(57)【要約】  統計的分析がソーラーパネルシステムに対し要求され得る。パネルの各セクションがＯＦＤＭ送信スキームの特定のスライスに割り当てられ得る。光起電（ＰＶ）モジュールがモジュールのストリングに分割され（４１０）、周波数のスペクトルがサブチャネルに分割される（４２０）。その後、各ストリングがタイムスロットに割り当てられ（４３０）、各ストリングのＰＶモジュールに関連するデータが割り当てられたタイムスロットの間、特定のサブチャネルで送信される（４４０）。
2014513476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
モジュールの少なくとも一つのストリングに構成される複数の光起電（ＰＶ）モジュールであって、モジュールの各ストリングが、送信スキームにおけるタイムスロットに割り当てられ、モジュールの各ストリングの各モジュールが周波数のスペクトルにおけるサブチャネルに割り当てられる、前記複数のＰＶモジュール、及び
電力線で前記複数のＰＶモジュールの前記モジュールのうち少なくとも一つに関連するデータを通信するように構成される少なくとも一つのモデム、
を含む、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記サブチャネルが互いに直交するように選択される、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記データが、電圧、電流、モジュール傾き、空気温度、モジュール温度、及び日照のうち少なくとも一つを含む、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記データのＤＣ電圧をレベルシフトするように構成される少なくとも一つのＤＣ／ＤＣコンバータを更に含む、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、或る時間スロットの間各チャネルにおいて前記データを受け取るように、及び前記データを送信のため準備するように構成されるモデムを更に含む、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、送信のための前記データを前記電力線での送信のためのＡＣ信号に変換するように構成されるＤＣ／ＡＣインバータを更に含む、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、データ収集のための前記ＡＣ信号を受け取るように構成される基地局を更に含む、システム。
【請求項８】
方法であって、
複数の光起電（ＰＶ）モジュールをモジュールの少なくとも一つのストリングに分割すること、
周波数のスペクトルをサブチャネルに分割すること、
各ストリングをタイムスロットに割り当てること、及び
割り当てられたタイムスロットの間、サブチャネルで前記複数のＰＶモジュールの少なくとも一つに関連するデータを送ること、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記サブチャネルを互いに直交するように選択することを更に含む、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記データが、電圧、電流、モジュール傾き、空気温度、モジュール温度、及び日照のうち少なくとも一つを含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記データのＤＣ電圧をレベルシフトするように構成される少なくとも一つのＤＣ／ＤＣコンバータを更に含む、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、或る時間スロットの間各チャネルにおいて前記データを受け取るように、及び前記データを送信のため準備するように構成されるモデムにおいて前記データを受け取ることを更に含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、送信のための前記データを前記電力線での送信のためＤＣ／ＡＣインバータでＡＣ信号に変換することを更に含む、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、前記周波数のスペクトルをサブチャネルに前記分割することが、前記サブチャネルを静的に割り振ること及び前記サブチャネルを動的に割り振ることのうち少なくとも一方を含む、方法。
【請求項１５】
システムであって、
複数の光起電（ＰＶ）モジュールをモジュールの少なくとも一つのストリングに分割するための手段、
周波数のスペクトルをサブチャネルに分割するための手段、及び
各ストリングをタイムスロットに割り当て、割り当てられたタイムスロットの間、サブチャネルで前記複数のＰＶモジュールの少なくとも一つに関連するデータを送る手段、
を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概してデータ送信に関連し、更に特定して言えば、電力線データ送信に関連する。
【背景技術】
【０００２】
光起電（ＰＶ）アレイ（ソーラーアレイと呼ぶこともある）は、リンクされた光起電モジュールの集まりであり、これらは、複数の相互接続されるソーラーセルでつくられる。それらのモジュール性により、それらは殆どの負荷を電力供給するように構成され得る。セルは、光起電効果を介してソーラーエネルギーを直流電気に変換する。一つのモジュールが生成することができる電力が家庭用又はビジネス用の要件を満たすことは殆どなく、そのため、モジュールは、アレイを形成するように共にリンクされる。殆どのＰＶアレイは、インバータを用いて、モジュールにより生成されたＤＣ電力を、照明、モーター、及び他の負荷に電力供給するため既存のインフラストラクチャーに差し込むことができる交流に変換する。ＰＶアレイ内のモジュールは通常、所望の電圧を得るためまず直列に接続され、その後、個別のストリングが並列に接続されてシステムが更なる電流を生成することができるようにする。都心及び郊外エリアでは、光起電アレイは通常、電力利用を補充するため屋上で用いられ、建物は電力網への接続を備えていることがあり、その場合、ＰＶアレイにより生成されたエネルギーは、何らかのネットメータリング制度（net
metering agreement）においてユーティリティ業者に売ることができる。
【０００３】
赤道の雲のない日の正午では、ソーラー放射照度は、地表で太陽光に垂直の面に対し１．６ｋＷ／ｍ２又はそれ以上まで達し得る。そのため、ＰＶアレイは、エネルギー収集を著しく高めるため一日中太陽を追跡し得る。しかし、追跡デバイスは、コストを付加し、メンテナンスを必要とするため、ＰＶアレイでは、アレイを傾け北半球では真南に向ける固定されたマウントを有することが一般的である（南半球では、これらは真北に向けるべきである）。水平からの傾き角度は季節によって変わり得るが、固定される場合、典型的な年のピーク電気需要部分の間、最大アレイ出力を提供するよう設定されるべきである。
【０００４】
性能を最適化するためトラッカー及びセンサが任意選択で見られ場合もあるが、追跡システムは、実用的な出力を最大１００％増大させ得る。１メガワット近く又はそれを超えるＰＶアレイは、ソーラートラッカーを用いることがある。雲や、世界の殆ど赤道上になく、太陽は夕方沈むという事実を考えると、ソーラー電力の正しい測定は日照、即ち、１日当たりの平方メートル毎キロワット時間の平均数、である。米国及び欧州の天候及び緯度では、典型的な日照は、北部地域での４ｋＷｈ／ｍ２／日から日当たりのよい領域で６．５ｋＷｈ／ｍ２／日までわたる。
【０００５】
２０１０年において、カスタマーが利用可能なソーラーパネルは最大１９％の生成量を有し得、商業利用可能なパネルは２７％まで達し得る。そのため、欧州又は米国の南方緯度において光起電を設置することで１ｋＷｈ／ｍ２／日が生成されることを予期し得る。典型的な「１５０ワット」ソーラーパネルは、ほぼ１平方メートルのサイズである。このようなパネルは、天候及び緯度を考慮すると、平均して、毎日１ｋＷｈを生成することが予期され得る。
【０００６】
サハラ砂漠では、覆う雲が少なく一層良好なソーラー角度で、８．３ｋＷｈ／ｍ２／日近くを得ることができる。サハラ砂漠の人の住まないエリアは９百万ｋｍ２を超え、ソーラーパネルで覆われた場合、６３０テラワットの総電力を提供し得る。地球の現在のエネルギー消費率は、任意の所与の時点で約１３．５テラワット（ＴＷ）（石油、ガス、石炭、原子力、及び水力電気を含む）である。
【０００７】
他の要因もＰＶ性能に影響を与える。多くのＰＶセルの電気的出力は影の影響を受け易い可能性がある。幾つかのモジュールは、各セル又はセルのストリング間に、影の影響を最小化し、アレイの影になった部分のみの電力を失う、バイパスダイオードを有する（バイパスダイオードの主な働きは、アレイへの更なるダメージを生じさせ得、火事を起こし得る、セルに形成するホットスポットをなくすことである。）。セル、モジュール、又はアレイのほんの小さい部分が影となり、残りが太陽光の中にある場合、内部「短絡」（ＰＮ接合の影になった部分を介する電子の方向が逆に向くこと）に起因して出力は劇的に下がる。従って、ＰＶ設置が、木、建築物、旗竿、又は継続的に駐車している車などの他の障害物により完全に影とならないことは非常に重要である。太陽光は、モジュールの表面の埃、降下物、又は他の不純物により吸収され得る。これにより、セルに実際に当たる光の量は半分ほどまで低減され得る。きれいなモジュール表面を保つことで、そのモジュールの寿命にわたる出力性能が増大され得る。モジュール出力及び寿命は、増大された温度によっても劣化する。ＰＶモジュールの上、及び可能な場合は後ろを、周囲空気が流れるようにすることでこの問題が低減される。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の例示の実施例は、ソーラーパネルデータの電力線送信のシステムを提供する。簡単に説明すると、アーキテクチャにおいて、システムの一つの例示の実施例は特に次のように実装され得る。即ち、モジュールの少なくとも一つのストリングに構成される複数の光起電（ＰＶ）モジュールであって、モジュールの各ストリングが、送信スキームにおけるタイムスロットに割り当てられ、モジュールの各ストリングの各モジュールが周波数のスペクトルにおけるサブチャネルに割り当てられ、少なくとも一つのモデムが、電力線で複数のＰＶモジュールのうち少なくとも一つのモジュールに関連するデータを通信するように構成される。
【０００９】
本開示の実施例は更に、ソーラーパネルデータの電力線送信のための方法を提供することとして見ることもできる。この点で、このような方法の一つの実施例は特に、以下の工程により大まかに要約することができる。即ち、複数の光起電（ＰＶ）モジュールをモジュールの少なくとも一つのストリングに分割すること、周波数のスペクトルをサブチャネルに分割すること、及び各ストリングをタイムスロットに割り当てること、及び割り当てられたタイムスロットの間、複数のＰＶモジュールの少なくとも一つに関連するデータをサブチャネルで送ること、である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、光起電セルの例示の一実施例のシステム図である。
【００１１】
【図２】図２は、光起電モジュールアレイの例示の一実施例のシステムのブロック図である。
【００１２】
【図３】図３は、ソーラーパネルデータの電力線送信のシステムの例示の一実施例のシステムのブロック図である。
【００１３】
【図４】図４は、ソーラーパネルデータの電力線送信の方法の例示の一実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ソーラーパネルはしばしば、容易にアクセス可能ではない屋上などの場所に設置される。そのため、容易にアクセス可能であり、インターネットに接続される基地局においてソーラーパネルの状態に関する情報を集める必要性が生じる。ソーラー電力を搬送するために用いられる電力線は、ソーラーパネルから集められたデータを搬送するための自然媒体として機能する。
【００１５】
環境パラメータ、即ち、日照、雲量、及びその他、は時間で変わり、ソーラーパネルの性能に影響を与えるため、ソーラーネットワークのための重要な考慮用件は、複数のパネルが情報を同時に通信することができることである。本明細書に開示する電力線ソーラーパネルデータ送信のシステム及び方法は、中央基地局におけるパネルからの情報の同時収集を提供する。
【００１６】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、電力線を介した通信のための現在の一般的な選択肢である。本明細書に開示するソーラーパネルデータの電力線送信のシステム及び方法は、異なるパネル間で利用可能なスペクトルを共有することによって同時に通信するためＯＦＤＭモデムのための方式を提示することによりソーラーアプリケーションに対処する。
【００１７】
例示の用途では、多数のソーラーパネルが、例えば、屋上などの離れた位置に設置され、ユーザーが、パネルの各々の電気的特性に関する情報の更新を要求する。各パネルの電気的特性は、非限定的な例として、動作電圧、ソーラーセルにより生成される電流、及び入ってくるソーラー放射の量、及び温度を含む物理的パラメータを含み得る。物理的パラメータは、ソーラーセルが生成する電流の量に影響を与え得る。特定のアプリケーションにおいて多数のソーラーモジュールが直列に接続され得る。特定の一つが期待通りに機能していない場合、専門家が、例えば、どのセルが許容可能な効率で動作していないかを判定するためデバッグ措置を実行し得る。通信がない場合、専門家は、屋上に上り、どのセルが不良であるかを見つけるまで各ＰＶセルを検査する可能性があり得る。これには、コストがかかり、困難であり得るだけでなく、場合によっては危険でもあり得る。
【００１８】
カスタマーは、ソーラー設置から或る量の電力生成を予期し得る。生成される電力は、天候条件、パネルに葉が落ちた場合など、生成される電力の量に影響を与え得る影の種類など、に基づいて変わり得る。カスタマーは、設置者又はユーティリティ事業者が電力生成の量を妥当にすると予期し得る。ソーラーパネルアレイが期待される効率で動作していない場合、原因を確認するためソーラーパネルからのログデータが調査され得る。環境条件を仮定すると、ソーラーパネルによって生成される電流の量は、物理的性質により直接的に決められる。そのため、これは入ってくる放射の量に依存し得るが、効率は、例えば、温度でも変化し得る。所与のストリング内の異なるパネルがどのように動作しているかを同時に比較することができることが望ましい可能性がある。これらの要因又はパラメータは著しく変化し得る。雲量は、パネルの出力に急速に影響を与え得、これはソーラーパネルストリングから出力される電流を変更し得る。
【００１９】
理想的な状況では、この情報は瞬時にアクセス可能とし得る。ユーザーがこれらのソーラーセルの各々の電気的特性を要求し得る。データを送信するための以前の解決策は、ソーラーパネルからの情報を幾つかの種類のログ装置又はデータ収容装置に送信するためＲＦワイヤレス伝送を含んでいる。ＲＦ送信に関する起こり得る問題は、ワイヤレス通信はしばしば中断し、データの送信の同期化が難しい可能性があることである。また、付加的なワイヤレスインフラストラクチャーにはかなりの余分のコストがかかる。本明細書に開示する電力線ソーラーパネルデータ送信のシステム及び方法は、既存の電力線で情報を搬送する。ＯＦＤＭは、利用可能なスペクトルが異なるサブバンドに分割され、その後、情報が異なる直交周波数帯で変調される手法である。情報はその後、他方の端で復調される。
【００２０】
電力線通信標準において現在採用されているアプローチの一つはｐｒｉｍｅ標準と呼ばれ、この標準では、周波数スペクトルの一部を一層小さなバンドに分割するためにＯＦＤＭが用いられる。これにより、広帯域にわたって生じる周波数依存歪みをなくす又は低減することが可能となる。そのため、例えば、周波数スペクトルの５０ＫＨｚ帯域が選択される場合、その帯域内の異なる点で何らかの周波数依存歪みがあり得る。しかし、そのスペクトルが充分小さいサブバンドにスライスされる場合、周波数応答はサブバンド内で相当に平坦なままである。
【００２１】
ソーラーアプリケーションのためのデータレートは比較的小さい。例示のデータカテゴリーには、ソーラー放射、温度、ソーラー風傾きなどの非制限的な例が含まれる。そのため、多量のデータはない。千個のパネルを供えたソーラーシステムの場合、例えば、データの全てと実質的に瞬時に統計的分析が実行され得る。これを実行するため、キャリアのサブセットが設置時にパネルに割り振られ得る。ソーラーパネルが一旦設置されると、そのソーラーパネルは長い時間の間、最大で２０から２５年、そこにある。そのため異なるネットワークに適応すること、又はネットワークからエンティティを付加すること及び削除することは多くはない。パネルの各セクションが、ＯＦＤＭ送信スキームの特定のスライスに割り当てられ得る。このようなスキームはしばしばＯＦＤＭＡ、即ち、直交周波数分割多元接続、と呼ばれる。ＯＦＤＭＡをソーラーアプリケーションに適用することにより、スペクトル効率及びデータ保全が保たれ得る。
【００２２】
パワーエレクトロニクスは、電力線上にかなりの量のノイズを導入し得、そのため異なる周波数帯がパワーエレクトロニクスのスイッチングから別々の方式で影響を受ける。一実施例において、一つのＤＣ電圧からのデータを、わずかにシフトアップされ得る異なるＤＣ電圧に変換するためにＤＣ／ＤＣコンバータが用いられる。他のパワーエレクトロニクスは、ＤＣ電圧をグリッド上に変調され得るＡＣ電圧に変換するためのＤＣ／ＡＣインバータを含み得る。パワーエレクトロニクスは、ノイズをグリッドに付加する。本明細書に開示するソーラーパネルデータの電力線送信システム及び方法の例示の一実施例は、１２５キロヘルツの帯域幅を用い、その１２５キロヘルツを例示のストリングにおける１６個のパネルのための１６個の異なるチャネルに分割する。各チャネルが特定のパネルに割り振られ、各サブチャネルが複数のサブキャリアを有する。この割り振りはパネル設置時に実行され得る。この方法を用いて、所与のストリングの各パネルは、その通信を他のパネルの通信に重畳することができる。基地局は、パネルの設置時にアクセス可能な空間に配置され得る。例示の一実施例において、基地局は各パネルのサブチャネルへの割り当てと共に働く。
【００２３】
パネルが通信信号を重畳している場合でも、基地局は、それらの信号を復調し、各パネルに関するデータを生成することができる。例示の一実施例において、静的割り振りが実行され、例示の割り振りにおいて、一つのチャネルは、例えば、３つのチャネルに分けられる。しかし、環境条件は、周波数のスペクトルに影響を与え得、サブチャネルとの干渉を起こし得る。代替の実施例において、静的割り振りを実行する代わりに、基地局がサブチャネルの割り振りを改変し得る動的割り振りが実装され得る。サブチャネルの一つがノイズが多いと判定される場合、基地局は、割り振りを異なるサブチャネルに切り替え得る。この実装は、良好ではない通信に起因する浪費されるエネルギーを軽減することができる。
【００２４】
図１は、光起電セル１００が、例えば太陽などの照射源から太陽光を受ける、光起電セルオペレーションのシステム図である。ＰＶセル１００は、光源エネルギーを電気エネルギーに変換し、これは、回路１１０によりモデル化される。太陽光の光子がソーラーパネルに当たり、シリコンなど半導電性材料により吸収される。電子（負に帯電している）はそれらの原子から自由に（knocked
loose）され、それらをその材料を介して流して電気を生成する。ソーラーセルの特殊な構成に起因して、電子は単一の方向に移動することのみが可能である。ソーラーセルのアレイが、ソーラーエネルギーを利用可能な量の直流（ＤＣ）電気に変換する。
【００２５】
図２は、ストリング２１０、２２０、及び２３０に分割された光起電モジュールアレイ２００のシステムのブロック図である。ストリング２１０は、この例示の実施例ではＰＶモジュール２１２、２１４、２１６、２１８及び２１９で構成される。ストリング２２０は、ＰＶモジュール２２２、２２４、２２６、２２８及び２２９を含む。ストリング２３０は、ＰＶモジュール２３２、２３４、２３６、２３８及び２３９で構成される。ソーラーパネルデータの電力線送信のシステム及び方法の例示の一実施例において、各ストリングがＯＦＤＭスキームにおけるタイムスロットに割り当てられる。割り当てられたタイムスロットの間、周波数のスペクトルがサブチャネルに分割され、特定のモジュールに関するデータが特定のサブチャネルで送信される。
【００２６】
図３は、ソーラーパネルデータの電力線送信のシステム３００の例示の一実施例のシステムのブロック図である。ＰＶモジュールアレイが２つのストリング、ストリング１  ３１０及びストリングｎ  ３６０に分割される。各ストリングが特定の時間スロットに割り当てられる。ストリング１  ３１０は、ＰＶモジュール３１５、ＰＶモジュール３３５、及びＰＶモジュール３５０を含む。ストリングｎ  ３６０は、ＰＶモジュール３６５、ＰＶモジュール３７５、及びＰＶモジュール３９０を含む。各ＰＶモジュールは関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデムを有する。ＰＶモジュール３１５は関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデム３２５を有する。ＰＶモジュール３３５は関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデム３４５を有する。ＰＶモジュール３５０は関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデム３５５を有する。ＰＶモジュール３６５は関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデム３７０を有する。ＰＶモジュール３７５は関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデム３８０を有する。ＰＶモジュール３９０は関連するＤＣ／ＤＣコンバータ及びモデム３９５を有する。例示の一実施例において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＰＶモジュールからのデータのレベルシフトを実施する。
【００２７】
例示の一実施例において、モデムは、ＤＣ／ＤＣコンバータからの個別のエンティティである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ストリング内の全てのモジュールを介して流れる電流を等化するため電力変換を実行する。通信される必要のある情報を符号化するためモデムは電力線キャリア信号を変調する。モデムの各々は、その時間スロット内の情報を受信モデム３７７に送る。受信モデム３７７は、ＯＦＤＭＡ構成の時間スロットの各々をアセンブルする。その後、ＤＣ／ＡＣインバータ３８７がＤＣ信号で変調される情報を取得し、その信号をＡＣ信号に反転する。変調されたＡＣ信号はその後電力線に印加され、これは、その後グリッドに送られる。例示の一実施例において、ＤＣ／ＡＣインバータ３８７は、ソーラーモジュールにより供給されるＤＣ電力を、ユーティリティグリッドに供給されるＡＣ電力に変換する。モデム３７７は、変調された電力線キャリア信号からの種々のモデム（例えば、モデム３４５、３５５など）により符号化された情報内容を回復するＤＣ／ＡＣインバータ３８７において含まれる。
【００２８】
図４は、ソーラーパネルデータ電力線送信の方法の例示の一実施例のフローチャート４００である。ブロック４１０において、ＰＶモジュールがストリングに分割される。ブロック４２０において、周波数のスペクトルがサブチャネルに分割される。ブロック４３０において、各ストリングが時間スロットに割り当てられる。ブロック４４０において、ストリングの各ＰＶモジュールが、割り当てられた時間スロットの間異なるサブチャネルでデータを送る。
【００２９】
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び多くの他の実施例が可能であることが分かるであろう。
【図１】
2014513476.tif 000003
【図２】
2014513476.tif 000004
【図３】
2014513476.tif 000005
【図４】
2014513476.tif 000006
【国際調査報告】
2014513476.tif 000007
2014513476.tif 000008