(57)【要約】  本発明は、光起電性モジュールのアセンブリのための電圧制限器装置（８）に関し、それは、前記アセンブリの電流のための電子スイッチを定義している手段（Ｚ１）と、制限器出力電圧を基準電圧値（Vref）と比較するための比較手段（Comp，Ｒ１，Ｒ２，Ｃ２）と、比較手段によってなされた比較の結果に基づいて電子スイッチを定義している手段を制御するための手段（１１）とを備えている。
2010519748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電性モジュール（２，４，６）のアセンブリの電圧制限器装置（８）において、
前記モジュールのアセンブリから出力される電流を遮断するために、前記アセンブリの電流のための電子スイッチを形成している手段（Ｚ１）と、
制限器の出力電圧を基準電圧値（Vref1）と比較するための第１の比較手段（Comp1，Ｒ１，Ｒ２，Ｃ２）と、
比較手段によって実行される比較の結果に応じて、これらのスイッチ形成手段を開閉するために、電子スイッチを形成している手段を制御するための手段（Comp1，１１）と
を備えていることを特徴とする電圧制限器装置。
【請求項２】
制限器出力で測定された電圧をフィルタリングするための手段（Ｃ２）を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
制限器装置の出力電圧を平滑化するための手段（Ｃ１）を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
制限器装置の出力電圧の急速な増加を検出して、この増加を閾値と比較するための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
制限器装置の出力電圧の時間微分を計算するための手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
比較器の基準電圧は、光起電性モジュールの最大電力に対応する電圧より上の値に設定されることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
光起電性モジュールの最大電力に対応する電圧より上の値に設定されている比較器の基準電圧は、厳密に正の電圧Ｖ’だけ増加されていて、電気アークによって発生される電圧より小さいことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
基準電圧値（Vref1）を適合させるための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
スイッチの下流に短絡検出手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記短絡検出手段は、スイッチの下流に配置された電流センサ（Ims）と、このセンサからの測定値を基準値（Vref2）と比較するための第２の比較手段（Comp2）とを有していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第２の比較手段（Comp2）によって実行される比較の結果に応じて、電子スイッチを形成している手段（Ｚ１）を制御するための手段を形成している手段（ＲＳ，ＡＮＤ）を更に備えていることを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
装置の入力および出力にそれぞれ配置された第１および第２のスイッチ形成手段（Ｕ１，Ｕ２）を更に備えていることを特徴とする請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
これらのスイッチ形成手段を開く際に生成される過電圧を制限するために、スイッチ形成手段の２端子間のエネルギーを吸収するための手段（Ｚ２）を更に備えていることを特徴とする請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
エネルギーを発生するための装置において、
少なくとも１つの光起電性モジュール（２，４，６）と、
請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載の装置（８）と、
動作電圧を光起電性モジュールに課すための、電子変換器を形成している手段（１０）と
を備えていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制限器タイプの電子装置に関する。それは、好都合にも１つ以上の光起電性モジュールに適用され、それは、光起電性モジュールに対して保護を提供する。
【背景技術】
【０００２】
現在、３タイプの光起電性モジュールが主に知られている。単結晶、多結晶および非結晶タイプ。非結晶技術は、特に、柔軟性および用いられる材料が少量であるということに関して、一定の利点を有している。
【０００３】
光起電性モジュールによって生成される電圧および電流は、いくつかのパラメータ（日照の期間、温度）に依存し、それらは、著しく変化し得る。
【０００４】
図１は、（200から1,000W/cm2までの）受けた照射に対する光起電性モジュールの典型的な特性を示している。モジュールによって生成される電流は、この照射に応じて激しく変化する（第１の近似においては比例する）。電圧自体は、事実上一定のままである。
【０００５】
図１の特性曲線上の動作点Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎは、モジュールが、与えられた照射に対する最大電力を出力する点である。この瞬間の電圧は、モジュールの端子に現れ得る最大電圧ではないことに注意するべきである。後者は、ゼロ電流に対して、すなわちモジュールが開回路であるとき、またはそのエネルギーが消費されないとき、最大になる。
【０００６】
この最大電圧は、実質的に温度に依存する。それは、単結晶モジュールに対して−１５６mV/°Kの値を有していて、非結晶モジュールに対しては−１７６mV/°Kの値を有している。それは、従って低温で増加する。この変化は、非結晶モジュールに対しては非常に大きい。
【０００７】
エネルギーの生成を最適化するために、光起電性モジュールに接続された電子変換器は、モジュールが最大電力を発生するようにモジュールの動作電圧を課す（この機能は、MPPT = "maximum power point tracking"と呼ばれる）。変換器は、しかし、それらの入力において、特定の条件下では、開回路電圧に相当する非常に高い電圧を経験し得る。
【０００８】
変換器は、従って、任意の条件下でのモジュールの端子における全ての可能な電圧変化に対応するそれらの入力の動作電圧範囲を有しているべきである。最大電力に対応する電圧と、動作電圧範囲を超える開回路電圧との間の比率は、単結晶または多結晶モジュールに対しては１．４、非結晶モジュールに対しては１．６まで達し得る。
【０００９】
実際には、変換器の入力電圧範囲は、光起電性パネルの埋め込み（implantation）に応じて、または光起電性パネルの個々の電圧に応じて、様々な数のモジュールを直列に接続する可能性を残しておくために、より広くすることが望ましい。
【００１０】
周知の装置によってもたらされる課題は、変換器の組合せ及びモジュールの列（row）の組合せである。
【００１１】
（例えば、モジュールは屋根に置かれ、変換器は技術室にあるといった）技術的な理由のために、または法的理由（所有物制限）のために、電力変換器が、エネルギーを発生している光起電性モジュールから比較的遠くに設置されることは、しばしば起こる。ケーブルのジュール効果による損失を減らすために、モジュールは、電圧を増加させ、かつ電流を減らすために、直列に組み合わせられる。
【００１２】
一方で、光起電性電池（cell）の寸法は、規格（standard）であって、増加する傾向があり、今日４〜６インチであり、８インチでさえある。電池によって生成される電流は、その表面に依存し、かつ、もちろん、照射に依存する。電圧に関しては、それは、材料に依存する。電池の直列のアセンブリであるモジュールによって供給される電圧と電力は、従って、深く関連している。更に、変換器の入力電力と電圧も関連している。変換器の入力で、電力が大きいほど、受け入れ可能な電圧は高くなければならない。
【００１３】
変換器それ自体は、最大電力を供給するために造られていて、与えられた入力電圧範囲を超えて動作することが可能である。この電圧範囲は、変換器の設計に重要な影響を及ぼし、最終的にはコストにきく。
【００１４】
既に上述したように、温度と共に、かつ/または無負荷の状態での動作と最大電力の点での動作との間で、電圧は著しく変化するので、直列のモジュールの単一のアセンブリが、変換器の入力に接続され得る。そして、これは、それをアップグレードするいかなる実際の可能性もない。
【００１５】
全てのこれらの制約は、このように、モジュールの寸法、それらの数および変換器の特性を課すことによって、光起電性装置を生産する際の柔軟性をかなり制限する。設計者は、従って、光起電性モジュールのフィールド（field）の集積化および寸法における許容範囲をほとんど有していない。
【００１６】
最後に、装置が完成して、（例えば予算の進展の間に）徐々にモジュールを加えることによって、それをアップグレードすることは、非常に困難である。装置は、最初から完全でなければならず、徐々にアップグレードすることはできない。
【００１７】
従って、より容易にモジュールを組み合わせて適合させることを可能にするという課題が提起される。
【００１８】
さらに、光起電性システムは、電気的なネットワークに慣習的である特性と非常に異なる特性を有している。
【００１９】
実際、モジュールは、照射されるとすぐに、直流（ＤＣ）を出力する。光起電性装置は、ますます強力になっているので、現在の電圧は、直流の数百ボルト（通常は２００Ｖと４００Ｖの間）になり得る。電流も大きくなり、通常は回路当たり１０Ａから２０Ａである。
【００２０】
光起電性フィールドの出力でのこれらの高電圧および電流は危険であり、ユーザが発電機を遮断するいかなる実際の可能性もない。
【００２１】
モジュールと変換器の接続と切断は、従って、動作の間、かなりの危険を伴って、非常に頻繁に実行されなければならない。危険とは、電気アークの発生や、電気的接続に対する破壊であり、ユーザにとって危険である。このアークは、直流によって発生するので、自然にゼロを通過することもなく、いっそう危険である。それは特定の条件下で開始され、交流のように停止することもなく維持され得る。
【００２２】
通常の保護（回路遮断器およびヒューズ）は、これらの電気アークを検出することはなく、従って効果的ではない。一方、それらは、短絡および過負荷に対する保護を適切に提供しない。なぜなら、光起電性フィールドによって供給される短絡電流は、定格電流に非常に近いからである（約１．２倍）。回路遮断器およびヒューズは、通常、定格電流の１．１５倍を作動せずに通すように設けられる。これを超えると、開時間は、ますます長くなる。なぜなら、電流は、定格電流に近いからである。最後に、スイッチ、回路遮断器およびヒューズは、直流を遮断することが非常に困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
光起電性モジュールの相互接続および変換器との接続を、ユーザに直接の接触からの良好な保護を与える特別に密封されたコネクタで行うとしても、ユーザの保護の課題は、モジュールの接続および切断の間に提起される。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明によれば、電子制限器が、光起電性フィールドと変換器の間の電気回路に挿入される。
【００２５】
本発明は、第一に、光起電性モジュールのアセンブリの電圧制限器装置に関し、これは以下の手段を備えている。
−前記アセンブリの電流のための電子スイッチを形成している手段、
−制限器出力電圧を基準電圧値と比較するための比較手段、
−比較手段によって実行される比較の結果に応じて、電子スイッチを形成している手段を制御するための手段。
【００２６】
本発明によるこのような装置によって、変換器および配線の制約を減らすために、モジュールの出力での無負荷電圧を制限することが可能である。従って、それは、モジュールのフィールドの変換器に対するより簡単でより可変性の適応を可能にすることによって、光起電性装置の製造を容易にする。
【００２７】
このような装置は、制限器の出力で測定される電圧をフィルタリングするための手段を更に備えていてもよい。
【００２８】
本発明による装置は、制限器装置の出力電圧を平滑化するための手段を更に備えていてもよい。
【００２９】
制限器装置の出力での電圧の急速な増加を検出するための手段が設けられていてもよい。
【００３０】
従って、装置は、光起電性モジュールと変換器の間の接続が機能している時に切断が起こることによって現れ得る電気アークを抑制することによって、ユーザの保護を確実にする。
【００３１】
一実施形態によれば、電圧の急速な増加を検出するための手段は、制限器装置の出力での電圧の時間微分を計算するための手段を有している。
【００３２】
他の実施形態によれば、比較器の基準電圧は、光起電性モジュールの最大電力に対応する電圧より上の値、例えば、電気アークによって発生される電圧より小さく、光起電性モジュールの最大電力に対応する電圧より厳密に正の電圧Ｖ’だけ大きい値に設定される。
【００３３】
基準電圧を適合させるための手段が設けられていてもよい。
【００３４】
さらに、本発明による装置は、短絡（short circuit）検出手段を更に備えていてもよい。それは、光起電性モジュールの出力での短絡から保護する。短絡検出手段は、スイッチを形成している手段の開放（opening）を制御する。
【００３５】
例えば、これらの短絡検出手段は、スイッチの下流に配置された電流センサと、このセンサからの測定値を基準値と比較するための第２の比較手段とを有している。電子スイッチを形成している手段を制御するための手段は、第２の比較手段によって実行される比較の結果に応じて、スイッチ形成手段を開閉することを可能にする。
【００３６】
第１および第２のスイッチ形成手段が、それぞれ装置の入出力に配置され得る。
【００３７】
エネルギー吸収手段が、スイッチ形成手段の２つの端子間に、これらのスイッチ形成手段を開く際に発生する過電圧を切り取る（clip）ために配置され得る。
【００３８】
本発明は、また、上述したような、本発明による装置の適用を含む、光起電性モジュールの電圧を制限する方法にも関連する。
【００３９】
本発明は、エネルギーを発生するための装置にも関連し、これは以下のものを備えている。
−少なくとも１つの光起電性モジュール、
−上述したような、本発明による装置、
−動作電圧を光起電性モジュールに課すための電子変換器を形成している手段。
【００４０】
本発明による装置は、光起電性モジュールの出力であって、電力変換器の上流に配置され得る。そして、いくつかの機能を提供する。
【００４１】
本発明による装置のいくつかの機能、例えば比較機能は、アナログ方式、または例えばマイクロコントローラを用いるデジタル方式で達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】２５℃における、照射に対する、非結晶光起電性モジュールの電流/電圧特性を示している。
【図２】本発明による電圧制限器を備えた、光起電性装置の概略の構成を示している。
【図３Ａ】本発明による２つの電圧制限器装置のうちの１つの構成を示している。
【図３Ｂ】本発明による２つの電圧制限器装置のうちのもう１つの構成を示している。
【図４】本発明による装置の様々な詳細な具体例のうちの１つである。
【図５】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【図６】本発明による装置の様々な詳細な具体例のうちの１つである。
【図７Ａ】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【図７Ｂ】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【図７Ｃ】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【図８】確立された電気アークの構成を示している。
【図９】本発明による装置の様々な詳細な具体例のうちの１つである。
【図１０Ａ】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【図１０Ｂ】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【図１１】本発明による装置の実施形態において測定された様々な電気的な量を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図２は、本発明の第１実施形態を示している。電子制限器が、電気回路の中の光起電性フィールドと変換器の間に挿入されている。
【００４４】
このように、３つの光起電性フィールド２，４，６、本発明による電圧制限器８、および電気ネットワーク１２に接続された変換器１０が、この図に示されている。本発明は、３つの光起電性フィールドに限られず、いかなる数のこれらのフィールドにも当てはまる。以後、本文中では、起電性（voltaic）フィールドの全体が、単一の参照番号２によって示される。
【００４５】
本発明による電圧制限器装置８は、光起電性モジュール２と電力変換器１０の間に配置されている。それは、好ましくは、電気アークおよび短絡からの最も効果的な保護を提供するために、光起電性モジュールのできるだけ近くに配置される。
【００４６】
理想的な場所は、光起電性モジュールの出力に、直接、取り付けることである。
【００４７】
制限器装置８は、光起電性フィールドで発生して接続ケーブルおよび変換器１０の入力で見られる無負荷電圧の制限を確実にする。
【００４８】
図３Ａは、本発明による電圧制限器８のブロック図である。
【００４９】
このような装置は、電子スイッチＺ１を形成している手段を備えていて、これにより光起電性フィールドによって生成される直流電流が遮断され得る（例えば、絶縁されたゲートを有するバイポーラトランジスタ、すなわちIGBT、またはMOSFET）。
【００５０】
変換器１０側において、キャパシタＣ１が、この変換器の入力で見られる電圧を平滑化する。比較器Comp1は、分割器ブリッジＲ１およびＲ２を介した電圧制限器の出力での電圧を電圧基準Vrefと比較することによって、接続手段１１を介して、スイッチＺ１を駆動する。装置は、エネルギーを吸収するための手段を形成している素子Ｚ２、例えばツェナーダイオードを更に備えていてもよい。これは、スイッチＺ１を開く時に装置の上流および下流の配線のインダクタンスによって発生する過電圧を切り取る。スイッチＺ１に並列なこの切り取り機能は、外部素子によって、または内在する切り取り素子を選択する、すなわちなだれモードに耐えることによって成し遂げられ得る。これは、例えば多くのMOSFETトランジスタに対する場合である。
【００５１】
キャパシタＣ２は、スイッチＺ１のスイッチング周波数を制限するために、Ｒ１/Ｒ２によって測定された電圧をフィルタリングする。この機能は、比較器Comp1の端子に設定された（フィードバック抵抗によって生成される）ヒステリシスによっても成し遂げられ得る。
【００５２】
図３Ｂは、本発明による他の電圧制限器８のブロック図である。それは、図３Ａのブロック図と同じ手段を含んでいる。これらの同じ手段は同じ参照番号によって示され、対応する説明は繰り返さない。
【００５３】
この他の制限器は、さらに、スイッチＺ１の下流に電流センサを備えている。図３Ｂの中では、このセンサは、参照符号Imesによって示されている。光起電性モジュールの短絡電流は、その定格電流に非常に近い（１５〜２０％の違いしかない）。短絡の検出は、従って、比較器Comp2を用いて、センサImesからの電流を、光起電性モジュールによって通常供給される定格電流に等しい、又はこの定格電流の何分の一、例えば１０％だけ増加した、閾値Vref2と比較することによって成し遂げられる。閾値を超えたとき、スイッチＺ１の開放が、ＲＳフリップフロップ（それはメモリ内に短絡の存在を保存する）およびスイッチＺ１を駆動するＡＮＤゲートを通して制御される。スイッチＺ１、すなわち電子スイッチは、光起電性モジュールによって供給される直流電流を遮断する。この図において、ＡＮＤゲートの両方の入力が“１”であるとき、Ｚ１は導通状態になる。このゲートの他の入力は比較器Comp1の出力であり、従って、異常な（高すぎる）電圧または異常な（高すぎる）電流が、Ｚ１の開放を引き起こす。
【００５４】
上記の装置は、アナログの実施形態である。同じ機能は、デジタルの手段で成し遂げることもできる。例えば、上記の図の中の比較器Comp1および/またはComp2は、マイクロコントローラと置き換えられ、その中に、測定され、続いてデジタル化された電圧値が導入される。続いて、照合（reference）が、特に、図３Ａおよび３Ｂのアナログの実施形態に対してなされる。しかし、全ては、デジタルの実施形態に置き換えることができる。
【００５５】
本発明による装置は、その動作のいくつかのモードを有している。
【００５６】
第１のモードによれば、変換器１０は停止され、光起電性フィールド２は動作している。
【００５７】
本発明によれば、光起電性フィールド２によって生成され、かつ変換器１０によって見られる電圧を、最大電力の点に対応する電圧より少し上の値までに制限することが可能である（最大電力および最大電力の点Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎの概念は、図１と関連して、既に説明した）。このモードにおいて、変換器１０は、いかなる電流も吸収しない。
【００５８】
スイッチＺ１がまず最初に閉じるとき、キャパシタＣ１はＺ１を通して充電され、光起電性電池２は電流発生器として機能する。
【００５９】
Ｃ１の端子上の電圧が、分割器ブリッジＲ１/Ｒ２によって測定された際に、Vref1の値を超えたとき、比較器Comp1は切り替わり、スイッチＺ１を開く。
【００６０】
Ｃ１の端子電圧は、変換器１０および他の素子を通る漏れ電流のため、ゆっくり減少する。比較器Comp1（またはＣ２のようなフィルタ）は、既に上述したように、わずかなヒステリシスを有していて、Ｃ１の端子電圧が低い閾値に達すると、再び切り替わり、これにより、図３Ａの場合、スイッチＺ１を閉じる。図３Ｂの場合、Ｚ１を閉じるための、第２の条件、すなわち正常な電流（短絡なし）のそれが、第１の条件に加えられる。
【００６１】
従って、サイクルは、素子の値、漏れ電流、比較器のヒステリシス等に応じた周波数で、規則正しく再スタートする。従って、Ｃ１の端子電圧は、比較器の基準電圧によって設定される値に制御される。この値は、光起電性フィールド２の最大電力に対応する電圧より少し上であって、好ましくはこのフィールドによって生成される無負荷電圧よりかなり小さい値になるように設定される。
【００６２】
例えば、非結晶電池の光起電性フィールドに対しては、無負荷電圧は４００Ｖであり、最大電力の点での電圧は２５０Ｖ（約４００Ｖ/１．６）である。従って、装置は、電圧を３００Ｖに制限する。電力変換器１０は、従って、その端子で、４００Ｖの代わりに３００Ｖの低下された電圧を見る。
【００６３】
第２実施形態においては、光起電性フィールド２，４，６と同様に、変換器１０も動作している。
【００６４】
変換器が作動していると、それは相当な電流を消費する。Ｃ１の端子電圧は非常に速く減少し、比較器Comp1の基準の閾値の下まで下がり、比較器はスイッチＺ１を閉じる。変換器１０は、光起電性フィールドによって供給される最大電力に対応する電圧を課す。従って、Ｒ１/Ｒ２によって測定される電圧は、再度、基準値Vref1より上に上がることはない。なぜなら、基準値は、Ｃ１の端子電圧がフィールドの最適電力電圧より僅かに上になるように調整されるからである。従って、スイッチＺ１は永続的に閉じたままになり、これにより変換器１０を駆動する。
【００６５】
第３の動作モードにおいては、回路の開放が、制限器装置８と変換器１０の間にある。
【００６６】
この開放は、偶然またはそうではない、手段８と変換器１０の間（例えば変換器１０の入力）のコネクタまたは電気的接続の開放から生じ得る。すると、電気アークが、陽極Ａと陰極Ｃの間に瞬時に発生する。
【００６７】
図８は、電気アークの単純化された構成を示している。
【００６８】
概略的に、電気アークは、陽極Ａと陰極Ｃの間のいくつかの領域から成る。電極に近い空間電荷の２つの領域８０，８２、これらの各々は、厚みが小さく（２，３μm）、比較的冷たい（温度＜1,000°K）。そして、中間領域８４、これは、アークのコアであり、非常に熱いプラズマから成る（温度＞２，３千°K）。電極/空気移行領域８０，８２は、事実上、電流に依存しない約１０Ｖから２０Ｖの電圧降下を発生させる。中間領域８４は、電流に比例する電圧降下を発生する抵抗のようにふるまう。
【００６９】
電流が遮断されるとき、領域８４は、非常に長い間、熱いままであり（周囲の媒体すなわち空気、熱絶縁体の対流および放射による冷却）、従って高度に導通したままである。一方、電流が遮断されるとき、領域８０および８８の電荷は、非常に速く再結合し、非常に速く再絶縁される（電流を停止した後の２，３μｓ以内に）。
【００７０】
従って、電気アークは、その発生の際に瞬時に（２，３μｓ以内に）少なくとも１０Ｖから２０Ｖの電圧降下を発生させる。変換器の入力に配置されるキャパシタは、Ｃ１に対して比較的高い値を有する。従って、それらの端子電圧は、Ｃ１の端子電圧より非常にゆっくり変化するのみである。
【００７１】
ユーザを電気アークから保護するために、Ｃ１の端子電圧のこの急速な増加（これは例えば２，３ｍｓ以内の約２０Ｖの変化である）が検出される。変換器によって光起電性モジュールの最適動作点を捜すための電圧の通常の変化は、非常に遅いことに注意するべきである（とりわけ変換器の入力に存在する大きいキャパシタンスのため）。この急速な電圧変化は、従って、電気アークの発生に実際に結び付く。
【００７２】
回路は、比較器Comp1の基準Vref1を、光起電性モジュールの最大電力に対応する電圧＋電圧Ｖ’に等しい値に調整することによって、電圧のこの変化を検出する。ただし、０Ｖ＜Ｖ’＜電気アークによって発生される電圧（それは例えば１０Ｖのオーダー）である。
【００７３】
この電圧の急な変化を、その微分を計算することによって検出することも可能である。これは、例えば図３Ａおよび３Ｂと関連して既に上述したようなマイクロコントローラで計算する（そして、それは、比較器Comp1および/またはComp2に置き換えられる）。そして、この値を所定の閾値と比較する。この電圧は、システムが以前に述べたような第２の動作モードにあるときに、Ｃ１の端子に存在するものである。システムは、従って、この電圧を測定して、自動的に電圧基準を適合させる（学習させる）ことによって動作し得る。実際、この電圧の通常の変化は遅い。毎秒２，３ボルトである（変換器のMPPT機能（機能は既に上述した：≪maximum power point tracking≫）、温度変化による光起電性フィールドの電圧の変化によって最適動作点を捜す）。一定の期間（例えば１０分）にわたってこの電圧のフィルタリングをスライドさせることは、電圧基準が決定されることを可能にする（電圧基準は時間と共に非常にゆっくり変化する）。この平均に対して相対的に急な変化は異常であり、電気アークの発生に相当する。これらの機能は、既に上述したような、マイクロコントローラでデジタル的に達成され得る。それらは、アナログ方法でも達成され得る。
【００７４】
一旦電圧の変化が検出されると、電流を遮断して初期の電気アークを抑制するために、Ｚ１が開かれる。この検出およびこの開放は非常に速く、アークは非常に小さい振幅であり、従って安全である。
【００７５】
本発明による装置は、従って、また、動作中の、光起電性モジュール２と変換器１０の間の接続の自発的または偶然の切断の際に、いかなる電気アークもなしで、電流を遮断するための機能を確実にする。
【００７６】
上述したように、切断の際のいかなる電気アークもない、この電流の遮断機能は、好ましくは、装置の特定の調整を用いる。
【００７７】
第４の動作モードにおいては、短絡が検出される。
【００７８】
短絡に対する保護は、既に上述した、図３Ｂの装置のImesによって成し遂げられる。短絡の検出は、比較器Comp2によって、センサからの電流を、通常光起電性モジュールによって供給される定格電流よりほんの少し、例えばこの定格電流の１０％だけ増加した値に等しい閾値と比較することによって達成される。閾値を超えると、スイッチＺ１の開放が、ＲＳフリップフロップおよびＡＮＤゲートを通して制御される。そして、電子スイッチＺ１は、光起電性モジュールによって供給されている直流電流を遮断する。
【００７９】
短絡に対する効果的な保護は、従って、電流の測定およびこの測定値と基準値との比較による、超過強度の電子検出によって成し遂げられる。
【００８０】
本発明による装置の様々なより具体的な実施形態が、図４から１１と関連して述べられる。
【００８１】
これらの実施形態は、既に述べた原理を利用する。図３Ｂの手段は、これらの図の中には示されていないが、それらは、それに対して組み込まれ得る。図４から１１において、手段３２，３４は、それぞれ比較器（図３のComp1）およびスイッチＺ１のドライバ（IGBTまたはMOSFETのゲートを、そのソースまたはそのエミッタと比較して１０Ｖ電圧を低くする、絶縁された制御）の機能を果たす。この機能は、IGBTまたはMOSFETドライバの名の下で完全に集積されて存在する。フォトカプラおよびプッシュプル構成で搭載された２つのトランジスタを用いて、それを生成することも可能である。
【００８２】
他の部分は、実在する素子でモデル化されている。短絡に対する保護手段、例えば図３Ｂの手段Imes，Comp2，ＲＳ，ＡＮＤは、示されていない。しかし、これらの手段は、示したモデルを修正せずに加えることができる。
【００８３】
これらの図のシミュレーションは、それらを検証するために“Pspice”によって実行された（これは、電子回路図をシミュレーションすることを意図した市販ソフトウェアパッケージである。それは、Cadenceによって売り出されている）。各図は、従って、そのシミュレーションと共に示されている。
【００８４】
第１の詳細な実施形態が図４に示されている。この中で、光起電性モジュール２、例えば無負荷電圧が２００Ｖで、短絡時の電流が４Ａのものが、素子Ｉ１（電流源）、ツェナーダイオードＤ４、抵抗Ｒ４（例えば100,000オームの値のもの）の３つを全て並列に配置し、抵抗Ｒ３（例えば0.001Ωの値のもの）をモジュールの入力に配置したものによってモデル化されている。この図および対応する文に示した、素子の数値は、純粋に非限定的に示しただけである。
【００８５】
抵抗Ｒ７は、光起電性モジュール２から出てくるものの測定を可能にする。
【００８６】
素子Ｚ１，Ｃ１，Ｒ１，Ｒ２，Ｃ２，Vrefは、図３Ａおよび３Ｂと関連して既に上述したものであり、同じ機能を有している。Ｒ１０，Ｃ５およびＲ１１は、ローパスフィルタを形成していて、それによって、起こり得る寄生発振が、比較器Comp1から抑制され得る。手段３２，３４と組み合わせられた、これらの手段は、本発明による電圧制限器のモデリングを可能にする。
【００８７】
抵抗Ｒ１２（例えば20Ωの値のもの）が電圧制限器の入力に配置されているが、これは動作中の変換器、例えば変換器１０（図２）のシミュレーションを可能にする負荷である。
【００８８】
スイッチＵ１およびＵ２は、光起電性モジュール２と制限器８の間、および後者と変換器１０の間に、それぞれ配置されている。非限定的な例として、これらのスイッチの開時間（TOPEN）または閉時間（TCLOSE）の値が、この図の中に示されている。同じことは、図４であるにせよ他の図であるにせよ、これらのスイッチまたは他の素子に対して示された他の値にも当てはまる（例えば、図９のＵ３）。
【００８９】
この図のシミュレーションの結果は、図５に示されている。この図において、グラフＩおよびIIは、それぞれ以下のものを示している。
−グラフＩ：Ｒ７の端子（モジュールの出力）電圧Ｖ１の測定値
−グラフII：Ｒ１の端子（サーボ制御の出力）電圧Ｖ２の測定値。
【００９０】
シミュレーションは、２つのスイッチＵ１およびＵ２によって始動する、３つの時期（time phase）に分けられる。
Ａ／０msから５msまで：スイッチＵ１は開かれ、サーボ制御および変換器１０はオフラインである。Ｖ１は、光起電性モジュールの無負荷電圧の測定値、すなわち２００Ｖを与える。
【００９１】
このシミュレーション上では、モジュールの端子電圧は２００Ｖであり、サーボ制御の出力電圧Ｖ２（グラフII）は０Ｖであるように見える。
【００９２】
Ｂ／５msから２５msまで：スイッチＵ１は閉じられ、スイッチＵ２は開かれている。
【００９３】
サーボ制御は動作していて、変換器１０はオフラインである。
【００９４】
シミュレーション上では、光起電性モジュールの端子電圧Ｖ１（グラフＩ）は、サーボ制御が少しのエネルギーを取る時を除き、事実上全ての時間、２００Ｖ（無負荷電圧）であるように見える。サーボ制御の出力電圧Ｖ２（グラフII）に関しては、１３０Ｖ（変換器から見た最高電圧）に制御される。
【００９５】
Ｃ／２５msからシミュレーションの終わりまで、スイッチＵ１は閉じられ、スイッチＵ２も閉じられている。変換器１０は動作していて、電力を取っている（２０オームの抵抗に対して４Ａ、すなわち８０Ｖの電圧が課されている）。
【００９６】
サーボ制御はもはや行われず、最小限の損失で変換器１０に電力を伝送することを可能にするために、IGBT Ｚ１は永続的に閉じている。
【００９７】
シミュレーション上では、光起電性モジュールの端子電圧Ｖ１（グラフＩ）およびサーボ制御の出力電圧Ｖ２（グラフII）は、IGBTの電圧降下の範囲内で、事実上同じであり、変換器１０によって課される電圧に等しいように見える。
【００９８】
図４の線図は、IGBT Ｚ１を遮断すると過電圧を発生する配線のインダクタンスを考慮していない。
【００９９】
これらのインダクタンスを考慮に入れるために修正された線図は、図６に示すものであってもよい。これは図４のものであり、これに対して以下のものが加えられている。
−インダクタＬ１、光起電性モジュール２と（無負荷）電圧を制限するための装置８との間の配線インダクタンスを考慮するため、
−インダクタＬ２、電圧制限装置８の下流であって、変換器１０のすぐ上のインダクタンスを考慮するため。例としてとられたケーブルのラインインダクタンスは１μH/mである。従って、装置から上流へ向かう２５ｍの往復ケーブルおよび装置から下流へ向かう５０ｍの往復ケーブルが、シミュレーションされる。
【０１００】
素子Ｚ１と並列に配置されたツェナーダイオードＤ２は、スイッチＵ１の開放の間、スイッチＵ１の端子のインダクタＬ１によって発生される過電圧を吸収する。変換器１０の歩留まり（yield）はあまり重要ではないが、このエネルギーを消費することは、従って、考えられる。
【０１０１】
キャパシタＣ１と並列に配置された（例えば約1,000Vに等しい電圧を有する）ダイオードＤ４は、Ｕ２が閉じられる時のインダクタＬ２のためのフリーホイールとして用いられる。
【０１０２】
この線図のシミュレーションの結果が、図７Ａ〜７Ｃに示されている。
【０１０３】
シミュレーションの時期（phase）は、第１の線図と同じである。
Ａ／０から５msまで：光起電性モジュールは無負荷状態にある、
Ｂ／５msから２５msまで：光起電性モジュールおよび制限装置８は両方とも動作している、
Ｃ／２５msから終わりまで：光起電性モジュールおよび制限装置８は動作していて、変換器１０は負荷となっている。
【０１０４】
図７Ａのグラフは、制限装置８より上流の電圧Ｖ１を示している。それは、上流のインダクタＬ１によって発生され、ツェナーダイオードＤ２によって吸収される過電圧を示している。
【０１０５】
図７Ｂのグラフは、IGBT Ｚ１の端子上のダイオードＤ２によって消費される平均電力Ｐｍを示している。この電力は、適切なままであり、素子の中で消費することは容易である（例えば５mW）。
【０１０６】
図７Ｃのグラフは、以下のものを示している。
−制限装置８の出力の、変換器１０側の電圧Ｖ２、
−光起電性モジュール２の出力の電圧Ｖ０。
【０１０７】
第３の詳細な実施形態が、図９に示されている。
【０１０８】
電圧上昇（raiser）変換器１０の単純化されたモデルが、図６の線図に加えられている。キャパシタＣ０（例えば、220μF）、インダクタＬ３（例えば、100μH）および抵抗R12。抵抗Ｒ１２に対してインダクタＬ３は、直列に取り付けられていて、キャパシタＣ０は、このアセンブリの端子に並列に配置されている。
【０１０９】
インダクタＬ２は、制限器８と変換器１０の間のケーブルのインダクタンスを表す一方で、抵抗Ｒ０は、このケーブルの抵抗を表している（それを考慮に入れることによって、ＬＣ回路の発振を減らすことが可能である）。
【０１１０】
並列に取り付けられたスイッチＵ３とツェナーダイオードＤ３は、電気アークと、それが電流によって電力を供給される時に発生する電圧（約２０Ｖの電圧）との単純化されたモデルである。電気アークの発生を伴う負荷がかかった状態でのコネクタの開放をシミュレーションするために、Ｕ３は100ms後に開かれる。
【０１１１】
電気アークの構成は、図８と関連して上記で既に説明した。
【０１１２】
シミュレーションによって、アークは、２０Ｖの電圧（ツェナーダイオードＤ３のそれ）によってモデル化され、電圧制限器８または制限器８と変換器１０の間に配置された導体で、この電圧（およびアークの発生）を検出して、負荷がかかった状態でユーザが開くことが可能かどうかがチェックされる。
【０１１３】
図１０Ａおよび１０Ｂのグラフは、この第３の実施形態のシミュレーションの結果を示している。これらの図において、
−I(R0)は、装置の下流の電流を表している。この電流は、非常に振動していて（それゆえに黒い概略図になっている）、これは、シミュレーションのＬ２Ｃ１回路による。
−図１０Ｂのグラフは、電圧測定値を示している：
ａ）グラフIII：装置の上流の電圧Ｖ１（ここでも非常に振動する）；Ｖ１は、また、約１５msを過ぎて、IVグラフの範囲内で延長される。
ｂ）グラフIV：装置の下流の、電圧を測定するために用いられる分割器ブリッジＲ１，Ｒ２の端子での電圧Ｖ２。シミュレーションは、また、t=15msの前の部分または発振を示している。
【０１１４】
負荷がかかった状態でのコネクタの開放に相当するＵ３の開放の間の電圧の変化が、明確に見られる。図１１の拡大は、t=100ms周辺での、この移行を明確に示している。
【０１１５】
これらのシミュレーションは、本発明による装置８の下流の負荷がかかった状態での電気コネクタの開放が、電圧測定値から検出可能であることを示している。
【符号の説明】
【０１１６】
２，４，６  光起電性フィールド
８  電圧制限器
１０  変換器
１２  電気ネットワーク
【図１】
2010519748.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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