、または、異なる種類のエネルギー源を使用する場合などに、異なるモジュールを採用することは可能である。この場合、例えば、並列にモジュールを相互に接続することは、より複雑になるが、実現可能であり、その構成において、並列に接続された複数の回路の全てが、同じ電圧において最適な（または許容範囲の）動作点を有する必要がある。したがって、各パネルのカソードは、"アレイ線"Ｓ４を介して、隣接するパネルのアノードに直列接続で接続される、または、パネルがアレイの負極端である場合には、"カソード線"Ｓ４に接続される必要があり、各パネルのアノードは、隣接するパネルのカソードに直列接続で接続される、または、パネルがアレイの正極端である場合には、"アノード線"Ａ４に接続される必要がある。
【００４９】
図５に示すように、コンタクトシステムを少し複雑にして、スイッチを付加することにより、個々のパネルの接続を解除することも可能である。
【００５０】
パネルのアノードスイッチＩ５１およびカソードスイッチＩ５３を、（図４を参照して説明した位置に加えて）いずれの線とも接続しない第３の位置に設定してもよく、この場合、アレイ線Ｓ５は、好適なスイッチＩ５２によって閉じられていなければならない。スイッチがこのような態様で設定されると、パネルの接続が解除される。一のパネルの接続を解除する（例えば、日陰になった場合および／または損傷した場合）周知の方法では、最適なアレイ長を復元することは不可能であり、従来技術では、このような状況に対して、エネルギー生成プロセスから該当するアレイ全体を除外することで対処していた。
【００５１】
システムが属する"エネルギー区域"のレベルで、スイッチを、制御システムにより、遠隔で制御および管理することができる。周知の（電力線における）"搬送波（conveyed wave）"技術を使用することにより、電気エネルギーを伝送するのに使用される同じ線（例えば、アノード線およびカソード線）によって輸送される電気的コマンドを介して、スイッチは、容易に操作され得る。各スイッチに送信されるべきコマンドは、最も単純な場合で、１ビットである。
【００５２】
ＡＣエネルギーを送信するケーブルによってデータが転送される従来の"電力線"アプリケーションと比較して、本例では、ＤＣエネルギーが送信され、データ送信に使用される相対的に低い周波数においても、容易にキャリアから分離することができることから、より簡単な構成であると思われる。いずれにせよ、この種のアプリケーションについてすでに規定されている数多くの規格のうちの１つを、この目的で使用することができる。例えば、ＩＥＥＥ  Ｐ１９０１規格、または、"Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ"もしくは"ＨｏｍｅＰｌｕｇ Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ Ａｌｌｉａｎｃｅ"のような業界団体によって規定された規格が挙げられる。
【００５３】
このアプリケーションの送信要件は、非常に低く、"搬送波"技術を確実に問題なく使用することができるが、それであっても、ノイズを更に低減するための対策を採用することができる。上記のスイッチは、連続してまたは頻繁に操作する必要がないことから、全てのコマンドを全てのスイッチに送信することができ、コマンドを受信した後すぐにスイッチを切り替える必要はなく、予め設定される遅延の後で、または、"トリガ"信号を受信した時に、スイッチの切り替えを行えばよい。このように構成することにより、最初のスイッチを切り替えたことより、ノイズの過渡信号が生成されて、残りのスイッチに対するコマンドの送信に干渉してしまうことを防ぐことができる。
【００５４】
このような簡単な解決策により、製造段階において、最低限の付加コストで、スイッチをパネルの構造自体に組み込むことが可能である。このように、直列−並列の組み合わせで容易に接続され柔軟に構成可能なパネルを製造することができる。
【００５５】
この場合、"カソード線"および"アノード線"は、各モジュールの"接続システム"を通過し、容易に中断することができることから、上記したようなシステムの区画を形成するのに適している。
【００５６】
無論、２つを超える区画の場合、上記で説明したようなアノード線／カソード線の組を更に設けることが必要となる。アノード線およびカソード線をモジュールの構造に組み込むことを望む場合（例えば、外部配線の敷設を避けるため）、このような線は、（構造に組み込まれていると同時に）３つの部分に区画することを可能とするための２つの配線を有する必要があることは明らかであり、その実装の様子が、図３．２の回路図に示されている。これよりも多い数の区画を設ける場合には、アノード線およびカソード線を実装に、より多くの数の導電線を使用することが必要となる。
【００５７】
必要となる配線の数を減らすことを目的とした変形例が、３端子入出力端子を適切に（例えば、パネルの両端に）配置させることにより実現できる。また、相補ジョイント型のプラグおよびソケットを有するパネルを備えることも考えられ、この場合、外部配線が必要なく、光起電グリッドのパネル間を機械的に結合する場合に有用である。
【００５８】
例えば、故障、修理または交換の目的で、パネルを取り外し可能とするべく、スイッチを構成してもよい。例えば、カソード線、アノード線およびアレイ線をスイッチに接続する入出力コネクタを、パネルに取り付けてもよい。スイッチをパネルに組み込む場合、コネクタは、パネルが取り外されると、アレイ線を短絡させて、アノード線およびカソード線との接続を開放するように設計された接続部を有する。または、スイッチがパネルの外側に設けられる場合、上記で説明したようにスイッチを動作させ、パネルコネクタの接続を解除するのに十分である。
【００５９】
このような回路の変形例を実装することは、当業者の理解の範囲内である。
【００６０】
一般的に、電流および電圧を制御することによって、電力が生成されるまたは吸収される所定の数の出力が分布するように、柔軟な態様で光起電パネルを接続することにより、光起電パネルのセットを編成することができ、制御は、信号生成要素の電流および電圧特性によって与えられる精度で実現可能である。
【００６１】
柔軟なアレイ構成の上記の技術を適用することにより、光起電システムのような、典型的なＦＥＲであっても、制御可能な電圧を出力するような態様で構成可能であり、出力される電圧の精度は、ある温度および放射条件における個々のパネルの動作電圧に依存し、上述したようなエネルギーバランスの問題を最適に解決することに貢献する。
【００６２】
本発明の更なる側面によれば、モジュール式直流電気エネルギー生成システムの直列−並列接続を、柔軟に再構成するのに行った態様と同様に、貯蔵システムＳＡＥの接続を再構成することができる。貯蔵システムの多くは、端子においてほぼ一定な電圧を有し、定格電力を出力可能となるように、概して柔軟な態様で接続された基本モジュールから構成されるという特徴を有する。しかしながら、光起電システムの下流での適用では、ＳＡＥを、その内部接続を柔軟に構成することができ、異なる充電電圧および電流を受け取ることができるというように、都合よく実装することができる。
【００６３】
したがって、ＦＥＲおよびＳＡＥ両方の直列−並列接続を変更すると同時に、ＦＥＲおよびＳＡＥの両方を区画することにより、エネルギー管理を好適に最適化することができる。
【００６４】
本発明は、コンピュータまたはコントローラが制御可能なスイッチを単純に再区分することにより、どのようにこのような構成を形成するのかについて教示する。コントローラは、スイッチ制御プログラム、および、最適な動作条件を検索するアルゴリズムを実装するその他のプログラムを実行し、最適化されるべき機能は、技術的または経済的な機能であってもよい。ＦＥＲおよびＳＡＥ要素の数が多くなればなるほど、様々な要素間の最適な結合の検索はより精度が高くなることが認められる。
【００６５】
要約すると、単純に、ＦＥＲ出力電圧を可能な限りＳＡＥ充電のための最適入力電圧へと近づけるべく、ＦＥＲおよびＳＡＥの直列−並列構成を適切に設定することにより、ＤＣ−ＡＣおよびＡＣ−ＤＣ変換段階を経ることなく、インバータに加えて、ＦＥＲをＳＡＥに接続することができることが明らかとなった。電流に関しては、ＳＡＥは通常、広い範囲の電流を受け付けることができることから、上記の問題の影響はさほど大きくなく、一般的に、充電プロセスをトリガできる最低限の電流を利用可能とすることが重要であり、過剰な電流は、電池をオーバーヒートさせ、電池の効率を低減させ、最悪の場合、損傷させることもある。非常に低い発電値、すなわち、電流が低い場合には、ＳＡＥが、数十、数百の基本モジュールからなる粒度の細かいシステムを考えると、数個のモジュールのＳＡＥのみを充電し、例えば、一回に１つのモジュールのみを充電して、結合を、非常に低い電流でも行うことが考えられる。
【００６６】
ＳＡＥは、従来の鉛蓄電池もしくはゲル電池または電解液循環システムであっても、異なる種類のその他の蓄積システムであっても、通常、電気化学型のものである。いずれの場合にせよ、ＳＡＥは、直列または並列に接続された特定の数の基本セルまたはモジュールから構成されており、１組の入力端子および出力端子を有する１つのシステムとみなすことができるという事実を利用できる。様々なモジュールを直列に互いに接続することにより、端子間で高電圧を有する回路を構成することができる。そして、直列に接続された複数の回路を、互いに並列に接続することにより、より多くの回路が並列に接続するほど高い電流を吸収／出力することができる回路を得ることができる。
【００６７】
更に、絶対的な柔軟性を有する複数のスイッチの好適なセットを制御する可能性により、ＳＡＥの一部分のみを使用することが可能となる。これは、特に、充電プロセスの間に非常に低いエネルギー値が関係する場合に有用である。
【００６８】
したがって、上記で例示した様々なＦＥＲモジュールの柔軟な接続スキームの全ては、エネルギー貯蔵システムの構成要素に適用可能である。複数のＳＡＥモジュールを相互に接続する実施形態の一例について、以下に説明する。
【００６９】
ＳＡＥ入力電圧およびＦＥＲ出力電圧は共に制御可能であることから、ＦＥＲをＳＡＥに接続する場合には、最適な解決策に最も近い組み合わせを見つけることが可能である。
【００７０】
直列／並列接続の柔軟な組み合わせに加えて、ＳＡＥおよびＦＥＲの両方に対して、区画能力（sectionability）が提供されることが重要である。例えば、貯蔵される生成エネルギーが非常に低い値である場合、ＳＡＥの一部の要素のみを充電する、または、異なる充電状態にある異なるＳＡＥ要素のみを充電することが物理的に可能であり、選択的な放電または充電オペレーションを実行することができる。
【００７１】
本発明は、"スマートグリッド"内で、ローカルに実行可能な更なる機能を実装可能とする。この機能は、"スマートグリッド"を制御するのに使用されるコンピュータに関するハードウェアの選択とは無関係であり、システムの様々な部分（ＦＥＲ−ＳＡＥ−インバータ）のＤＣ適応の問題を解決すると共に、（ＦＥＲからまたはＳＡＥからの）利用可能なエネルギーの分配を最適化することができる。
【００７２】
本発明は、システムの様々な部分のＤＣ適応の問題、および、エネルギー源の管理の問題を、コントローラを使用して解決する。コントローラは、専用装置、または、"スマートグリッド"に含まれる様々なコンピュータの１つによって実行される機能であってもよい。
【００７３】
図６には、少なくとも１つのＦＥＲ、少なくとも１つのＳＡＥ、および、少なくとも１つのコントローラＣＮＴシステムの主要な要素が示されている。ＦＥＲおよびＳＡＥは、ＤＣ／ＡＣ変換システムの上流に位置し、ＤＣ／ＡＣ変換システムは、公共配電網のような外部負荷を対象とする少なくとも１つのインバータシステムＩＮＶ１、および／または、家庭内の電力供給網のような、ローカルな内部負荷を対象とする少なくとも１つのインバータシステムＩＮＶ２を含む。
【００７４】
図６の例では、最も典型的な場合である、負荷が２つである供給網が例示されており、これは、"スマートグリッド"の基準で管理可能であり、例えば、個人的な利用のために、特権的にＦＥＲと関連付けられるプライベート負荷と、外部または公共供給網と接続された一般外部負荷とを区別するのに便利である。しかしながら、実際には、任意の数の負荷を有する供給網であってもよい。
【００７５】
図において、点線は、情報および／またはコマンドの交換を示しており、実線は、電気エネルギーの流れを表している。特に、コントローラＣＮＴと、ＦＥＲ、ＳＡＥおよびＩＮＶ２との間には、（例えば、利用可能電力予測に関してまたは診断の目的で）情報および／またはコマンドの双方向交換が存在するが、コントローラＣＮＴは一般的に、インバータＩＮＶ１を介して外部供給網からの情報（例えば、供給網が、利用可能エネルギーを買いたいまたは売りたいと望む価格についての情報）のみを受信することもできる。ＦＥＲは、エネルギーの流れを、ＳＡＥに、および、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に供給することができる。ＳＡＥは、ＦＥＲから貯蔵すべきエネルギーを受信することができ、また、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２にエネルギーを供給することができる。
【００７６】
無論、公共供給網も、コントローラＣＮＴから、コマンドおよび情報を受信してもよい。更に、外部供給網からＳＡＥへのエネルギーの流れを管理することも可能であり、この選択肢は、好適な時間的期間内に、望ましい価格でエネルギーを購入する場合に有用であり、例えば、エネルギーの価格が最も高くＦＥＲが十分なエネルギーを生成できない時間であるピーク時に使用することができる。
【００７７】
更に、ＳＡＥが、所定の出力に対して、様々な電圧値を供給するように構成されてもよく、これは、コントローラによって再構成可能であってもよく、また、直流電圧で動作するローカル負荷によって、および／または、このような負荷に対してＳＡＥによって生成される電圧レベルを適応させるＤＣ／ＤＣコンバータによって使用される。このように構成することにより、効率が向上し、インバータによって実行されるＤＣ／ＡＣ変換による、および、ＤＣ装置（例えば、携帯電話、ネットブック、充電器等）の電源によって実行される次の変換によるエネルギー消散をなくすまたは少なくとも低減させることができる。
【００７８】
コントローラＣＮＴおよびインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２間の情報交換は、イーサネット（登録商標）バスを介して行われてもよく、コントローラとＦＥＲとの間およびコントローラとＳＡＥとの間の情報交換は、"搬送波"を介して行われてもよい。大型のＳＡＥには、すでに、ＳＡＥ自身の複数のシステム管理機能を実行するコントローラが設けられており、このような場合、コントローラＣＮＴとＳＡＥコントローラとの間の通信が、イーサネット（登録商標）バスを介して行われてもよく、ＳＡＥコントローラとスイッチとの間のスイッチ制御情報の伝送に、"搬送波"を使用してもよい。
【００７９】
ＦＥＲは、イーサネット（登録商標）バスを介してコントローラＣＮＴと通信を行う特定のコントローラと関連付けられてもよく、ＦＥＲに送信されるコマンドによって、"搬送波"を切り替える。
【００８０】
ＦＥＲコントローラおよびＳＡＥコントローラを、コントローラＣＮＴの延長としてみなすことができ、コントローラＣＮＴは常に、コントローラとＳＡＥとの間、および、コントローラとＦＥＲとの間の通信を指す。
【００８１】
イーサネット（登録商標）バスでの通信に関しては、コンピュータ間で通信が発生することを意味し、例えば、ＷｉＦｉ接続またはＭ２Ｍ技術のような、周知の技術を使用して管理することができる。
【００８２】
図６を参照して説明したような供給網の利用の典型的な例について考える。
【００８３】
例では、Ｎ個のパネルで構成されるモジュール式直流電気エネルギー生成システムからなるＦＥＲによって、一般的な瞬間Ｔ１で得られる発電を考えている。
【００８４】
瞬間Ｔ１において、ＦＥＲは、電力値Ｐｆ１を利用可能とし、内部負荷供給網は、電力値Ｐｃ１を必要とし、ここで、Ｐｃ１＜Ｐｆ１である。
【００８５】
コントローラＣＮＴは、供給網のインバータＩＮＶ１、および、ローカルインバータＩＮＶ２に接続され、これらと情報を交換することができる。最も単純なケースでは、イーサネット（登録商標）バスを介して情報の交換を行う。
【００８６】
コントローラＣＮＴはまた、ＦＥＲおよびＳＡＥのＩ／Ｏ端子の全ての組みに接続される。これらの端子において、直流電流および電圧の測定を行うことができ、ＦＥＲおよびＳＡＥの両方を設定するのに必要なコマンドを、"搬送波"を介して送信することができる。
【００８７】
ここで考慮されるケース（Ｐｆ１＞Ｐｃ１）では、考えられる１つの動作モードにおいて、コントローラは、必要とされるＰｃ１と等しいＰｆ１の一部を、インバータＩＮＶ２に接続された出力へと供給する。加えて、コントローラは、インバータＩＮＶ２に接続された出力が、変換要素の性能を最適化する電流−電圧プロファイルとなるように、ＦＥＲの直列−並列接続を組み合わせる。
【００８８】
ＦＥＲ（Ｐｆ１−Ｐｃ１）によって生成される残りの電力は全て、ＳＡＥに接続された出力において利用可能とされる。この場合、コントローラＣＮＴは、ＳＡＥが最も良好なエネルギー貯蔵効率となるような態様で、ＳＡＥモジュールおよびＦＥＲモジュールの両方を設定する処理を行う。例えば、余剰電力が多くない場合には、ＳＡＥ充電入力における電池モジュールの一部分のみを起動させるのが有用であり、ＦＥＲ−ＳＡＥ接続において、エネルギー貯蔵効率を最適化する適切な電流−電圧特性を形成するような態様で余剰エネルギーを生成するＦＥＲモジュールの対応する部分を設定することが必要になる。
【００８９】
エネルギー貯蔵システムが、すでに完全に充電されている場合には、インバータＩＮＶ１を使用して、外部供給網に接続されたＦＥＲ出力が余剰電力を利用可能なようにすることができる。例えば、外部供給網がエネルギーを必要としている場合に、このような選択肢を利用することが考えられる。したがって、コントローラＣＮＴは、内部需要および供給網需要についての利用可能な情報に基づいて、余剰エネルギーを貯蔵する代わりに、公共供給網のために生産すると決定してもよい。
【００９０】
"スマートグリッド"が広く使用されるようになると、この点において、コントローラＣＮＴは、非常に有用であることは明白である。このコントローラは、ＦＥＲ、ＳＡＥおよび様々な性質の負荷の間で交換されるエネルギーに必要な分割および適応を最適化するのに必要とされる全ての情報を有する。
【００９１】
このようにすることで、様々な方向で交換されるエネルギーの量、および、電流−電圧適応を、必ずしも必要としないＡＣ−ＤＣおよびＤＣ−ＡＣ変換を使用することなく、適切に管理することができる。事実、これら全ての適応を、スイッチによって実行することができ、したがって、変換によって生じる損失および非効率性を低減することができる。
【００９２】
従来技術では、光起電システムから得られる発電量に関して、柔軟な構成を行う技術を導入することによって対処しようとしていた典型的なケースでは、一部のパネルが時々、日陰になり、このようなパネルの出力は、他の日陰になっていないパネルと比較して、大幅に下がる場合がある。上述したように、このケースは、通常、日陰になるパネルを含むアレイ全体の接続を解除することで対処されており、エネルギーが無駄になっていることを暗に意味する。
【００９３】
日陰または損傷のような異常状態を検出するセンサを有するパネルを提供する技術が知られている。本発明によれば、コントローラＣＮＴは、このような異常状態を単純に、パネルの端子において読み出された値によって検出することができ、アレイ全体ではなく対象のパネルのみを分離することにより、ＦＥＲを柔軟な態様で再構成することができる。
【００９４】
本発明に係るシステムの実施形態の例について、以下に詳細に説明する。
【００９５】
図７には、図６のシステムの実施形態の例が、より詳細に示されている。貯蔵システムＳＡＥは、好適な直流コンバータＤＣ／ＤＣ１を介して、ＤＣ負荷ＤＬＣ１に直接結合されてもよい、および／または、別の直流コンバータＤＣ／ＤＣ２を介して、同じまたは別のＤＣ負荷ＤＬＣ２に間接的に結合されてもよい。間接的な結合は、エネルギーフロースイッチＥＦＣ１を介して行われ、当該スイッチは、ＦＥＲおよびＳＡＥから入力されるエネルギーを自身の入力において受信し、ＣＮＴによって適切に制御されると、電気エネルギーを、インバータＩＮＶ１およびＩＮＶ２（図６）、および／または、直流コンバータＤＣ／ＤＣ２に供給する。インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、インバータシステムＩＮＶ（図７）を介して実装されてもよく、その後に、電気エネルギーフロースイッチは、上記で説明したように、電気エネルギーを導入する可能性がある、ローカルＡＣ負荷ＡＣＬおよび／または公共供給網ＰＮへと向けられてもよい。
【００９６】
コントローラＣＮＴは、直接またはスイッチ制御ユニットを介して、ＦＥＲおよびＳＡＥの状態について、および、ＦＥＲの電圧−電流出力状況についての情報を受信する。より詳細には、上記したように、ＦＥＲパネルは、動作状態および電圧−電流出力状態を検出するセンサを備える。これらのデータは、ＣＮＴによって好適に制御されるモジュールＣＩＶに供給され、モジュールＣＩＶは、ＣＮＴによって直接制御される制御ユニットＣＦＥＲを介して、ＦＥＲ設定状況を判断することができる。
【００９７】
必要に応じて、モジュールＣＩＶを介してＦＥＲから出力されるエネルギーを、コントローラＥＦＣ１によって、インバータＩＮＶおよび／またはＳＡＥに向けて伝送する、および／または、直接、ＤＣ負荷ＤＣＬ２に伝送する。
【００９８】
コントローラＣＮＴはまた、ＳＡＥを構成するエネルギー貯蔵モジュールの状態についての情報も、制御ユニットＣＳＡＥを介して受信し、制御ユニットＣＳＡＥには、ＳＡＥモジュールの動作状況を検出するセンサが接続される。また、この情報は、ＣＮＴが、最適なＳＡＥ構成を判断するのにも使用される。
【００９９】
図８には、所定の数の貯蔵セルまたはユニット（通常は、電池ＢＡＴ）が、分岐またはアレイＲ１、Ｒ２、Ｒ３として編成された、ＳＡＥ構成の候補が示されている。各セルは、ＣＳＡＥモジュールによって制御される充電センサＣおよびスイッチを含み、ＣＳＡＥモジュールは、様々なセルを、同じ分岐のその他のセルと直列に接続することができる、または、接続を解除することができる。ＣＳＡＥモジュールによって制御されるその他のスイッチを、様々な分岐と直列にまたは並列に接続することができる、または、接続を解除することができる。充電センサＣは、ＣＳＡＥモジュールに、セルの状態についての情報を提供する。
【０１００】
瞬間的に利用可能な電圧および電流に基づいて、１以上のＳＡＥセルが充電されてもよい。ＳＡＥ分岐はそれぞれ、電流調整器ＲＣに接続された１つの電流センサＳＣを有し、電流制御器ＲＣは、エネルギーフロースイッチＣＦＥ１に双方向に接続されて、それにより、電流を制御することができ、例えば、充電プロセスの間に分岐セルが損傷するのを回避するべく、所定の値を越えないようにすることができる。図示の構成によれば、一部のセルアレイを充電すると同時に、別のセルアレイからエネルギーを流出させることが可能であり、セルアレイが完全に充電されている場合には、電力を、ローカルＤＣ負荷、ひいては、インバータを介してＡＣ負荷にも供給することができ、システム利用の大幅な柔軟性が与えられる。
【０１０１】
このように、太陽光が完全にまたは部分的に欠如した場合であっても、システムが、ユーザ装置にエネルギーを供給できる可能性が高くなることから、電気分配供給網への依存を大きく低減させることができる。ＦＥＲおよびＳＡＥのスイッチ制御ユニットを、ＦＥＲおよびＳＡＥ自体に、または、コントローラに組み込んでもよい。１つのアレイが吸収可能なまたは生成可能な電流よりも高い電流が生成されるまたは引き出される場合には、並列な複数のアレイを充電または使用してもよい。
【０１０２】
システムの動作状態に関連して、コントローラＣＮＴによって実行される判断プロセスが、図９のフローチャートに示されている。コントローラは、ＣＩＶユニットから、ＦＥＲのエネルギー生成状態を取得する（ブロック９１）。インバータＩＮＶを起動できない場合（ブロック９２）には、ＦＥＲから流出するエネルギーの全てが、ＳＡＥに転送される（ブロック９６）。インバータを起動できる場合には、供給網がＦＥＲによって生成されるエネルギーを吸収できるか、および／または、売価が望ましいことから直接転送するのがよいか、および／または、ローカル負荷がエネルギーを必要としていないか、および／または、電池が完全に充電されているか（ブロック９３）が、検証される。検証の結果が、肯定的な結果である場合（ブロック９４）、ＦＥＲエネルギーが、供給網に転送されて（ブロック９５）、否定的な結果である場合には、ＳＡＥに伝送される（ブロック９６）。
【０１０３】
図９のフローチャートは、様々な等価な形態で実装可能である。命令の一群を周期的に繰り返すことによって、判断条件を検証する分散制御ユニットからの割り込みメカニズムによって、周辺機器をポーリングする（周期的問い合わせ）コントローラを使用したメカニズム等によって、実装してもよい。自動的な態様で実装してもよいし、または、例えば、タイマを使用した部分的にまたは完全にプログラム可能な態様で実装してもよいし、人間のオペレータがコマンドを入力する手動の態様で実装してもよい。
【０１０４】
コントローラＣＮＴは、ＦＥＲのエネルギー生成状態、供給網の吸収能力、ＳＡＥモジュールの充電能力、ローカル負荷の実際のまたは予測される電流消費量、を検証することができ、それに基づいておよびオペレータによってプログラムされたパラメータ（利潤最大化、ローカル負荷への供給の最大継続性、電池充電状態の最大化等）に基づいて、どのエネルギー移動ポリシーを採用するべきか決定することができる。一般的なモジュールの不均一性が存在する場合、コントローラは、各モジュールの瞬間的発電量を知る必要がある。これは、各ＦＥＲモジュールに、例えば、モジュール自体に取り付けられた市場で入手可能なセンサを介して生成量データを測定しコントローラに送信する装置を取り付けることで実現可能である。
【０１０５】
しかしながら、モジュールに更なるセンサを必要とすることなく、例えば、各モジュールのスイッチを適切に設定して、モジュールのアノード端子およびカソード端子の組において測定を行うことにより、コントローラが自立的に測定を行ってもよい。実際には、コントローラは、利用可能な測定値およびシステムの情報（モジュール仕様、モジュールの数、モジュールの種類、モジュールの向き、予測効率等）から開始して、最適なモジュール接続構成、および、場合によっては、上記したように様々な理由から接続を解除する構成を検索するアルゴリズムを適用可能とする推定および評価を行うプログラムを実行することができる。
【０１０６】
本発明の制御システムは、コンピュータによって実行されるコンピュータプログラムであって、上記の方法の１以上の段階を実装するコーディング手段を含むコンピュータプログラムを介して、有利に実装可能である。したがって、本発明の保護の範囲は、このようなコンピュータプログラム、および、記録されたメッセージを含むコンピュータ可読手段を含み、コンピュータ可読手段は、プログラムがコンピュータによって実行されると方法の１以上の段階を実装するプログラム符号化手段を含む。
【０１０７】
上記の非制限的な例について、本発明の保護の範囲内において、当業者に周知の実施形態の均等物の全てを含む様々な変形例が考えられる。
【０１０８】
本発明の適用から得られる利点については、上記で説明した。
【０１０９】
結論として、システムは、ＦＥＲ、ＳＡＥおよびローカル負荷を含む、様々なサイズの"アイランド"または"エネルギー区域"の統合に関する数多くの問題を解決すると同時に、エネルギーの流れの分割方法および接続を最適化することができる。これは、特に、既存のＦＥＲおよびＳＡＥモジュールへ組み込むことが可能な単純なスイッチを付加するだけで達成でき、コントローラは、異なる発電の結合および区画に関する全ての問題を管理および解決することができる結果、不必要なＤＣ／ＡＣおよびＡＣ／ＤＣ変換が回避され、ＦＥＲおよびＳＡＥの効率を最適化できる。特に、"スマートグリッド"の概念に従って電気供給網が発展すると必要とされる、"エネルギー区域"または"アイランド"を管理するのに使用される任意のコントローラに、管理部分が任される。
【０１１０】
上記の説明から、当業者であれば、更なる構築詳細を導入することなく、本発明の目的を生成することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３．１】
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【図３．２】
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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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【国際調査報告】
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