(57)【要約】  複数の直流電流電源を統合するシステムを提供する。前記システムは、ソーラーパネルアレイなどの、発電素子のアレイからの複数の供給を統合し単一の電圧出力とするように動作可能である。前記システムは各入力からの電流を監視し、特定の出力に関連した不具合またはその他の問題の有無を判定するように動作可能な電流監視アセンブリを含む。前記システムは電流を監視して不具合またはその他の問題の有無を判定するノイズ検出アセンブリを含む。前記電流監視アセンブリおよび前記ノイズ検出アセンブリからの出力に応答して、前記アレイ中の発電素子を分析する必要があるという旨の警報またはその他の信号を、操作者に対して提供することが出来る。  【選択図】      図１
2015501625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光起電力素子によって生成される直流電力を統合するシステムであって、
容器と、
各光起電力素子からの第１の極性の導電体を受容する第１のターミナルアセンブリであって、前記容器の中に配置されている第１のターミナルアセンブリと、
各前記光起電力素子からの第２の極性の導電体を受容する第２のターミナルアセンブリであって、当該第２の極性は前記第１の極性と正反対である、第２のターミナルアセンブリと
を有し、
当該第２のターミナルアセンブリは、前記容器の中に配置され、
前記光起電力素子からの第２の極性の各導電体と電気的に連絡することで、前記光起電力素子からの直流電流を統合しバスバーにおいて単一の電流を形成するバスバーであって、
中央導電性本体と、
前記中央導電性本体から外方向に突出する複数の伸長したフィンガーとを有する、バスバーと、
前記光起電力素子の１つからの第２の極性の導電体の１つと、前記バスバーのフィンガーの１つとにそれぞれ接続する複数の過電流保護素子であって、光起電力素子からの電流が閾値を超えた場合に、前記バスバーと各々電力を生成している光起電力素子との間の回路を切断するように動作可能であり、前記バスバーのフィンガーは、前記過電流保護素子と接続する場合、前記バスバーの中央導電性本体を前記過電流保護素子から遠ざけて配置するために伸長しているものである過電流保護素子とを有するものである、第２のターミナルアセンブリと、
前記バスバーのフィンガーの１つから流れる電流の変動を検出するように動作可能な感知器と、
前記光起電力素子の１つにおける不具合を示すノイズを検出する検出器と、
前記感知器および前記検出器に接続される制御器であって、不具合を示す前記感知器からの信号と不具合を示す前記検出器からの信号とに応答して、不具合を通知するように動作可能である制御器と
を有するものである、
システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記第１のターミナルアセンブリおよび前記第２のターミナルアセンブリからの統合された電力を受容し、直流電流から交流電流へと変換するインバータを有するものである、システム。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれかに記載のシステムにおいて、不具合の通知に応答して、前記制御器が素子を制御して前記第２のターミナルアセンブリを出力から切断することで、前記光起電力素子からの出力を切断するように動作可能である、システム。
【請求項４】
複数の光起電力素子により生成された直流電力を統合するシステムであって、
容器と、
前記光起電力素子からの電力を送達する、複数の電源回路と電気的に連絡する前記容器中のバスバーと、
各電源回路からの電流の流れを感知する前記バスバーに隣接する複数の感知器と、
前記バスバーからの電流中のノイズを感知するノイズ検出器と、
前記バスバーからの電力の流れを制御する自動制御可能な切替素子と、
前記感知器の１つにより感知された電流と前記ノイズ検出器により検出されたノイズとに応答して、前記切替素子を制御するように動作可能な制御器とを有し、
前記制御器は、１つまたは複数の光起電力素子からの電力を送達する前記回路の１つにおける不具合を示すノイズを検出する前記ノイズ検出器と、前記回路の１つにおける不具合を示す電流を検出する前記感知器の１つとに応答して、前記切替素子を制御して開き、前記バスバーからの電力の流れを遮断するように動作可能である、システム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、前記切替素子は常開型の接触器である、システム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、前記感知器はホール効果感知器を有するものである、システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、前記バスバーは互いに距離を置いて配置されている別個の伸長した複数の導電素子を有し、各導電素子は別々の電源回路に接続され、各導電素子に隣接して別個の感知器が搭載されるものである、システム。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載のシステムにおいて、前記ノイズ検出器は変流器を有するものである、システム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、前記変流器は前記バスバーと電気的に接続する導電体を包囲するものである、システム。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれかに記載のシステムにおいて、前記切替素子は中継器または接触器を有するものである、システム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記切替素子は中継器および接触器を有するものである、システム。
【請求項１２】
複数の光起電力素子により生成される電力を統合する方法であって、
各々が電流を提供する複数の電源回路を、共通の導電体に接続する工程と、
各電源回路からの電流を感知する工程と、
前記共通の導電体における電流中のノイズを感知する工程と、
電流を感知する前記工程とノイズを感知する前記工程とに応答して自動的に切替素子を制御する工程であって、１つまたは複数の光起電力素子からの電力を送達する前記回路の１つにおける不具合を示すノイズを感知する、前記ノイズを感知する工程と、前記回路の１つにおける不具合を示す電流を検出する、前記各電源回路からの電流を感知する工程とに応答して、当該切替素子を制御して開き、前記共通の導電体からの電力の流れを遮断するように動作可能である、前記自動的に切替素子を制御する工程とを有する、方法。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記ノイズを感知する工程は、変流器を通り流れる電流中のノイズを検出する工程を有するものである、システム。
【請求項１４】
請求項１２〜１３のいずれかに記載のシステムにおいて、前記変流器を接続することで、前記共通の導電体に電気的に接続する導電体を前記変流器が包囲するようにするものである、システム。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかに記載のシステムにおいて、前記切替素子は中継器または接触器を有し、前記方法は当該中継器または当該接触器を自動的に制御する工程を有するものである、システム。
【請求項１６】
請求項１２〜１４のいずれかに記載のシステムにおいて、前記切替素子は中継器および接触器を有し、前記方法は当該中継器および当該接触器の両方を自動的に制御する工程を有するものである、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年９月３０日に出願された米国仮出願第６１／５４１，２０６号に対する優先権を主張する。前記特許出願の開示全体が参照により本明細書中に組み込まれる。
【０００２】
本発明は複数の電源を統合し単一の出力を提供する技術に関する。より詳細には、本発明は複数のソーラーパネルまたは複数のソーラーパネルアレイにより生成された電力を統合するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
発電を目的としたソーラーパネルの利用は、個人および事業が電力コスト削減および温室効果ガス排出削減のための方法を模索するにしたがって拡大を続けている。太陽光電力の利用が増大するにつれて、太陽光電力を生産するために使用されるアレイのサイズも増大している。このエネルギーを繋ぎ合わせるためには、アレイの各部分からの電気出力を統合することが望ましいが、そのためにはそうした様々な部分の出力の監視し、ソーラーアレイのある部分における不具合の有無を検出できるようにすることが望ましい。重大な損傷へと繋がりうる不具合の一つは、アーク放電である。大規模なソーラーアレイは高い電圧を生成し、このアレイからの回路の一つに短絡があれば、ソーラーパネルが太陽光の中にある限り配線がアーク放電する。このアーク放電は、極度な高温を発生させ、絶縁部品、連結部品、または容器を、燃焼させるかまたは溶融させる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ソーラーパネルの複数の電源回路を統合して、単一の統合された出力回路を生成するためのシステムを提供する。一態様において、前記システムは複数の光起電力電源からの電流を感知する感知器と、当該複数の光起電力電源からの電流中のノイズを検出するノイズ検出器とを備える。前記感知器および前記ノイズ検出器に接続する制御器は、前記感知器および前記ノイズ検出器からの信号に基づいて、不具合の有無を判定するように構成されている。もし前記制御器が不具合が発生したものと判定した場合、前記制御器は前記光起電力素子を前記出力回路から切断する切替器を制御してもよい。
【０００５】
前記システムはさらに、各電源回路からの各電気入力の電流を監視する機構を提供する。より詳細には、前記システムは出力回路を作成する複数の光起電力電源回路に取り付けられた統合器アセンブリを含む。１つまたは複数の電源回路からの出力は、バスバー（母線）に接続されている。前記バスバーは複数の伸長したフィンガー（指部）を含み、このフィンガーの各々は前記電源回路の少なくとも１つからの出力と電気的に連絡している。前記バスバーのフィンガーの各々に隣接する感知器は、前記バスバーのフィンガーを通過する電流を検知する。前記感知器は、対応する前記バスバーのフィンガーを通って流れる電流量を示す信号を提供する。前記システムはさらに、一つまたは複数の前記電源回路中の不具合を示すノイズを同定する、前記バスバーの電流中のノイズを検出する検出器アセンブリを含む。
【０００６】
別の態様によると、前記電流感知器はホール効果感知器であってもよく、このホール効果感知器によって、生成された信号を用いて各電源回路によって生成される電流量を測定することが可能であるほか、アーク障害などの電源回路中の問題を検出することが可能である。
【０００７】
別の態様によると、前記ノイズ検出器アセンブリは、前記バスバーから出力接点へと流れる電流を検出する変流器を含んでもよい。前記変流器は、前記バスバーから流れる電流中のノイズに応答して電流を生成してもよい。前記アセンブリはまた、不具合が検出された場合、前記統合器アセンブリの出力を切断し、それによって前記アーク放電が発生している回路中の電流の流れを遮断する接触器を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
前述の本発明の概要および好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と共に読むことにより最も理解されるであろう。
【図１】図１は、直流電力を統合するシステムの平面図である。
【図２】図２は、図１に図示されているシステムの概略図である。
【図３】図３は、図１に図示されている直流電力を統合するシステムの概略図である。
【図４】図４は、図１に図示されている直流電力を統合するシステムの電流監視アセンブリおよびノイズ検出アセンブリの概略図である。
【図５】図５は、図１に図示されている正極入力アセンブリのバスバーおよび電流監視アセンブリの部分斜視図である。
【図６】図６は、図５に図示されているバスバーの斜視図である。
【図７】図７は、図１に図示されているノイズ検出回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図を参照すると、直流電力を統合するシステムは参照番号１０として概略示されている。前記システム１０は、図３中にＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３、ＰＶ４として示されているソーラーパネルのような、複数の電力生成装置からの電力出力を受容する統合器ボックス２０を含む。前記統合器ボックス２０は、耐候性のスチールまたはファイバーグラスのボックス２２のような容器を含む。前記ボックス２２の中に、負極ターミナルアセンブリ２４および正極ターミナルアセンブリ３０が搭載されている。前記電力生成装置ＰＶ１〜ＰＶ４は、前記正極ターミナルアセンブリ３０および負極ターミナルアセンブリ２４に接続し、統合して単一の直流出力を生成する。
【００１０】
図３を参照すると、前記システム１０の詳細がより細部まで記載されている。前記電力生成素子は、電力を生成する様々な装置のいずれであってもよい。本実施形態においては、前記電力生成素子は光起電力（ＰＶ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）セルである。より詳細には、前記電力生成素子は複数のソーラーパネルである。統合器ボックス２０への各電気入力が、単一のソーラーパネルからのものであってもよい。しかしながら、本実施形態においては、複数のソーラーパネルからの出力は相互接続され単一の電気出力を供給する。これらの相互接続された複数のソーラーパネルはストリングと称される。複数の前記ストリングがソーラーパネルのアレイを形成する。図３において、前記システムはＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３、ＰＶ４として識別された４つのストリングを含んでいる。しかしながら、ＰＶ１〜ＰＶ４が単一のソーラーパネルまたは複数のソーラーパネルを表していてもよいことは理解されるべきである。さらに、本システムは太陽光電力の適用先に特に適したものであるが、非太陽光の電力生成素子に対してもまた使用可能である。非太陽光の適用先においては、ＰＶ１〜ＰＶ４は他の電力生成素子を表す。
【００１１】
図３において、各ストリング（ＰＶ１〜ＰＶ４）からの出力は、前記負極ターミナル２４および前記正極ターミナル３０に接続されている。前記負極ターミナルアセンブリ２４は、前記ストリングからの全ての負極導電体を共有する導電体を提供するターミナルブロックを有する。前記負極ターミナルアセンブリ２４は、複数のソケットと、前記ストリングの一つからの導電体を受容し維持するための対応するコネクターとを含む。さらに、前記負極ターミナルアセンブリ２４は、当該ターミナルアセンブリからの出力負極導電体を接続するための、出力ラグ２６を含む。
【００１２】
前記正極ターミナルアセンブリ３０は、図１および図５〜６においてより詳細に記載されている。前記正極ターミナルアセンブリ３０は、回路ブレーカーまたはヒューズなどの、複数の過電流保護素子が取り付けられたバスバー３０を含む。本実施形態においては、前記過電流保護素子はヒューズであり、それぞれがヒューズホルダー３１に収納されている。図５〜６は典型的な実施形態を図示しており、図中において前記正極ターミナルアセンブリは８つまでの電源入力（例えば、８個のソーラーパネルストリングＰＶ１〜ＰＶ８）からの導電体を受容するように構成されている。前記アセンブリは、前記正極導電体の全てが当該アセンブリの片側に接続するように構成されていてもよい。しかしながら本実施形態においては、前記アセンブリーは一対の平行列のヒューズホルダー３１を両側に備えている。以下でさらに説明するように、各ヒューズホルダー３１の正面部は反対側の列のヒューズホルダーの前面部と対向しており、その結果これらのヒューズホルダーの前面部は列の間に通路を形成し、バスバー４０はこれらのヒューズホルダーの列と接続している。
【００１３】
各ヒューズホルダー３１は、前記電力入力（例えば、ＰＶ１〜ＰＶ８）の１つから正極導電体を受容する配線ソケットを含む。各ヒューズホルダーにあるコネクタは、前記配線ソケット内に配線を保持するように動作可能である。例えば、前記コネクタは、前記配線を締め付けて固定し前記ソケット内に当該配線を保持するねじ込み素子である。同様に、前記ヒューズホルダー３１はまた、当該ヒューズホルダーを前記バスバーソケットに接続する第２のソケットを含む。各ヒューズホルダー３１の第２のコネクタは、前記第２のソケット内に前記バスバーを保持するように動作可能である。本実施形態では、前記第２のコネクタは前記配線コネクタ３４と類似しており、当該コネクタをねじ込むことにより前記バスバーを前記第２のソケット内に締め付けて固定する。前記正極ターミナルアセンブリの例示的なヒューズホルダー３１は、Ｗｏｈｎｅｒによって、商品名ＡＭＢＵＳ ＥａｓｙＳｗｉｔｃｈ、パート番号３１１１０として製造されたヒューズホルダーである。
【００１４】
前記正極ターミナルアセンブリ３０の例示的なバスバー４０が、図４に図示されている。前記バスバー４０は、銅、アルミニウム、または他の高導電性材料などの導電素子である。前記バスバー４０は、中央導電性本体４２と、当該中央導電性本体から突出する複数の伸長したフィンガー４４とを含む。本実施形態において、前記フィンガーは前記中央本体の周囲に配置され２列のフィンガーを形成しているが、前記バスバーは、前記フィンガーが前記中央本体の片側からのみ延出するように、または端部の一方もしくは両方から延出するように構成されてもよい。
【００１５】
本実施形態において、各列のフィンガーは、前記中央本体４２の端部に沿って互いに離間する複数の略平行なフィンガーを有する。前記フィンガー４４は、各フィンガーが２つの部分を有するように伸長している。第１の部分は、前記ヒューズホルダーの１つのバスコネクタ３３の中に延出するターミナル端部である。第２の部分は、前記ヒューズホルダーの前面３７と前記バスバーの端部との間に延出する中間部分である。本実施形態において、前記フィンガーの中間部分は、少なくとも前記フィンガーの約１／４の長さであり、好ましくは少なくとも前記フィンガーの約１／３の長さである。このようにして、前記伸長したフィンガーは、前記ヒューズホルダーの中に延出して当該ヒューズホルダーと電気的接続を形成しながら、一方で前記バスバーの中央本体を前記ヒューズホルダーから離すよう間隔を維持する。
【００１６】
上述したように、前記バスバーの各フィンガー４４はヒューズホルダーと接続するように構成され、前記ソーラーパネルのストリングの１つの正極導電体と電気的に連絡している。このようにして、前記バスバーの中央本体は、前記正極ターミナルアセンブリに接続されている前記ストリングの全てと電気的に連絡し、これにより前記アセンブリに接続されている前記ストリングによって生成される電力の全てが統合される。
【００１７】
前記バスバーと電気的に接続されている出力ラグ４６は、当該バスバーからの単一出力接続を提供する。前記出力ラグ４６は、導電体を受け入れるソケット４７と、前記出力ラグのソケットの中に出力導電体を保持するための、例えば止めねじまたは他のねじ込み素子などのコネクタ４８とを含む。このようにして、前記出力導電体は、前記ソーラーパネルのストリングから前記正極ターミナルアセンブリに接続される電力を統合した電流出力を提供することができる。前記正極出力導電体および前記負極出力導電体は、前記回路の下流の素子と接続することができる。例えば図３に示すように、前記統合器２０からの出力は、インバータ９０に接続することができる。前記インバータ９０は、前記電力を直流から交流に変換する。前記統合器ボックス２０からの出力がインバータに接続されてもよいが、前記システムは前記出力がインバータに供給される回路に限定されない。例えば、前記出力は、別のＰＶ統合器または電力貯蔵装置（例えば、電池または電池アレイ）に接続されてもよい。
【００１８】
本実施形態において、前記システムはまた、前記正極ターミナルアセンブリに流れる電流を監視する電流監視アセンブリ６０と、前記電源回路の１つにおけるアーク放電を示すノイズを検出するノイズ検出アセンブリ１６０とを含む。前記電流監視アセンブリ６０は、前記回路に接続される１つまたは複数のストリングによって供給される電流の減少があるかを検出するように動作可能である。前記ノイズ検出アセンブリ１６０は、アーク放電を示すノイズを検出するように動作可能である。
【００１９】
本実施形態においては、前記制御アセンブリ５０は、前記ノイズ検出アセンブリ１６０からの信号と前記電流監視アセンブリ６０からの信号とを受信するマイクロプロセッサーを有する。前記制御アセンブリは、前記ノイズ検出アセンブリ１６０および前記電流監視アセンブリ６０からの信号が、前記電源回路の１つにおける不具合を示すものかを判断する。不具合が存在すると前記制御アセンブリが判断した場合、以下でさらに説明するように、前記制御アセンブリは前記統合器ボックスからの出力を自動的に切断してもよい。
【００２０】
さらに前記制御アセンブリ５０はデータ通信素子と出力コネクタとを含み、前記制御センブリからの信号はデータロギング素子１００にエクスポートされる。例えば、前記制御センブリは、前記感知器データおよび／またはノイズ検出データを遠隔装置（例えば、ＭｏｄＢｕｓが可能なデータロガー、インバータ、または電力計）と通信する、ＭｏｄＢｕｓなどの共通プロトコルを使用して信号を提供する通信素子を含んでもよい。前記遠隔装置は前記制御基盤からのデータを記録および／または分析して、前記データが１つまたは複数の前記電力入力素子（例えば、ＰＶ１〜ＰＶ４）のエラーまたは不具合を示すかを決定することができると同時に、不具合があるかを決定するために分析されるべき入力素子を特定することもできる。次に、前記遠隔装置は前記検出された不具合、および不具合または他の性能問題があると思われる電力入力素子を示す信号または警告を操作者に提供する。
【００２１】
前記電流監視アセンブリ６０は複数の感知器６４を含み、各感知器はソーラーパネルのストリングの１つから流れる電気的特徴を検出してもよい。前記感知器は任意の様々な電流検出感知器でよいが、本実施形態では、前記電流検出感知器はホール効果感知器６４である。
【００２２】
前記ホール効果感知器６４は、前記バスバー４０に隣接して配置されている回路基板６２に搭載される。
【００２３】
前記感知器６４は、前記回路基板に沿って離間されており、各感知器は前記バスバーのフィンガー４４の１つに隣接して配置されている。特に本実施形態において、前記感知器６４は離間されて、前記バスバーの隣接するフィンガー４４間の距離と実質的に同様の距離で互いに離間された２列の感知器を形成する。このようにして、各感知器は当該感知器の１つに近接して各々の当該フィンガーの電流の変動を検出する。さらに、各感知器は、前記残りのバスバーフィンガーのいずれよりもまたは前記バスバーの中央本体４２より各々のバスバーフィンガー４４に近い位置に配置され、監視する。
【００２４】
前記感知器を、制御素子または前記感知器６４からの信号を処理する信号処理素子を含む回路基板に搭載することができる。しかしながら、本実施形態では、前記制御アセンブリ５０は前記感知器基板６２上の感知器６４に電気的に接続されており、前記制御アセンブリは前記感知器６４からの信号を受信し処理する。
【００２５】
前記制御アセンブリ５０は、前記感知器６４からの信号を処理して、前記信号が前記各々のバスバーフィンガーに接続されている前記ストリングの素子に問題があることを示す入力電流（または電圧）の変動を示すかどうかを検出してもよい。言い換えれば、ＰＶ１が第１のバスバーフィンガーに接続されて、前記第１のフィンガーに接続された前記感知器６４が所定の閾値未満の電流を検出した場合、次に前記制御基盤は前記第１の感知器からの信号を処理して、ソーラーパネルの前記第１のストリングに不具合が生じている可能性がある旨の警告を操作者に提供してもよい。しかしながら、以下でさらに説明するように、不具合が存在するという判断は、ライン中のノイズの検出にも基いたものである。
【００２６】
図１を参照すると、前記感知器アセンブリ６０および前記制御アセンブリ５０は、前記２列のヒューズホルダー３１の間に形成された通路内で前記バスバーの中央本体４２の上に配置されている。薄い電気絶縁層６６が前記バスバー４０と前記感知器アセンブリ６０との間に配置されてもよい。前記絶縁層は、前記感知器６４を前記バスバーの中央本体４２の電流からまたは前記バスバーの隣接するフィンガー４４を通して流れる電流から絶縁する。前記絶縁層６６は様々な材料から形成され、本実施形態では薄いシートのマイカ（雲母）である。薄いシートのポリエステルを使用することもできる。
【００２７】
前記正極ターミナルアセンブリ３０はまた、前記高電圧ＤＣバスバーからの電力を利用して、前記電流監視システム５０を動作させるように設計される電源装置を組み込んでもよい。特に、前記バスバーは、接地面に対して３００〜６００ボルトＤＣの電圧の標準状態のもとで機能してもよい。前記電源装置は、前記バスバー電圧より５、１２、または２４ボルト低い動作電圧を前記電流監視システムに提供する。したがって、前記電源装置により、前記回路基板は前記バスバー電圧から約２４ボルト以下の電圧差で動作することが可能である。
【００２８】
幾つかの用途または構成において、前記バスバー４０の隣接要素によって生成される磁場などの、前記ホール効果センサー６４が生成する信号に影響を与えうるノイズおよび／またはバックグラウンド効果を考慮することが望ましい。特に、上述したように、前記バスバー４０は複数の独立要素（例えば、フィンガー４４）を含み、各独立要素は別々の入力回路に接続されてもよい。別個のホール効果感知器が各伸長したフィンガーに搭載され、前記各々の入力回路から前記バスバー４０に流れる電流を監視してもよい。前記フィンガーの１つを通って流れる電流によって生成される磁場は、前記感知器アセンブリの２つ以上の感知器によって感知される磁場を生成する場合もある。例えば、前記バスの第１のフィンガーを通って流れる電流を検出する感知器はまた、前記第２および３のフィンガーを通って流れる電流によって生成される磁場を検出することもできる。実際、幾つかの構成において、各感知器は、前記他のフィンガーの各々を通って流れる電流によって生成される任意の磁場を検出することもできる。
【００２９】
各フィンガーを流れる電流を評価するため、各感知器からの信号を補償して、隣接するフィンガーから受信する信号または特定のフィンガーを通って流れる電流を示さない他の信号を把握することが望ましい。隣接するフィンガーよって生成される磁場の主な原因となる信号を処理する１つの方法は、次のように各感知器のベースライン感知器値を決定することである。Ｎ数のフィンガーのバスに対して、既知の電流が前記第１のフィンガーに流され、残りのフィンガーの各々には電流を流さない。フィンガー２〜Ｎの感知器が評価され、フィンガー１を流れる電流に応答して感知された磁場の性質について決定される。次に、前記既知の電流がフィンガー２に流され、フィンガー１および３〜Ｎには電流を流さない。フィンガー１および３〜Ｎの感知器が評価され、フィンガー２を通って流れる電流に応答して感知された磁場の性質について決定される。同様に、各フィンガーに別々に電流が流され、前記感知器が各フィンガーに対して評価されて、各特定のフィンガーに流れる信号に応答して各フィンガーで感知された磁場の性質について決定される。
【００３０】
前記既知の電流を前記フィンガーの各々に流して、結果として起こる磁場が前記感知器によって感知された後、前記感知器が感知するバックグラウンドノイズを決定することができ、前記感知器の前記信号を処理するときに相殺することができる。特に、（監視されているフィンガーを通って流れる電流以外の）フィンガーを通って流れる電流によって生成されるバックグラウンドノイズに対する補償信号は、残りのフィンガーに電流が流されなかった間で前記フィンガーに電流が流されたときに検出された信号と比例する。感知器のベースライン値は、前記バスの（監視されている前記フィンガー以外の）各フィンガーに対する補償の合計に基づいている。
【００３１】
例として、４つのフィンガーＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を有するバスに関して、Ｆ２を通って流れる電流によって生成される磁場を補償するＦ１に備わる感知器に対する補償Ｃ１、２は、既知の電流がＦ２に流されかつＦ１およびＦ３〜Ｆ４に電流が流されないときにＦ１の感知器によって検出される信号に比例する。同様に、Ｆ３を通って流れる電流によって生成される磁場を補償するＦ１に備わる感知器に対する補償Ｃ１、３は、既知の電流がＦ３に流されかつＦ１、Ｆ２、およびＦ４に電流が流されないときＦ１の感知器によって検出される信号に比例する。Ｆ４を通って流れる電流によって生成される磁場を補償するＦ１に備わる感知器に対する補償Ｃ１、４は、既知の電流がＦ４に流されかつＦ１〜Ｆ３に電流が流されないときＦ１の感知器によって検出される信号に比例する。前記ベースラインは、Ｃ１、２＋Ｃ１、３＋Ｃ１、４の合計である。このようにして、各フィンガーの値の表は、各他のフィンガーに対する補償値に基づいて生成することができる。前記表は、各フィンガーのベースラインを決定するのに使用することができる。
【００３２】
上述したように、前記センサー６４の１つにより検出される入力電流の減少は、前記電源回路の１つにおける不具合を示している可能性がある。しかしながら、前記電流の減少は不具合以外の現象に起因している可能性がある。例えば、電流の減少は光起電力アセンブリに対する突然の遮光によっても起こりうる。したがって、前記電源回路の１つにおける不具合を示す第２の特徴を組み込み、不具合の判断を前記感知器アセンブリ６０により検出される電流変動と当該第２の特徴との両方に基づかせることが望ましい。
【００３３】
本実施形態においては、前記電源回路からのライン中の電気的ノイズを監視し、前記電源回路の１つにおける不具合の有無を判断するための第２の特徴として使用することができる。電源回路においてアーク放電が起きた場合、当該アーク放電は通常電気的なノイズを発生させる。前記システム中の前記電気的ノイズを監視することにより、電源回路中のアーク放電を示す電気的ノイズの有無を、不具合の有無の検出に用いることができる。
【００３４】
図１および７を参照すると、前記ノイズ検出アセンブリ１６０の詳細がより細部まで記載されている。様々な素子を用いてノイズを検出することができる。各電源回路から来る各ラインについて、前記ノイズを検出することができる。しかしながら、本実施例においては、前記電源回路の全てを統合した電流について、前記ノイズを検出する。特に、前記ノイズ検出アセンブリ１６０は前記バスバー４０から前記出力ラグ４６に流れる電流中のノイズを検出する。
【００３５】
本実施形態においては、前記ノイズ検出アセンブリは環状の変流器１６２と、前記バスバーに接続し当該変流器を通る導電体とを含む。前記バスバーからの電流は直流電流であるので、理論的には前記変流器１６２は、前記正極電流アセンブリから流れる電流に対して殆どまたは全く電流を生成しない。実際には、前記システム中の様々な素子からのノイズが交流電流の成分を生成し、前記変流器１６２からの電流を誘発する。前記電源回路中のアーク放電により生成される電気的ノイズは、前記変流器１６２からの電流を誘発しうるノイズを生成する。したがって、前記変流器１６２からの出力を監視し、正常動作中の他の素子により生成されるノイズを補償することによって、前記システム１０は、前記電源回路の１つにおけるアーク放電などの不具合を示すノイズの有無を同定することができる。
【００３６】
ノイズ検出アセンブリ１６０は、前記バスバー４０からの電流中のノイズに応答して前記変流器により生成される電流を処理する素子を含む。図７を参照すると、前記ノイズ検出アセンブリの模式図が示されている。高ゲインのオペアンプ１６４は、前記変流器１６２に接続され、前記変流器中の交流電流を１０Ｖ／ｍＡの電圧信号へと変換する。ユニティ・ゲイン・バッファのオペアンプ１６６は、前記高ゲインオペアンプからの信号をバッファし、下流のフィルタが前記高ゲインアンプ１６４のゲインに影響するのを遅らせる。ローパスＲＣフィルター１６８は前記第２のオペアンプからの信号を受信し、当該信号からトランジェントを除去する。前記ローパスフィルター１６８から前記信号がマイクロコントローラーに通信され、前記信号はアナログ信号からデジタル信号へと変換される。前記マイクロコントローラーは前記制御アセンブリ５０と個別であってもよく、前記信号は次いで当該制御アセンブリに通信されてもよい。しかしながら、本実施例においては、前記シグナルは前記制御アセンブリ５０に直接通信され、当該制御アセンブリはまた前記電流感知アセンブリ６０からの信号も受信する。
【００３７】
前記制御アセンブリのマイクロプロセッサは、前記ノイズ検出アセンブリ１６０からの信号を評価し、当該信号が不具合により生成されたノイズを示すものか、または当該信号が前記システムの正常動作からの環境ノイズにより生成されたノイズを示すものかを評価する。様々な方法を利用して、信号が環境ノイズに対応するものかまたは不具合を示すノイズに対応するものかを評価することができる。例えば、前記ノイズ検出アセンブリ１６０からの信号を閾値に対して比較することで、不具合を示すノイズかどうかを評価することができる。閾値の方法においては、前記マイクロプロセッサーは前記信号をサンプリングし、当該サンプルが閾値を超えるか否かを評価する。前記サンプルが前記閾値を超えた場合、当該サンプルはアーク放電などの不具合を示すものである。不具合を示すサンプルが、所定の時間枠の間に所定の回数発生した場合、前記制御アセンブリは前記ノイズが不具合を示すものであると通知する。前記電流感知アセンブリ６０からの信号が同様に前記電源回路の１つにおける電流の変動を示した場合、以下でより詳細に説明するように、前記コントローラー５０が当該電源回路に不具合があると判断し、前記システムの出力を自動的に切断してもよい。
【００３８】
前述したように、前記マイクロプロセッサーは、前記ノイズ検出アセンブリからの信号を閾値に対して比較することで、前記ノイズが不具合を示すものかを評価してもよい。
【００３９】
あるいは、前記マイクロプロセッサーは第１の時間枠内において前記信号を所定の回数サンプリングし、当該サンプルの平均値を計算してもよい。次いで、前記マイクロプロセッサーは、第２の時間枠内において前記信号を所定の回数サンプリングし、第２の時間枠の当該サンプルの、前記第１の時間枠について計算した平均値に対する平均絶対偏差を決定する。両方の時間枠の前記平均偏差について移動平均も計算する。前記第２の時間枠のサンプルの平均偏差が、前記移動平均よりも所定の量だけ大きい場合、ノイズ事象の同定とする。前記電流感知アセンブリ６０が同様にアーク放電を示す電流現象を示した場合、前記制御アセンブリは不具合を示し、前記システムの出力を自動的に切断してもよい。
【００４０】
前述したように、様々な方法を用いて、前記ノイズ検出アセンブリ１６０からの信号が、環境ノイズを示すものか、または前記電源回路の１つにおけるアーク放電などの不具合を示すものかを評価することができる。前記システムは、前記ノイズ検出からの信号についての分析のみに基づいて不具合を通知するように構成されていてもよい。しかしながら、本実施携帯においては、前記コントローラーは前記ノイズ検出アセンブリ１６０および前記電流感知アセンブリ６０の組合せに基づいて不具合を判断している。前記ノイズ検出アセンブリおよび前記電流感知アセンブリの片方のみが不具合を示すシグナルを提供した場合、前記制御アセンブリ５０は不具合を通知しない。しかしながら、前記ノイズ検出アセンブリおよび前記電流感知アセンブリの両方が不具合を示すシグナルを提供した場合、前記制御アセンブリ５０は不具合を通知し、前記システムからの出力を自動的に切断するなど、しかるべき対応を行う。
【００４１】
前述したように、１つまたは複数の前記電源回路からの出力の特徴に応答して、自動的に出力を前記統合器ボックス１２０から切断することが望ましい場合もある。
【００４２】
したがって、接触器１１５が前記正極ターミナルアセンブリ３０と前記正極出力ラグとの間の回路に配置されている。前記接触器１１５は１つまたは複数の常開型の切替器を有し、よって前記統合器ボックス２０からの出力は、通常切替器が切れている状態である。例示的な接触器は、カリフォルニア州のＣａｒｐｉｎｔｅｒｉａに所在の会社ＧＩＧＡＶＡＣによって販売されるシリーズＧＸ１４ ＥＰＩＣ接触器である。電源装置１２０は電力を前記接触器に提供し、前記接触器に通電して前記１つまたは複数の常開型の切替器を閉じることができ、これにより電流が前記統合器ボックス１２０から送電網に流れることができ、前記電源回路からの電気を使用することができる。前記電源装置１２０から前記接触器１１５への電力が遮断された場合、前記接触器は前記回路を開き、電気が前記電源回路から流れるのを阻止する。前記システム１１０は、前記電源装置から前記接触器への電力を遮断する切替器を含む。前記遮断切替器は手動で動作可能な作動装置でもよく、前記電源装置は、前記統合器と前記インバータとの間の回路が遠隔制操作できるように前記統合器ボックスから遠隔であってもよい。
【００４３】
前記ライン中のアーク放電を示すノイズが検出された場合、および１つまたは複数の電源回路からの電流が許容範囲外まで低下した場合、前記統合器ボックスからの電流を切り替えて切るようにしてもよい。例として、前記電源回路の１つからの電流が閾値を下回る場合、当該減少した電流は前記電源回路の不具合を示している場合がある。同様に、電源回路の所定時間内で所定の範囲外の電流の変動は、前記電源回路中のアーク放電を示している場合がある。さらに、前記ライン中に検出されたノイズが環境ノイズよりも大きい場合、または特定の特徴を有している場合、前記電源回路中のアーク放電を示している場合がある。検出された電流の変動とアーク放電のノイズ特徴の検出との組合せに応答して、前記統合器ボックス１２０からの回路を自動的に遮断してもよい。
【００４４】
一実施形態においては、前記統合器ボックス２０からの回路を、前記電源装置２０から前記接触器２１５への電力を制御する継電器１１０によって自動的に遮断してもよい。前記継電器１１０は、様々な制御回路によって自動的に制御されてもよい。本実施形態においては、前記継電器１１０は電流監視アセンブリ５０によって制御される。特に、前記電流監視アセンブリ５０は、前記感知器アセンブリ内の１つまたは複数の前記感知器によって検出される電流と、前記ノイズ検出アセンブリによって検出されるノイズとに応答して、前記継電器を制御してもよい。より詳細には、前記制御アセンブリ５０は、前記変流器からの信号が不具合を示すものであり前記電流監視アセンブリからの信号が不具合を示すものであるとの、前記制御アセンブリによる判断に応答して、前記継電器が開状態に切り替わるように構成されてもよい。例えば、前記統合器ボックス２０が複数のソーラーパネルから電力を受け入れるような適用例においては、前記バス４０の各フィンガーは、異なるパネルまたはアレイに接続されている。したがって、各ホール効果感知器によって感知される電流は、他のホール効果感知器によって検出される電流と異なる場合がある。しかしながら、各感知器から検出される電流は、通常の動作条件において一般に時間的に安定している。対照的に、前記電源回路の１つにおいて、アーク放電障害などの問題がある場合、前記電流は通常の動作条件下に比べて、より大きく変動する。したがって、前記電流監視アセンブリは、前記バスフィンガーの１つにおける電流変動の検出と前記ノイズ検出システム１６０によるアーク放電を示すノイズの検出との組合せに応答して、当該電流監視アセンブリが前記継電器を制御して前記回路を開き、これにより電力が前記統合器ボックスから前記送電網へ流れるのを遮断するように構成されてもよい。より詳細には、前記継電器を開状態に切り替えることは前記電源装置１２０から前記接触器１１５への回路を開くことであり、これにより前記統合器ボックスから前記送電網への電気の流れが遮断される。一実施例においては、前記電流が所定の時間の間に所定の量または割合を超えて変動し、かつその時間の間に前記変流器が環境ノイズから所定の量または割合だけ越えるノイズを検出した場合、前記制御アセンブリは信号を前記継電器に送り前記回路１１０を開く。
【００４５】
前述の記載において、前記継電器１１０は前記統合器ボックスから前記送電網への回路を開くまたは閉じるように動作可能である。あらゆる様々な自動制御可能な電気機械切替器が、前記統合器２０から前記送電網への回路を開き、前記電源回路から前記送電網への電気の流れを遮断するために制御されてもよいことは理解されるべきであろう。さらに、前記継電器は、前記電流感知アセンブリからの信号を受け取り、不具合に応答して開く常閉型の継電器であってもよく、または前記継電器は前記電流感知アセンブリからの信号を受け取り、当該電流感知アセンブリが不具合を検出しない限り閉じている常開型の継電器であってもよい。前記電流感知アセンブリが不具合を検出すると、前記継電器への信号は停止し、前記継電器は前記回路を開く。
【００４６】
さらに、前述の実施形態においては、前記出力回路は、継電器と接触器との共同動作によって制御されている。特定の適用例においては、前記制御機能を前記電流感知器および前記ノイズ検出アセンブリからのフィードバックに基づいて制御される単一自動切替素子の中に組み込むことが望ましい場合もある。さらに、前記回路は、前記電源回路のすべての出力を同時に制御する単一切替素子（例えば、接触器１１５）を有するように記載されているが、各電源回路を別々に制御し、特定の電源回路が全体のシステム２０を停止しないで遮断できるようにすることが望ましい場合もある。特に、各フィンガーを通る電流は、前記特定のフィンガーを通って流れる電流に対して感知された電流に基づいて直接または間接的に制御される別々の切替素子（例えば、接触器）を通して接続されてもよい。例えば、各フィンガーは、別個の接触器に次に接続される別々の継電器に接続されてもよい。前記電流感知アセンブリが前記フィンガーについて検出された電流に基づいて不具合を検出した場合、前記電流感知アセンブリは当該フィンガーに関連する継電器を制御し、それは次に前記フィンガー用の接触器への前記電源装置を開き、これにより前記フィンガーからの回路を開く。しかしながら、各フィンガーが別個の接触器および継電器を有するので、残りのフィンガーからの電気の流れは、前記フィンガーの１つの回路が開かれても遮断されない。
【００４７】
共通の接触器を使用して前記統合器から前記送電網に接続された回路を開く実施形態においては、前記電源回路のうちの１つにおける不具合が検出されると、適切に動作している電源回路を含め前記電源回路の全てに対する前記統合器ボックスの電気の流れが遮断される。したがって、前記統合器ボックスからの電力が遮断されたとき、どの電源回路がその遮断を引き起こしたのかが通常明らかではない。しかしながら、前記遮断を引き起こした電源回路を決定し、これにより当該電源回路を分析して問題の潜在的な原因を究明することが望ましい。特定の電源回路が特定できない場合、操作者は前記電源回路の全ての機器を分析する必要があり、問題を特定するのに要求される作業を著しく増加させる。
【００４８】
前述のように、前記回路は、前記感知器アセンブリの各感知器によって感知される信号に関するデータを記録するデータロガーを含んでもよい。使用者は、各感知器に対する前記データロガーによって記録されたデータを分析して、どの感知器が遮断を引き起こしたかを決定することができる。さらに、前記回路は、前記電流感知アセンブリから送られたデータを記録し、前記データロガーがどの感知器が前記遮断を引き起こしたかを同定するように構成することもできる。
【００４９】
上述のように、前記システムは、前記電源回路の１つにおいて生じた問題を示す（すなわち、不具合を示す）電流の検出と、前記電流回路の１つにおける問題を示すノイズの検出とに応答して、前記統合器ボックスから前記送電網へ流れる電気を自動的に遮断するコントローラーによって制御される。前述の説明において、前記電流監視回路５０は、前記継電器１１０を制御する制御機能を組み込むように説明されている。しかしながら、前記電流監視アセンブリとは別の制御回路が前記継電器を制御するのに提供されてもよいことは理解されるべきである。前記別個の制御回路は、前記電流監視アセンブリと連絡して、各フィンガーについて感知された電流に対応する信号、または前記感知器の１つから検出された電流の不具合を示す信号のいずれかを受け取る。さらに、前記別個の制御回路は、前記ノイズ検出アセンブリと連絡して、当該ノイズ検出アセンブリからの感知された電流に対応する信号、または当該ノイズ検出アセンブリにより検出された電流の不具合を示す信号のいずれかを受け取る。次いで、前記別個の制御回路は、前記電流感知アセンブリおよび前記ノイズ検出アセンブリから受け取った信号に応答して前記継電器１１０を制御する。
【００５０】
自動制御可能な切替素子に加えて、前記統合器ボックス１２０からの出力を遮断する手動制御可能な切替器を組み込むことが望ましい場合もある。例えば、前記システム１１０は、前記継電器１１０および前記電源装置１２０と直列に手動作動可能なスイッチ１０５を含んでもよい。前記スイッチ１０５は、通常の操作手順の間は閉じている。しかしながら、操作者が前記統合器ボックスからの出力を切ることを望む場合、当該操作者は前記切替器を手動で操作して当該切替器を開位置に動かすことができる。前記開位置において、前記切替器は前記電源装置１２０から前記接触器への回路を開くので、前記接触器は開状態に変更され、前記統合器ボックスから前記送電網への回路を開く。
【００５１】
本発明の広範な発明概念から逸脱せずに上述の実施形態に変更および修正を加えることが可能なことが、当業者により理解されるであろう。したがって、本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲および趣旨内における全ての変更および修正を含むことが意図されていることは理解されるべきである。
【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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