(57)【要約】光起電力システムのための保護デバイス（１００）は、光起電力発生器（１）に接続するための少なくとも１つの入力部（１０１、１０２）と、光起電力発生器（１）から供給された電力を送出するための少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）とを備える。保護デバイス（１００）は、保護デバイス（１００）が、少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）を介して印加された信号のための検出デバイスを備え、印加された信号が所定の基準を満たさない場合に、少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）において、低い電圧（Ｕｓ）のレベルに制限された低い電圧（Ｕｓ）を提供し、印加された信号が所定の基準を満たす場合に、少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）をスイッチングデバイス（１１０）を介して少なくとも１つの入力部（１０１、１０２）に低抵抗の状態で接続するように適合していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力発生器（１）に接続するための少なくとも１つの入力部（１０１、１０２）と、
前記光起電力発生器（１）によって供給された電力を送出するための少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）とを備える、
光起電力システムのための保護デバイス（１００）において、
前記保護デバイス（１００）が、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）を介して印加された信号のための検出デバイスを備え、
供給された信号が所定の基準を満たさない場合に、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）において、低い電圧（Ｕｓ）のレベルに制限された前記低い電圧（Ｕｓ）を提供し、
前記供給された信号が前記所定の基準を満たす場合に、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）をスイッチングデバイス（１１０）を介して前記少なくとも１つの入力部（１０１、１０２）に低抵抗の状態で接続するように適合していることを特徴とする
保護デバイス（１００）。
【請求項２】
前記検出デバイスが、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）において放出された電流（Ｉｏ）のための電流測定デバイス（１３０）を備え、
前記印加された信号が、前記電流（Ｉｏ）の大きさに関連している
請求項１に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項３】
前記検出デバイスが、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）において印加された電圧（Ｕｏ）のための電圧測定デバイスを備え、
前記印加された信号が、前記電圧（Ｕｏ）のレベルに関連している
請求項１に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項４】
前記所定の基準が、前記信号の時間的な変調、特にパルスのパターンに関係している
請求項１から３のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項５】
前記所定の基準が、前記電流（Ｉｏ）の大きさに関係しており、前記保護デバイス（１００）が、前記放出された電流（Ｉｏ）が下側しきい値（Ｉｓｕ）未満である場合に、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）において前記低い電圧（Ｕｓ）を提供し、前記放出された電流（Ｉｏ）が上側しきい値（Ｉｓｏ）以上である場合に、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）を前記スイッチングデバイス（１１０）を介して前記少なくとも１つの入力部（１０１、１０２）に低抵抗の状態で接続するように適合しており、前記上側しきい値（Ｉｓｏ）が前記下側しきい値（Ｉｓｕ）以上である
請求項２に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項６】
前記電流測定デバイス（１３０）が、電流測定用のシャント（１３１）と、好ましくはスイッチングのヒステリシスを有するしきい値スイッチ（１３２）とを備える
請求項２または５に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項７】
前記低い電圧（Ｕｓ）を直接供給するために、または、前記低い電圧（Ｕｓ）を生成するために、前記光起電力発生器（１）からの部分的な電圧を印加するためのさらなる入力部（１０５）を備える
請求項１から６のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項８】
前記低い電圧（Ｕｓ）を制限するためのＤＣ−ＤＣコンバータ（１４０）、シリーズレギュレータ、またはシャントレギュレータを備える
請求項１から７のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項９】
前記低い電圧（Ｕｓ）が、直列抵抗器（１４１）を介して高いインピーダンスで前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に接続されている
請求項１から８のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１０】
前記低い電圧（Ｕｓ）が、ダイオード（１４２）を介して前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に接続されている
請求項１から９のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１１】
前記スイッチングデバイス（１１０）が半導体スイッチである
請求項１から１０のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１２】
タイマ（１３３）が設けられており、前記信号が、所定の期間（ｔｘ）より長い間、前記所定の基準を満たす場合にのみ前記スイッチングデバイス（１１０）のスイッチングが行われるように、前記タイマ（１３３）によって前記スイッチングデバイス（１１０）の制御が遅延される
請求項１から１１のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１３】
前記スイッチングデバイス（１１０）を制御するために前記スイッチングデバイス（１１０）に接続された電気アーク検出手段（１５０）を備える
請求項１から１２のいずれか一項に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１４】
前記電気アーク検出手段（１５０）が、電気アークが検出された場合に前記スイッチングデバイス（１１０）が開くように、前記スイッチングデバイス（１１０）に接続されている
請求項１３に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１５】
前記電気アーク検出手段（１５０）が、バンドパスフィルタ（１５１）およびエンベロープ検出器（１５２）を備える
請求項１３または１４に記載の保護デバイス（１００）。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の組み込まれた保護デバイス（１００）によって特徴づけられる
光起電力モジュール。
【請求項１７】
前記保護デバイス（１００）が、前記光電力モジュールの接続ボックスの中に配置されている
請求項１６に記載の光起電力モジュール。
【請求項１８】
前記保護デバイス（１００）が、前記低い電圧（Ｕｓ）を直接供給するために、または、前記低い電圧（Ｕｓ）を生成するために、前記光起電力発生器（１）の部分的な電圧を印加するように前記光起電力モジュールのタップに接続されたさらなる入力部（１０５）を備える
請求項１７に記載の光起電力モジュール。
【請求項１９】
光起電力発生器（１）に接続するための少なくとも１つの入力部（１０１、１０２）と、前記光起電力発生器（１）によって供給された電力を送出するための少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）とを備える、光起電力システムの保護デバイス（１００）のための動作方法であって、
前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に低い電圧（Ｕｓ）を印加するステップと、
信号の存在に備えて前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）を監視し、該当する場合には存在する信号を検出するステップと、
検出された信号が所定の基準を満たす場合に、前記光起電力発生器（１）によって供給されたすべての電力を送出するために前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に動作電圧を印加するステップと、
信号が存在しないか、または、前記検出された信号が指定された基準を満たさない場合に、前記低い電圧（Ｕｓ）を前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に印加するステップとを含む
動作方法。
【請求項２０】
前記所定の基準が、前記信号の時間的な変調によって伝送される前記光起電力システムのインバータ（４）の動作状態に関係している
請求項１９に記載の動作方法。
【請求項２１】
前記所定の基準が、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）において放出される電流（Ｉｏ）の大きさに関係しており、前記放出された電流（Ｉｏ）が上側しきい値（Ｉｓｏ）以上の場合に、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に前記動作電圧が供給され、前記出力電流（Ｉｏ）が下側しきい値（Ｉｓｕ）未満の場合に、前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に前記低い電圧（Ｕｓ）が供給され、前記下側しきい値（Ｉｓｕ）が前記上側しきい値（Ｉｓｏ）以下である
請求項１９に記載の動作方法。
【請求項２２】
電気アークの存在に特有の信号が前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に存在するかどうかを監視するステップと、
そのような信号の存在の際に前記少なくとも１つの出力部（１０３、１０４）に前記低い電圧（Ｕｓ）を印加するステップとをさらに含む
請求項１９から２１のいずれか一項に記載の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力発生器に接続するための少なくとも１つの入力部と、その光起電力発生器によって供給された電力を送出するための少なくとも１つの出力部とを備える、光起電力システムのための保護デバイスに関する。  
さらに本発明は、保護デバイスを有する光起電力モジュールと、光起電力システムの保護デバイスのための動作方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
以降ではＰＶシステムと略される光起電力システムは、太陽光を電気エネルギーに変換するために用いられる。  
通常は、以降ではＰＶモジュールと略される複数の光起電力モジュールが、光起電力発生器として互いに電気的に接続されており、それぞれの光起電力モジュールは、複数の太陽電池からなる相互接続部分を意味する。  
光起電力発生器（ＰＶ発生器）は、遠隔に取り付けられたインバータに接続される場合が多く、インバータは、ＰＶ発生器によって供給された直流（ＤＣ）を、公共の電力供給ネットワーク、または私設の（単独運転の）電力供給ネットワークに供給するのに適した交流に変換するために用いられる。
【０００３】
それによってＰＶモジュールは、たいていの場合、ＰＶ発生器とインバータとの間のＤＣ電力ケーブルが、１００ボルトを明らかに超える範囲の電圧にさらされるようにして直列に接続される。  
この大きさの電圧は、大きいケーブル断面の選択を必要とせずに許容できるほどに小型のラインで、とりわけ抵抗損を維持するために効率の理由で有用である。  
しかし、ＰＶモジュールに光が当たると、発火等の損傷時、または、設置やメンテナンスの際に、高電圧によって生命に危険となり得る電気ショックの危険性がある。  
さらなる保護対策がないと、直接的な接触、または、消火用水（ｆｉｒｅ  ｗａｔｅｒ）等を介した間接的な接触の際の生命への危険性は、ＰＶモジュールを暗くすることなどによってＰＶモジュールによる発電が阻止される場合にしか解消され得ない。  
しかし、このことは、大型のＰＶシステムの場合、または発火の際には実施が困難である。
【０００４】
ＰＶシステムに関する別の問題は、ＰＶモジュールからインバータに流れる高いＤＣ電流を伴う高いＤＣ電圧に起因する、電気アークの形成の危険性である。  
電気アークは、例えば、メンテナンス中（導電ワイヤを取り外す際）、スクリューコネクタもしくはプラグインコネクタにおける接点劣化の際、不十分にはんだ付けされた接合部もしくは悪くなったスクリューコネクタにおいて、または、ケーブル絶縁の損傷の際に生じ得る。  
生じたアークの消滅は、通常、そのアークを通って流れる電流の大幅な低減によってのみ可能である。
【０００５】
ＰＶシステムの動作中における発火またはメンテナンスの際の危険電圧の発生を防ぐためには、ＰＶモジュールの接続ボックスなどの、ＰＶモジュールの近傍に、エアギャップスイッチまたは半導体スイッチなどのスイッチングデバイスを配置することが知られており、このスイッチングデバイスは、インバータまたは別の制御センターによって主要ラインを介してスイッチ制御されると、ＰＶモジュールとインバータとの間の接続ラインを遮断状態に切り替える。  
これは、Ｐｈｏｔｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、２００５年５月号、７５〜７７貢などで開示されているように、スイッチングデバイスによる接続ラインの遮断、または、ＰＶモジュールの短絡によって行われ得る。  
ＤＥ  １０  ２００５  ０１８  １７３  Ａ１の文献で開示されているように、ＰＶ発生器とインバータとの間の接続ラインは、ＰＶ発生器の所に配置された１つのスイッチングデバイスによって遮断されることもできる。
【０００６】
スイッチングデバイスに制御信号を伝送する場合、付加的に設置されるケーブルが用いられるが、特に大型のＰＶシステムの場合には、それらのケーブルは設置コストの増加を伴う。  
代替形態としては、変圧器によって制御信号を高い周波数の信号として電力伝送用のＤＣケーブルに印加し、これらのケーブルを介してこれらの信号を送ることが、特許出願公開第ＤＥ  １０  ２００６  ０６０  ８１５  Ａ１号により知られている。  
このため、スイッチングデバイスには、高い周波数で伝送された制御信号をデコードしてスイッチング動作を制御する制御ユニットが設けられる。  
制御信号の印加に向けては、ＤＣラインにおける大きい電流のために、強化した材料の変圧器が必要となることから、このソリューションもまた高価となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００５  ０１８  １７３  Ａ１号
【特許文献２】独国特許出願公開第  １０  ２００６  ０６０  ８１５  Ａ１号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｐｈｏｔｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、２００５年５月号、７５〜７７貢
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、危険の際に、ＰＶ発生器からインバータにつながっているＤＣラインに高電圧が供給されることを簡単な構成で確実かつ安全に防ぐ、ＰＶシステムのための保護デバイスを提供することである。  
本発明のさらなる目的は、このような保護デバイスを動作させるための方法と、安全なＰＶシステムが構築され得るＰＶモジュールとを提供することである。
【００１０】
本目的は、請求項１の特徴を有する保護デバイスと、請求項１６の特徴を有するＰＶモジュールと、請求項１９の特徴を有する動作方法とによって達成される。  
さらなる展開、および有利な実施形態は従属請求項で与えられている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、上記序文による保護デバイスは、少なくとも１つの出力部を介して印加された信号のための検出デバイスを備え、印加された信号が所定の基準を満たさない場合に、出力部において、低い電圧のレベルに制限された低い電圧を提供し、印加された信号が所定の基準を満たす場合に、出力部がスイッチングデバイスを介して少なくとも１つの入力部に低抵抗の状態で接続されるように適合している。
【００１２】
保護デバイスは、空間的にできるだけＰＶ発生器の近くに配置されることが好ましく、自身の入力部においてＰＶ発生器に接続され、結果的に遠隔に配置されるインバータに自身の出力部において接続されて、最初は自身の出力部を危険でない低い電圧のみにさらす。  
このようにして、ＰＶ発生器が太陽照射にさらされているという情報が保護デバイスから伝送される。  
インバータ（または、発生器から離れている別の装置）がこれに応答して所定の信号を伝送する場合にのみ、保護デバイスは、自身の出力部をスイッチングデバイスを介して自身の入力部に低抵抗の状態で接続し、ＤＣ接続ラインをインバータにＰＶ発生器のフル電圧までさらす。  
言い換えれば、保護デバイスは、ＰＶ発生器をＤＣラインに接続し、それによってＰＶ発生器のフル電力がそのときにインバータに伝送され得る。  
危険の際などにインバータをスイッチオフする場合には、所定の信号がもはや印加されてない等の理由により、所定の基準がもはや満たされない。  
次に保護デバイスの入力部と出力部がスイッチングデバイスによって分離され、出力部は、単に危険でない低い電圧に再度さらされる。
【００１３】
保護デバイスの有利な実施形態によれば、検出デバイスは、少なくとも１つの出力部において放出された電流のための電流測定デバイスを備え、印加された信号は、上その電流の大きさに関連している。  
あるいは、検出デバイスは、少なくとも１つの出力部において印加された電圧のための電圧測定デバイスを備え、印加された信号は、その電圧のレベルに関連している。
【００１４】
保護デバイスのさらに有利な実施形態によれば、所定の基準は、上記信号の時間的な変調、特にパルスのパターンに関係している。  
このようにして、スイッチング信号の確実な検出が実現される。
【００１５】
さらに有利な実施形態によれば、所定の基準は、少なくとも１つの出力部において放出された電流の大きさに関係しており、保護デバイスは、放出された電流が下側しきい値未満である場合に、少なくとも１つの出力部において低い電圧を提供し、放出された電流が上側しきい値以上である場合に、少なくとも１つの出力部をスイッチングデバイスを介して少なくとも１つの入力部に低抵抗の状態で接続するように適合しており、上記の上側しきい値は下側しきい値以上である。
【００１６】
このことによって、インバータが、この低い電圧にさらされるインバータのＤＣ入力部に負荷をかけ、上側しきい値以上の電流が保護デバイスの出力部において検出される場合に、保護デバイスがＰＶ発生器をＤＣラインに接続することが確実なものとなる。  
逆に、危険の際などにインバータをスイッチオフする場合には、インバータのＤＣ入力部、したがって保護デバイスの出力部は、もはや負荷がかけられず、保護デバイスの入力部と出力部は、スイッチングデバイスによって再度切断される。  
電流に対するしきい値は、著しく減少した絶縁抵抗、または、（消火用）水の導電性により、ＤＣ接続ラインに触れることによって引き起こされる保護デバイスの出力部と入力部の接続が防止されるように選択される必要がある。
【００１７】
保護デバイスのさらなる実施形態によれば、保護デバイスは、上記の低い電圧を直接供給するために、または、上記の低い電圧を生成するために、ＰＶ発生器からの部分的な電圧を印加するためのさらなる入力部を備える。  
このようにして、上記の低い電圧は、変換損失を有することなく、またはわずかな最少の変換損失で最も経済的に提供され得る。
【００１８】
保護デバイスのさらに有利な実施形態によれば、上記の低い電圧は、直列抵抗器を介して高いインピーダンスで少なくとも１つの出力部に印加される。  
このように、特に、出力部において並列に接続されたいくつかの保護デバイスの場合、低い電圧信号がかけられるとそれぞれの保護デバイスにおいて電流が生じるため、それぞれの保護デバイスは、それぞれのスイッチングの機能を実行することができるということが実現される。
【００１９】
保護デバイスのさらに有利な実施形態によれば、保護デバイスは、スイッチングデバイスを制御するためにスイッチングデバイスに接続された、電気アークを検出するためのアーク検出手段を備える。  
アーク検出手段は、電気アークが検出された場合にスイッチングデバイスが開くように、スイッチングデバイスに接続されていることが好ましい。  
このようにして、保護デバイスは、電気アークを自動的に消滅させるように用いられてもよい。  
保護デバイスにおける、危険電圧に対する保護とアーク消滅との統合によって、例えば両方の場合に用いられるスイッチングデバイス等の素子である、部品の経済的な利用が可能となる。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、本目的は、このような組み込まれた保護デバイスを備える光起電力モジュールによって達成される。  
したがって、ＰＶモジュールは、ＰＶシステムにおける公知のＰＶモジュールと同じように用いることができ、保護デバイスに関して上記で説明された利点を、いかなる追加の備えも有することなく提供する。
【００２１】
ＰＶモジュールの有利な実施形態では、保護デバイスは、ＰＶモジュールの接続ボックスの中に配置され、それによって特に小型の設計が可能となる。
【００２２】
本発明の第３の態様によれば、本目的は、ＰＶ発生器に接続するための少なくとも１つの入力部と、ＰＶ発生器によって供給された電力を送出するための少なくとも１つの出力部とを備える、ＰＶシステムにおける保護デバイスのための動作方法によって達成される。  
この動作方法は、以下のステップを有する。すなわち、少なくとも１つの出力部は、低い電圧を供給され、信号の存在について監視され、該当する場合には存在する信号が検出される。  
検出された信号が所定の基準を満たす場合、ＰＶ発生器によって供給されたすべてのＰＶ電力を送出するために、少なくとも１つの出力部に動作電圧が供給される。  
信号が存在しないか、または検出された信号が所定の基準を満たさない場合、出力部には上記の低い電圧が再度供給される。  
これらの利点は、第１および第２の態様における利点と一致する。
【００２３】
以降では、７つの図面を参照し、実施形態を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態による保護デバイスを有するＰＶシステムの概略図である。
【図２】保護デバイスの動作方法のフローチャートである。
【図３】保護デバイスの第２の実施形態の回路図である。
【図４】保護デバイスの第３の実施形態の回路図である。
【図５】複数の保護デバイスを有するＰＶシステムの概略図である。
【図６】保護デバイスの第４の実施形態の回路図である。
【図７】保護デバイスの第５の実施形態の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、第１の実施形態による保護デバイスを有するＰＶシステムの基本構成を概略的に示す。
【００２６】
このＰＶシステムは、保護デバイス１００の入力部１０１および１０２に接続ライン２を介して接続されたＰＶ発生器１を備える。  
また、保護デバイス１００は出力部１０３および１０４を備え、これらの出力部１０３および１０４からＤＣライン３がインバータ４につながっており、インバータ４は電力供給ネットワーク５に接続されている。
【００２７】
図１では、ＰＶ発生器１は、１つの光起電力セルの電子記号で例示的に示されている。  
図示されているＰＶシステムの実用的な実施においては、ＰＶ発生器１は、複数の光起電力セルを備える１つのＰＶモジュールでもよい。  
まったく同様に、ＰＶ発生器１は、いわゆるストリングである、いくつかの直列接続されたＰＶモジュールでもよく、この場合には個々のＰＶモジュールの電圧が合計される。  
また、並列接続、または、直列と並列の混合接続のＰＶモジュールも可能である。
【００２８】
ＰＶ発生器１によって供給された電力は、入力電圧Ｕｉとして保護デバイス１００に印加される。  
例として、負の入力部１０１には負の電位が印加され、他方の入力部１０２には正の電位が印加される。  
出力部１０３および１０４において保護デバイス１００によって供給される電圧は、以降では出力電圧Ｕｏと呼ばれる。
【００２９】
図示されている実施形態では、出力部１０３は、電流測定デバイス１３０を介して低抵抗の状態で入力部１０１に常時接続されており、一方、出力部１０４は、スイッチングデバイス１１０を介して入力部１０２に接続され得る。  
電流測定デバイス１３０は、保護デバイス１００の制御ユニット１２０の一部であり、制御ユニット１２０は、入力部１０１、１０２における電圧Ｕｉによって電力供給される。  
制御ユニット１２０は、一方では、この実施形態では出力部１０３における、電流測定デバイス１３０によって測定された電流Ｉｏに応じてスイッチングデバイス１１０を制御し、他方では、出力部１０４が入力部１０２に接続されてない場合に出力部１０３、１０４に印加される、保護電圧Ｕｓとも呼ばれる低い電圧Ｕｓを提供する。  
このため、スイッチングデバイス１１０は、本実施形態では切換スイッチとして設計されている。
【００３０】
以降でより詳細に説明されるように、保護デバイスは、危険の際に、自身の出力部１０３、１０４における、つまり、インバータにつながっているＤＣライン３における危険なほど高い電圧の発生を防止する。  
これとは別に、ＰＶ発生器１は、光照射の際に、結果的に生命に危険性のあるレベルの電圧を接続ライン２に印加するため、保護デバイス１００は、接続ライン２の長さを相応に短く維持するためにＰＶ発生器１にできるだけ近く配置されることが好ましい。
【００３１】
以降では、図２のフローチャートによって、保護デバイスの動作方法が例示される。  
ここでは、図１において概略的に示された保護デバイスへの言及が、限定ではなく例としてなされる。
【００３２】
夜間など、ＰＶ発生器１が出力電圧を送出しないか、または無視できるほど低い出力電圧だけを送出する、本方法における開始点を有することが想定されている。  
ＰＶ発生器１の出力電圧は、保護デバイス１００の入力部１０１および１０２を介して入力電圧Ｕｉとして供給される。  
次に、ＰＶ発生器１における太陽照射強度の増加により、この入力電圧Ｕｉが増加すると、保護デバイス１００の制御ユニット１２０にも動作用電圧が十分に供給される。
【００３３】
最初のステップＳ１では、制御ユニット１２０は、保護デバイス１００の出力部１０３および１０４において低い電圧Ｕｓを提供する。  
この低い電圧Ｕｓのレベルは、ＤＣ電圧についての安全値を超えず、入力電圧Ｕｉとは無関係である。  
この低い電圧Ｕｓは、例えば数ボルトから数十ボルトまででもよい。  
低い電圧Ｕｓが、いわゆる保護電圧の範囲内にあることが重要である。  
ＤＣ電圧について約１２０ボルトまでにおよぶこの範囲の電圧は、接触の際に生命への危険性がないと想定されている。  
図４の例を参照すると、いくつかの直列接続の保護デバイス１００の場合には、個々の保護デバイス１００の低い電圧Ｕｓの合計が保護電圧の範囲に入っている必要があることが考慮されなければならないことに、あらかじめ言及しておく。  
この低い電圧Ｕｓは、ＤＣライン３と、インバータ４とに出力電圧Ｕｏとして供給される。
【００３４】
あるレベルからの入力電圧Ｕｉに無関係な、すなわち、ＰＶ発生器１が照射される光強度に無関係な低い電圧Ｕｓのレベルに向けた準備がなされ得る。  
あるいは、例えば、入力電圧に比例する、または、所定の入力電圧範囲内における入力電圧に比例する、入力電圧Ｕｉのレベルに応じた低い電圧Ｕｓのレベルを有することも可能である。  
このようにして、放射強度に関する情報が、低い電圧Ｕｓのレベルを通じてインバータ４に伝送され、インバータは、その情報を評価してインバータ自体の動作状態を制御することができる。
【００３５】
次のステップＳ２では、保護デバイス１００の出力部１０３または１０４における電流Ｉｏの大きさが、電流測定デバイス１３０により、制御ユニット１２０によって測定される。
【００３６】
さらなるステップＳ３では、この電流Ｉｏが、所定の下側電流しきい値Ｉｓｕと比較される。  
この電流Ｉｏが下側しきい値Ｉｓｕより低いと、本方法はステップＳ４に分岐し、ステップＳ４では、スイッチングデバイス１１０がスイッチオフされるか、またはスイッチオフされたままとなる。  
それにより、低い電圧Ｕｓが出力電圧Ｕｏとして出力部１０３、１０４において依然として提供される。  
次に本方法はステップＳ２に戻り、ステップＳ２において電流Ｉｏが再度測定される。  
逆に、ステップＳ３において電流Ｉｏが下側しきい値Ｉｓｕ以上である場合、本方法は次のステップＳ５に分岐する。
【００３７】
ステップＳ５では、電流Ｉｏが所定の上側電流しきい値Ｉｓｏと比較される。  
インバータによくあるように、インバータ４は、電力供給ネットワーク５に交流の形態で供給され得るＰＶ発生器からの電力を取り出すために、インバータ４のＤＣ入力部に印加されている電圧の検出時に、そのＤＣ入力部に負荷をかけるように設計されている。
【００３８】
インバータ４のＤＣ入力部に負荷をかけると、電流しきい値Ｉｓｏに到達するか、またはそれを超える、保護デバイス１００の出力部１０３、１０４における電流Ｉｏがもたらされる。  
この場合、本方法はステップＳ５からステップＳ６に分岐し、ステップＳ６では制御ユニット１２０がスイッチングデバイス１１０をスイッチオンする。  
次に、入力部１０２がスイッチングデバイス１１０を介して出力部１０４に低抵抗の状態で接続される。  
この実施形態では、入力部１０１が出力部１０３に低抵抗の状態で常時接続されているため、基本的には入力電圧Ｕｉ、すなわち、ＰＶ発生器１によって供給された電圧である、出力部１０３、１０４における出力電圧Ｕｏが動作電圧として発生する。  
入力部１０１、１０２、および出力部１０３、１０４の間の低抵抗の接続により、ＰＶ発生器１によってもたらされたほぼすべての電力は、保護デバイス１００がない場合のＰＶ発生器１とインバータ４との直接接続の場合のように、ＤＣライン３を介してインバータ４に伝送され得る。  
スイッチングデバイス１１０のスイッチオンを誘発する電流Ｉｏの増加は、インバータ４の電力供給ユニットまたはブーストコンバータの開始時においても生じ得る。  
インバータ４が、インバータ４のＤＣ入力部に負荷をかけることを能動的に行うことも可能であり、このことは、ある意味で、保護デバイス１００に対する制御信号として働く。  
ステップＳ６でスイッチングデバイス１１０をスイッチオンした後、本方法はステップＳ２に戻り、ステップＳ２では電流Ｉｏが再度測定される。
【００３９】
この電流Ｉｏは、保護デバイス１００の制御ユニット１２０によって継続的かつ反復的に測定される（ステップＳ２）。  
インバータ４が、メンテナンスや危険の際などにシャットダウンするか、または電力供給ネットワーク５から切断されると、そのインバータ４は、インバータ４のＤＣ側においてそれ以上電力を取り込まない。  
ＤＣライン３を通る電流はゼロに戻り、特に下側しきい値Ｉｓｕを下まわる。  
これはステップＳ３において保護デバイス１００によって検出され、その後実行されるステップＳ４においてスイッチングデバイス１１０がスイッチオフされる。  
次に出力電圧Ｕｏは、単に危険性のない低い電圧Ｕｓとなる。
【００４０】
上側しきい値Ｉｓｏは、下側しきい値Ｉｓｕと等しくなるように選択されてもよい。  
しかし、上側しきい値Ｉｓｏは、下側しきい値Ｉｓｕより高いことが好ましい。  
このように、スイッチングデバイス１１０における２つのスイッチング状態の間で定められたスイッチングを支えるヒステリシスが設けられる。  
電流Ｉｏが下側しきい値未満でもなく、また上側しきい値以上でもない場合には、ステップＳ２への直接的な復帰が行われ、ステップ２では、ステップＳ４またはステップＳ６に先に分岐することなく電流Ｉｏが再度測定される。
【００４１】
したがって、本実施形態では、測定された電流Ｉｏの大きさは、保護デバイス１００によって受けられる、スイッチングデバイス１１０におけるスイッチング状態を決定するための所定の基準と比較される信号を表す。  
これらの基準は、電流Ｉｏの大きさに関係しており、しきい値ＩｓｕおよびＩｓｏの形態で指定される。  
低い電圧ＵｓをＤＣ電力ライン３に印加することによって、保護デバイス１００が、追加の制御線、または制御信号による変調を何ら必要とせずに、電流測定を行うことによってインバータ４による電力需要を検出することが可能となる。  
このように、長く、しばしば露出しているＤＣライン３は、正常動作状態においてのみＰＶ発生器１のフルＤＣ電圧を伝え、この場合には、ＤＣライン３上の高電圧と高電流による潜在的な危険性は考慮される必要がない。
【００４２】
危険の際には、消火前に出火場所を電力供給ネットワークから切り離すのが消防士の普通の処置である。  
ＰＶシステムの場合には、インバータをＡＣ電力供給ネットワークから切り離す普通の処置が、実際には、ＰＶ発生器によって生成された危険なほど高いＤＣ電圧から、ＤＣライン３およびインバータ４自体などのＤＣ側の露出している部品を少なくとも切り離す十分な措置になっており、これは単に保護回路によって実現されている。
【００４３】
保護デバイスおよび本方法の代替実施形態では、それぞれに対して電流Ｉｏが上側しきい値Ｉｓｏ以上となる、所定パターンのパルスが検出された場合にのみスイッチングデバイス１１０のスイッチオンが行われる。  
このような「エンコードされた」スイッチオンは、例えば危険な状況においても生じる絶縁不良によって流れる電流による、意図的でないスイッチングを防ぐことができる。  
図４に関して以降でより詳細に説明されるさらなる実施形態では、電圧パルス信号に基づく、すなわち、保護デバイスの出力部における電圧信号の変化に基づく比較に値するパターンの検出が行われる。  
また、電流の絶対値のしきい値を指定しない、電流の変化に基づく電流信号の検出も可能である。
【００４４】
動作中に例えばブーストコンバータとして働く、ＰＶモジュールに組み込まれた、例としてＰＶモジュールの接続ボックスに組み込まれたＤＣ−ＤＣコンバータを配置することが知られている。  
このようなＤＣ−ＤＣコンバータは、本発明の趣旨に含まれる保護デバイスとして働き、図２に関して説明された方法を実行することができる。  
この場合、このＤＣ−ＤＣコンバータは、最初に低い電圧Ｕｓを自身の出力部において印加するように適合している。  
上側しきい値Ｉｓｏを超える電流が検出された場合など、所定の基準を満たす信号がＤＣ−ＤＣコンバータによって検出された場合にのみ、そのＤＣ−ＤＣコンバータは、ＰＶモジュールからの（変換損失を除く）実質的にすべての電力を送出する正常動作状態で動作する。  
このモードでは、低い保護電圧の範囲に値が制限されていない動作電圧が、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部において印加される。  
したがって、電流が下側しきい値Ｉｓｕを下まわる場合など、検出された信号が所定の基準をそれ以上満たさない場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力部において印加される電圧は、その動作電圧から、低い電圧Ｕｓに再度切り替えられる。
【００４５】
図３は、さらなる実施形態による保護デバイス１００の構成を詳細図で示す。  
この図と以降の図とにおける同じ参照番号は、図１における等価な要素と同様の参照番号を示す。
【００４６】
例として、保護デバイス１００は、ここでも同様に、入力部１０１および１０２によって、２本の接続ライン２を介して、１つの光起電力セルで示されているＰＶ発生器１に接続されている。  
図１に関して説明されたように、ＰＶ発生器１は、特に直列に接続された、１つまたは複数のＰＶモジュールを備えることができる。  
同じことが以降で説明される実施形態にも当てはまる。
【００４７】
保護デバイス１００は、入力部１０１および１０２に加えて、出力部１０３および１０４を備える。  
出力部１０３は、電流感知抵抗器（シャント）１３１を介して入力部１０１に低抵抗の状態で常時接続されており、出力部１０４は、スイッチングデバイス１１０を介して入力部１０２に選択的に接続され得る。  
スイッチングデバイス１１０は、可変スイッチとして記号で示されている。  
このスイッチングデバイス１１０は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）またはＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）の形態である、半導体スイッチとして実現されることが好ましい。  
スイッチングデバイス１１０は、図示されているように出力部１０４を切り替えることができる。  
しかし、スイッチングデバイス１１０によって出力部１０３を切り替えることも可能であり、また、スイッチングデバイス１１０の多極構成によって両方の出力部１０３、１０４を切り替えることも可能である。  
また、例えばスイッチングの信頼性を高めるために、スイッチングデバイス１１０として直列に接続された半導体スイッチなどの複数のスイッチが用いられてもよい。
【００４８】
ダイオード１１１は、スイッチングデバイス１１０のスイッチング経路と並列に配置されている。  
ダイオード１１１は、出力部１０３、１０４に電圧がかかっている間にＰＶ発生器１が陰になった場合に、インバータのＤＣ入力回路におけるキャパシタ等に起因して生じ得る極めて高い阻止電圧に対して、半導体スイッチによって実現されているスイッチングデバイス１１０を保護する。  
用いられる半導体スイッチ１１１の種類によっては、このダイオードは、半導体の内部構造により半導体スイッチに既に組み込まれている。  
この場合、このダイオードは、固有ダイオード（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｄｉｏｄｅ）とも呼ばれる。
【００４９】
さらなるダイオード１１２は、出力部１０３、１０４に対して逆平行に接続されている。  
このダイオードは、保護デバイス１００をそれぞれ有する複数のＰＶ発生器１が直列に接続される用途に向けたバイパスダイオードとして働く。  
このようなシステムの概念は、図４に関して、より詳細に説明されることになる。
【００５０】
電流感知抵抗器１３１は、しきい値スイッチ１３２とともに電流測定デバイス１３０を構成する。  
しきい値スイッチ１３２の入力部には、保護デバイス１００用に選択された基準電位ＧＮＤに対する、電流Ｉｏに比例する電圧が発生する。  
この電圧は、しきい値スイッチ１３２によって、所定の電流Ｉｓに対応する電圧と比較される。  
電流Ｉｏが所定のしきい値Ｉｓを超えると、しきい値スイッチ１３２の出力部に電圧が発生する。  
確実な検出と、定義されたスイッチング状態の実現とに向け、スイッチングプロセスに対してヒステリシスが設けられてもよい。  
図２に関して既に説明されたように、下側しきい値Ｉｓｕと上側しきい値Ｉｓｏとを分けることが次に行われる。  
これらのしきい値は、ＤＣライン３の一方に接触した際、または、消火用水などによってＤＣライン３もしくはインバータ４のＤＣ入力部における絶縁抵抗が極度に減少した場合に、スイッチングデバイス１１０のスイッチオンが排除されるように選択される。
【００５１】
しきい値スイッチ１３２はタイマ１３３に接続されており、タイマ１３３の出力部は、タイマ１３３の入力部に非ゼロ信号が現れている場合に、所定の期間ｔｘを超える間、非ゼロ電圧を有する。  
タイマ１３３の出力により、スイッチングデバイス１１０が切り替えられる。  
タイマ１３３は、ＤＣライン３などに誘発される短時間の妨害電圧パルスがスイッチングデバイス１１０のスイッチングを引き起こすことを防ぐ。  
例えば数百ミリ秒または数秒を超える所定の期間Ｔｘより長く続く、Ｉｓより大きい電流Ｉｏが検出された場合にのみ、スイッチングデバイス１１０はスイッチオンされ、必要に応じてさらなる時間遅延がスイッチング前に実行される。  
複数の保護デバイス１００が並列に接続されている場合には、このさらなる時間遅延によって、第１の保護デバイス１００のスイッチングが、さらなる保護デバイス１００の出力部１０３、１０４において流れる電流を、それぞれの所定期間ｔｘの終了前に妨げないことが確実なものとなる。
【００５２】
安全性の理由により、電流Ｉｏがしきい値Ｉｓを下まわる逆の場合には時間遅延が設けられないことが有利である。  
この場合には、スイッチングデバイス１１０は、しきい値が下まわられると即座にスイッチオフし、しきい値が所定期間ｔｘより長い間超えられると、単に再度スイッチオンする。
【００５３】
図３における実施形態では、低い電圧Ｕｓは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０によって入力電圧Ｕｉから生成される。  
この低い電圧Ｕｓは、負極によって基準電位ＧＮＤに接続されており、また正極によって直列抵抗器１４１およびダイオード１４２を介して出力部１０４に接続されている。  
ダイオード１４２は、スイッチングデバイス１１０がスイッチオンされる場合など、低い電圧Ｕｓを超える電圧が出力部１０４に印加される場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０への逆電流を防ぐ。  
直列抵抗器１４１は、低い電圧Ｕｓによって生じる電流を制限するために用いられる。  
当然ながら、この直列抵抗器１４１は、低い所定レベルの電圧Ｕｓに対してしきい値Ｉｓより大きい電流が得られないように、大きいものが選ばれてはならない。  
直列抵抗器１４１は、複数の相互接続された、特に並列接続された保護デバイスとの組み合わせにおいて、また、図６に関して説明されるように、アーク消滅との組み合わせにおいて特別な重要性を有する。  
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、直列抵抗器１４１の代わりに、またはそれに加えて、能動的に制御された電流制限（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）となるように設計されてもよい。
【００５４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の代替として、シリーズレギュレータ（リニアレギュレータ）またはシャントレギュレータとして設計された電圧レギュレータが、入力電圧Ｕｉを低い電圧Ｕｓに制限するために用いられてもよい。  
しかしながら、このようなレギュレータは、設計において比較的シンプルであるが高い変換損失を伴う。
【００５５】
さらなる実施形態では、ダイオード１１１は設けられない。  
スイッチングデバイス１１０は、下側しきい値Ｉｓｕ以下の電流Ｉｏのときに開くため、負電流（逆電流）の場合にも開く。  
このダイオード１１１がないと、スイッチングデバイスが開いている場合に逆電流がＰＶ発生器１を通って流れない。  
この機能は、複数のＰＶ発生器の並列接続に対しては特に理にかなっているが、これは、この機能がない場合には、不適切な配線またはバイパスダイオードの不良等によって著しい逆電流がＰＶ発生器の１つに生じる恐れがあるためである。  
逆電流を防ぐ保護デバイスが用いられる場合には、ストリングの並列接続の場合などに並列接続のＰＶ発生器に通常用いられるヒューズは、並列に接続されるそれぞれのＰＶ発生器にこのような保護デバイスが存在する場合には省かれてもよい。  
固有ダイオードを有する半導体スイッチがスイッチングデバイス１１０に用いられる場合には、このような２つの半導体スイッチは、スイッチングデバイス１１０が開いているときに逆電流が防止されるスイッチングデバイス１１０を構成するために、双方向に直列に接続されてもよい。
【００５６】
図４は、さらなる実施形態における保護デバイス１００の構成の詳細図を示す。  
図３に示された実施形態と同様に、ここでもスイッチングデバイス１１０が設けられており、それにより、この場合には入力部１０２である、入力部の一方が、この場合には出力部１０４である、出力部の一方に低抵抗の状態で接続され得る。  
他方の入力部１０１は、他方の出力部１０３に常時接続されている。  
さらに、図３の実施形態と同様に、低い保護電圧Ｕｓを生成するためにＤＣ−ＤＣコンバータ１４０が設けられ、出力部１０３、１０４は、スイッチングデバイス１１０が開いている場合には、直列抵抗器１４１およびダイオード１４２を介してそのＤＣ−ＤＣコンバータ１４０にさらされる。
【００５７】
以前に示された実施形態とは対照的に、この場合には、出力部によって提供される電流Ｉｏのレベルは、所定の基準と比較される信号を意味しない。  
その代わり、スイッチングデバイス１１０は、特定の方法でエンコードされたパルスシーケンス等の信号が検出され、それによって、出力部１０３、１０４に現れたＤＣ電圧が変調されている場合にスイッチオンされる。
【００５８】
保護デバイス１００は、このためのデコードユニット１３４を備えており、このデコードユニット１３４には、出力部１０３、１０４の間の電圧Ｕｏが評価のために印加される。  
デコードユニット１３４は、所定の基準に従って時間とともに変化する電圧信号が出力部１０３、１０４に現れているかどうかを監視する。  
変調とも呼ばれる時間変化は、例えば一連のパルス（パルスのパターン）によってもたらされてもよく、このうち各パルスは、短時間の電圧降下によって特徴づけられる。  
所定のパターンが検出されると、デコードユニット１３４はスイッチングデバイス１１０をスイッチオンし、所定のパターンが検出されない場合には、スイッチングデバイス１１０はスイッチオフされる（または、スイッチオフされたままである）。
【００５９】
ここに図示されていない実施形態においては、デコードユニット１３４は、出力部１０３、１０４を流れる電流Ｉｏを、変調された電流信号が現れていることについて評価するように代替的に適合していてもよい。  
出力電圧Ｕｏを評価する場合と同様に、電流Ｉｏの変調は、パルスのシーケンスなどによって行われてもよく、この場合に各パルスは、短時間の電流増加によって特徴づけられる。
【００６０】
この実施形態で説明された保護デバイス１００を有するＰＶシステムの場合、スイッチングデバイス１１０をスイッチオンするための適切な信号は、保護デバイス１００から遠隔に配置された装置によってＤＣライン３において変調されている。  
通常の状況では、所定パターンの信号が、ＤＣライン３の上に、例えば周期的に、繰り返し変調されており、それによって、ＤＣラインはＰＶ発生器から提供された電圧にさらされる。  
危険な状況では、所定パターンの信号を伴う変調が止まり、そのときに保護デバイス１００は、ＰＶ発生器１とＤＣライン３との間の低インピーダンスの接続を遮断し、ＤＣライン３を安全な低い電圧Ｕｓにさらす。  
この実施形態は、短絡または電気アークなどによる電流が、スイッチングデバイスをスイッチオンするための信号と間違って解釈されないことから、とりわけフェールセーフとなる。  
好ましくは、複雑なパルスのパターンがスイッチオン用に選択されてもよく、その場合には冗長性が与えられ、それにより、スイッチオン用の推定信号の誤検出は最少となるか、または実用上排除される。
【００６１】
変調は、ＤＣライン３に接続された、信号発生器によりクロック供給されてもよい少なくとも１つのスイッチを制御することによって行われてもよい。  
例えば、クロック供給され得るスイッチは、２本のＤＣライン３の間に負荷抵抗器と直列接続で配置されてもよく、すなわち、インバータの入力端子と平行に、したがって保護デバイス１００の端子１０３および１０４と平行に配置されてもよい。  
スイッチのクロック制御されたスイッチングは、そのスイッチのクロック供給に応じた変調電流を生み、それによって、保護デバイス１００の非ゼロの内部抵抗による、端子１０３および１０４における変調された電圧信号がもたらされる。  
保護デバイス１００の内部抵抗は、スイッチングデバイス１１０が（依然として）開いている場合には、直列抵抗器１４１によって支配される。  
低い電圧Ｕｓが印加されている間、クロック制御され得るスイッチを通る比較的低い電流は、明らかに変調された電圧信号を生み出すのに十分である。  
この目的に対しては、クロック制御され得るスイッチは、インバータ４に特別に内蔵されていてもよい。  
このようなスイッチは、インバータの入力段におけるキャパシタが、クロック制御され得るスイッチと負荷抵抗器とからなる直列配置部分を介してインバータの動作状態にかかわらず放電され得るというさらなる利点を有することになり、このことは安全性の理由で望ましい場合がある。
【００６２】
ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチ、または、インバータ４における別の入力段のスイッチ等の、インバータ４における既存のスイッチが、電流信号または電圧信号を印加するために代替的または付加的に用いられてもよい。  
好ましい実施形態では、例えば、インバータ４がまだ動作しておらず、ＤＣライン３に低い電圧Ｕｓが印加されている場合には、クロック制御され得る別のスイッチが用いられてもよい。  
スイッチングデバイス１１０が最初にスイッチオフされている場合には、スイッチングデバイス１１０をスイッチオンするための所定の基準を満たす信号が、クロック制御され得る別のスイッチによってまず生成される。  
保護デバイス１００によって電圧信号が検出され、それに応じてスイッチングデバイス１１０が閉じられた後に、一般に比較的高い電流能力（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を有する入力段のスイッチによって信号の印加が行われてもよい。
【００６３】
クロック制御された負荷をＤＣライン３にかけることによって、例えばパルスシーケンスの形態である信号が、インバータ、または、発生器から離れた別の装置において、変調された信号を供給するための強化した材料の変圧器を必要とせずに、ＤＣライン３上に変調される。  
このことは、基本的には保護デバイス１００が低い電圧Ｕｓを提供することによって実現される。
【００６４】
図５は、本発明における好ましい実施形態を示す。  
この場合には、複数のＰＶ発生器１が設けられており、それぞれのＰＶ発生器１は、保護デバイス１００を割り当てられ、それらと接続されている。  
複数のＰＶ発生器１を有するこのような配置においては、これらのＰＶ発生器１は、部分的ＰＶ発生器１とも呼ばれる。  
保護デバイス１００は、部分的ＰＶ発生器１の出力部において接続され、直列接続の保護デバイス１００はインバータ４に接続されている。
【００６５】
このようにして接続された、付随する保護デバイス１００を有するＮ個の部分的ＰＶ発生器１の場合には、ＤＣライン３とインバータ４の入力部とに印加される合計出力電圧Ｕ’ｏは、保護デバイス１００の出力部における電圧Ｕｏの合計として生じる。  
個々の保護デバイス１００によって検出される電流Ｉｏは、すべての保護デバイスに対して同じであり、ＤＣライン３を流れる電流Ｉｏと一致している。  
この電流Ｉｏがしきい値Ｉｓを超えると、このことが、それぞれの保護デバイス１００によって互いから独立して検出され、それにより、所定期間ｔｘ後にスイッチングデバイス１１０がスイッチオンされる。  
その結果、それぞれのＰＶ発生器１によって供給された電力がインバータ４に伝送され得る。
【００６６】
図示されている直列接続の保護デバイス１００の場合、それぞれの低い電圧Ｕｓを数ボルトの範囲で用いることが理にかなっている。  
例えば１０個の部分的ＰＶ発生器１における相互接続の場合でも、危険な状況の際にＤＣライン３上に結果として生じる電圧は、数十ボルトの範囲内であり、この電圧は、危険と考えられる、ＤＣ電圧源に対する１２０Ｖの電圧限界より依然として低い。  
さらに、それぞれの部分的ＰＶ発生器１の最大出力電圧が、危険と考えられる１２０Ｖの電圧限界より小さい場合には、危険な状況において、ＰＶシステムにおけるどの点においても危険な電圧はなく、部分的ＰＶ発生器１の内部においても、または、部分的ＰＶ発生器１をそれぞれの保護デバイス１００とつないでいるラインの上においても危険な電圧はない。
【００６７】
図５で示された構成に関しては、部分的ＰＶ発生器１として１つのＰＶモジュールを用い、そのＰＶモジュールの接続ボックスに組み込まれるなど、ＰＶモジュールに組み込まれたそれぞれの保護モジュール１００を構成することがとりわけ有利である。  
ＰＶモジュールの場合、最大電圧は、通常１２０Ｖの電圧限界を下まわる。  
このようにして、保護デバイスを有さない公知のＰＶモジュールと同様に、ＰＶシステム内のインバータ４に接続され得る、例えばストリングを構成するために直列に接続され得るＰＶモジュールを設けることができ、このうち、危険な状況の場合、ＰＶシステムのどの点においても危険な電圧はない。
【００６８】
また、接続ボックスは、防滴となるように設計されてもよい。  
このようにして、保護デバイス１００につながっており、結果的にＰＶモジュールの高い出力電圧に直接さらされるＰＶモジュール内の接続ケーブルが防火用水と接触する可能性が防止され得る。  
したがって、指定された１２０Ｖの電圧限界を超える最大出力電圧を有するＰＶモジュールの場合においても、危険の際の高レベルの安全性が達成され得る。
【００６９】
直列接続の代替として、または直列接続との組み合わせにおいて、それぞれの専用の保護デバイス１００を有する並列接続のＰＶ発生器１も可能である。  
このような場合には、インバータとＤＣライン３を通って流れる電流が個々の保護デバイス１００に向かって分かれるため、個々のスイッチングデバイス１１０のスイッチングを全体として開始するためには、インバータ４からの比較的高い電流が必要となることが考慮されなければならない。  
異なる保護デバイス１００の低い電圧Ｕｓは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０における部品の許容誤差のために正確には同じにならないことから、保護デバイス１００の並列接続の場合には、保護デバイス１００間における極めて不均一な電流分布が生じ得る。  
このことは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の出力部が直列抵抗器１４１を介して保護デバイス１００の出力部１０４に接続される、その直列抵抗器１４１によって防止される。
【００７０】
図６は、図３と同様の例示における、保護デバイス１００のさらなる実施形態の回路図を示す。  
図３の実施形態とは対照的に、ここでは、ＰＶ発生器１の電圧タップに接続されたさらなる入力部１０５が設けられている。  
ＰＶ発生器１の電圧タップは、実際の出力電圧における部分的な電圧を引き出す。
【００７１】
例えば、ＰＶ発生器１が複数の直列接続されたＰＶモジュールの構成である場合、ＰＶモジュールのうちの２つのモジュールの間にタップが作られてもよい。  
例えば、直列に接続された１０個のＰＶモジュールがＰＶ発生器１を構成している場合には、タップは、第１のＰＶモジュールと第２のＰＶモジュールとの間に作られてもよく、それにより、ＰＶ発生器１におけるすべてのＰＶモジュールに対する均一な照射の際には、タップの電圧は、ＰＶ発生器１によって提供されるすべての電力の十分の一となる。
【００７２】
タップ電圧は、保護デバイス１００の低い電圧Ｕｓとして入力部１０５に印加され、入力部１０５から直列抵抗器１４１とダイオード１４２を介して保護デバイス１００の出力部１０４に再度印加される。  
図示されている回路の場合には、保護デバイス１００は、部品に対するさらなる努力によらず、また、ＤＣ−ＤＣコンバータもしくは電圧レギュレータに付随する損失を伴うことなく、または比較的少ない損失で、低い電圧Ｕｓを提供することができる。
【００７３】
さらに、それぞれが専用の保護デバイス１００を有する複数の部分的ＰＶ発生器１が、図５に示されているように直列に接続されている場合には、電圧タップを介する低い電圧Ｕｓの供給は、代替実施形態で行われてもよい。  
これは、１つのＰＶモジュールが部分的ＰＶ発生器１としてとして用いられ、保護デバイス１００がＰＶモジュールの接続ボックスに配置される場合には特に適している。  
ＰＶモジュールのＰＶセルは、通常、３つのグループなどの、いくつかのグループに組み合わせられ、グループのＰＶセルは、セルアレイの中で直列に接続される。  
個々のグループの接続ラインは、接続ボックスの中に別々に導入され、次いでそれらのラインは接続ボックスの中で互いに直列に接続され、この場合には、各グループと逆平行にバイパスダイオードが設けられる。  
したがって、部分的な電圧を提供するＰＶモジュールのタップは、接続ボックスにおいて既に利用可能となる。  
この部分的な電圧から低い電圧Ｕｓを簡単な方法で得るために、これらのタップの１つがさらなる入力部１０５に接続されてもよい。
【００７４】
図７は、図３と同様の回路図における保護デバイス１００のさらなる実施形態を示す。  
以前の実施形態とは対照的に、ここで示されている保護デバイスは、ＤＣライン上の高い危険なＤＣ電圧のシャットダウン用に働くだけでなく、ＰＶ発生器１とインバータ４との間の電流における電気アークの消滅用にも働く。  
このため、例えばバンドパスフィルタ１５１と、バンドパスフィルタ１５１の下流におけるエンベロープ検出器（エンベロープデコーダ）１５２とを備える電気アーク検出手段１５０が設けられている。  
電気アークの検出における他の手段が用いられてもよい。
【００７５】
隣接する２つの接触点の間の電気アークの燃焼中には、高度にイオン化した燃焼プラズマが形成されており、その燃焼プラズマを介して電流が発生する。電気アークを介して流れる電流は、通常は一定ではなく、強く高い周波数成分とともに変動する。  
ＰＶ発生器１とインバータ４との間の電流における任意の点にアークが発生する場合、ＤＣライン３には、独特な高い周波数の干渉スペクトルによって負荷がかけられる。  
電気アークに特有の周波数範囲における高い周波数の干渉の存在は、バンドパスフィルタ１５１と、バンドパスフィルタ１５１の下流のエンベロープ検出器１５２とによって検出される。  
アークが検出される場合には、エンベロープ検出器１５２の出力部に非ゼロ電圧の信号が発生する。
【００７６】
エンベロープ検出器１５２の出力と、タイマ１３３の出力とは、論理ＡＮＤデバイス１５３によって組み合わせられ、このうち、エンベロープ検出器１５２に接続された入力部は、反転されるように設計されている。  
スイッチングデバイス１１０は、ＡＮＤデバイス１５３の出力によって制御される。  
この論理操作により、一方では、上側しきい値Ｉｓｏを超える電流Ｉｏが所定の期間ｔｘより長い間現れている場合、また他方では、電気アークが検出されない場合には、スイッチングデバイス１１０がスイッチオンされる。  
逆に、スイッチングデバイス１１０は、下側しきい値Ｉｓｕより低い電流Ｉｏが見られる場合、または、ＤＣ回路において電気アークが検出された場合には、出力部１０４を入力部１０２から切断する。  
出力部１０４を入力部１０２から切断した後は、単に低い電圧Ｕｓが出力１０３、１０４において再度供給される。  
この場合に保護デバイス１００は、直列抵抗器１４１があるため、電気アークが消滅するように、電気アークを維持するのに十分な電流を供給しない。  
直列抵抗器１４１がない実施形態では、同じことが、そのときに行われるＤＣ−ＤＣコンバータ１４０の電流制限によって実現される。
【００７７】
図５〜図７に示されている実施形態は、図３に関して提供された実施形態に単に例として基づいており、このうち、保護デバイスの出力部における電流のレベルは、この出力部に低い電圧が供給されるか、またはＰＶ発生器の動作電圧が供給されるかに関する基準として用いられている。  
これらの実施形態では、図４における実施形態が基づいている、ＤＣライン上のエンコードされた信号における基準が同様に用いられてもよい。
【００７８】
１  ＰＶ発生器
２  接続ライン
３  ＤＣライン
４  インバータ
５  電力供給ネットワーク
１００  保護デバイス
１０１，１０２  入力部
１０３，１０４  出力部
１０５  さらなる入力部
１１０  スイッチングデバイス
１１１  ダイオード
１１２  さらなるダイオード
１２０  制御ユニット
１３０  電流測定デバイス
１３１  電流感知抵抗器
１３２  しきい値スイッチ
１３３  タイマ
１３４  デコードユニット
１４０  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４１  直列抵抗器
１４２  ダイオード
１５０  電気アーク検出手段
１５１  バンドパスフィルタ
１５２  エンベロープ検出器
１５３  ＡＮＤデバイス
【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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【国際調査報告】
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