(57)【要約】      （修正有）【課題】ストリング中の電力発生器モジュールの接続性を制御可能にする。【解決手段】電力発生器モジュールは、通信信号の存在を監視する電流感知回路を含むことができる。電力発生器モジュールは、遠隔的に発生された制御信号の存在を電力ライン上で監視することができ、電力ラインは、電力を外部の負荷に搬送するために各電力発生器モジュールによって使用される。もし、遠隔リソースにより発生されるような制御信号が電力ライン上に存在する場合、各電力発生器モジュールの制御回路は、スイッチをオン状態に活性化し、活性化された電力発生器モジュールは、他の活性化された電力発生器モジュールと直列に接続される。もし、時間切れ期間内にキープアライブ信号が検出されない場合、コントローラは、各電力発生器モジュールを非活性化する。【選択図】図３
2012254008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力システムであって、
電力発生器モジュールのストリングであって、ストリングの電力発生器モジュールは、制御可能に直列に接続され、電力発生器モジュールによって生成された電流を電力ライン上で電力発生器モジュールを介して負荷に搬送し、
各電力発生器モジュールの各々は、
遠隔の信号発生器からの電力ライン上で各電力発生器モジュールにより受け取られる制御信号の存在を監視する感知素子と、
各電力発生器モジュールを選択的に直列接続に接続するためのスイッチと、
電力ライン上で受け取られた制御信号に基づきスイッチの状態を制御するコントローラとを有する、電力システム。
【請求項２】
前記電力発生器モジュールは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電性モジュールであり、
ストリングの電力発生器モジュールの各々は、電力ラインに直列に接続されるアノードおよびカソードを含む、請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記制御信号は、遠隔の信号発生器により発生されたＡＣ信号であり、
電力発生器モジュールの各々は、制御信号を電力ライン上で搬送するように各電力発生器モジュールの出力端子間に配されたキャパシタを含む、請求項１に記載の電力システム。
【請求項４】
前記コントローラは、制御信号の存在を検出することがないときは、スイッチをＯＦＦ状態にセットし、各電力発生器モジュールをバイパスモードで動作させる、請求項１に記載の電力システム。
【請求項５】
前記感知素子は、制御信号を検出する電流感知素子であり、
前記コントローラは、電流感知素子により感知された電流が第１のしきい値よりも大きいことを検出したことに応答してスイッチをＯＮ状態に活性化し、
前記コントローラは、電流感知素子により感知された電流が第２のしきい値よりも小さいことを検出したことに応答してスイッチをＯＦＦ状態に非活性化する、請求項１に記載の電力システム。
【請求項６】
前記第１のしきい値および第２のしきい値は、実質的に等しい、請求項５に記載の電力システム。
【請求項７】
電力システムはさらに、各電力発生器モジュールの出力端子間に配されたダイオードを含み、前記スイッチを過電圧状態による損傷から保護する、請求項１に記載の電力システム。
【請求項８】
前記ダイオードは、前記スイッチがＯＦＦ状態にセットされているとき、バイパスダイオードとして働き、過剰温度および低電圧の制御がストリング電流を遮断することなく各電力発生器モジュールの制御回路の電力損失を制限することを可能にする、請求項７に記載の電力システム。
【請求項９】
前記感知素子は、遠隔の信号発生器により電力ラインに注入された電流の存在を検出するトランス装置である、請求項１に記載の電力システム。
【請求項１０】
ストリングを介しての電流は、次のものからなるグループからの少なくとも１つの状態に応答して減少する：
ストリングの出力電圧を短絡すること；
制御信号の発生を終了すること；
障害状態に応答して遠隔の信号発生器をディスエイブルすること；
電力ライン切断スイッチを開くこと；
電力発生器モジュールをストリングから物理的に切断すること；および
電力発生器モジュールと負荷の間に配されたヒューズ装置または回路遮断器を開くこと、
である請求項１に記載の電力システム。
【請求項１１】
各電力発生器モジュールの前記コントローラおよび関連された制御回路は、各電力発生器モジュールの電力ソースにより発生された電力により電力供給される、請求項１に記載の電力システム。
【請求項１２】
前記スイッチは、トランジスタである、請求項１に記載の電力システム。
【請求項１３】
前記スイッチは、電気機械式のリレー装置である、請求項１に記載の電力システム。
【請求項１４】
各電力発生器モジュールは、温度センサ回路を含み、前記コントローラは、各電力発生器モジュールに関連する温度がしきい値を超えることを検出したことに応答してスイッチをターンオフする、請求項２に記載の電力システム。
【請求項１５】
各電力発生器モジュールは、電圧レベルセンサを含み、各電力発生器モジュールにより生成された電圧が低電圧のしきい値よりも小さいことを検出したことに応答して前記スイッチをオフ状態に制御する、請求項２に記載の電力システム。
【請求項１６】
各電力発生器モジュールのアレイの並列アークの発生は、アレイ電圧を減少させ、これによりモジュールを出力アレイから切断し、かつ障害に供給され得る電力を減らす、請求項１０に記載の電力システム。
【請求項１７】
遠隔の信号発生器は、生き続ける（キープアライブ）信号のような制御信号を生成する、請求項１に記載の電力システム。
【請求項１８】
制御信号を発生し、
電力ライン上に前記制御信号を伝送し、多数の電力発生器モジュールの直列接続内の多数の電力発生器モジュールの各々を活性化し、
直列に接続された活性化された電力発生器モジュールから電力ライン上で電力を受け取る、方法。
【請求項１９】
前記制御信号を発生することは、電力ライン上にＡＣ信号としての制御信号を発生することを含み、
前記電力ライン上で電力を受け取ることは、負荷に電力を供給するために、活性化された電力発生器モジュールの直列接続により生成された実質的にＤＣ電圧を受け取ることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
方法はさらに、
多数の電力発生器モジュールの直列接続内の各電力発生器モジュールの各々を非活性化するため、電力ライン上の制御信号の伝送を切断することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
電力ライン上で制御信号を伝送することは、電力発生器モジュールを実質的に同時の活性化させ、出力電圧を生成させる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
多数の電力発生器モジュールの直列接続内に配置される電力発生器モジュールであって、直列接続の各電力発生器モジュールは、
アノード電力端子と、
カソード電力端子と、
ダイオード装置とを有し、ダイオード装置のアノードが電気的な通路を介して各電力発生器モジュールの前記カソード電力端子に結合され、ダイオード装置のカソードが電気的な通路を介して電力発生器モジュールの前記アノード電力端子に結合される、電力発生器モジュール。
【請求項２３】
電力発生器モジュールはさらに、
各電力発生器モジュール内の電力を発生する電力ソースと直列に配置されたスイッチを含み、前記スイッチは、各電力発生器モジュールのアノード電力端子とカソード電力端子間に前記電力ソースにより生成された電力の印加を制御する、請求項２２に記載の電力発生器モジュール。
【請求項２４】
前記スイッチは、固有のダイオードを含む電界効果トランジスタであり、前記固有のダイオードの順方向バイアスは、前記アノード電力端子から前記電力ソースを介して前記カソード電力端子への電流の流れを支持する、請求項２３に記載の電力発生器モジュール。
【請求項２５】
電力ソースと直列に配置されたスイッチの組合せは、前記ダイオード装置と実質的に平行に配置される、請求項２４に記載の電力発生器モジュール。
【請求項２６】
電力発生器モジュールはさらに、
アノード電力端子とカソード電力端子が接続された電力ライン上で受け取られる通信信号を監視するためのセンサ素子と、
前記通信信号に基づきスイッチの状態を制御する制御回路とを含む、請求項２３に記載の電力発生器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年５月３１日に提出された、“光起電性モジュールラッチ”の先の米国仮特許出願番号第６１／４９１，３５９号に関し、かつその出願の利益を主張し、また、その全体の教示は、参照することによってここに含まれる。
【０００２】
本出願はまた、２０１１年１２月２２日に提出された先願である“光起電性モジュールラッチの切断”の先の米国仮特許出願第６１／５７９，４３７号に関し、かつその出願の利益を主張し、また、その全体の教示は、参照することによってここに含まれる。
【背景技術】
【０００３】
従来の光電池（ＰＶ）の電力システムは、いくつかのタイプについての電力を生成するものである。例えば、ある従来のアプリケーションでは、ソーラーアレイによって発生される電力は、バッテリーの充電に使用することができ、日中以外の間に電力が利用可能になる。
【０００４】
図１は、インバータまたは充電器負荷１１０を駆動する、典型的な光電池アレイ１０５（例えば、複数の光電池装置１３５が直列に接続される）を例示する図である。光起電性モジュール１３５は、直流５０ボルトで１０アンペアまて発生することができる。
【０００５】
図に示すように、光起電性モジュール１３５は、直列に接続することができ、生成される直流電圧を上昇させる。あるケースでは、ＰＶモジュールのストリングにより生成される電圧は、もし、ストリングが直列に接続された非常に多くのモジュールを含む場合に、１０００Ｖｄｃより大きいオーダーとなり得る。
【０００６】
ＰＶモジュールの並列ストリングは、２００アンペア以上に全体の直流電流を増加させることができる。従って、光電池電力システムにより提供された電力の遠隔の切断および再接続は、典型的には負荷により接近して、マニュアルまたは自動システムのシャットダウンを可能にするために安全機能であることが望ましい。
【０００７】
あるケースでは、ストリング中の障害は、他のストリングからの過剰な逆電流を生じさせ得る。それ故、各ストリングは、それ自身のヒューズまたはブレーカーを必要とするかもしれない。
【０００８】
図１は、インバータや充電器のような負荷１１０に典型的に見られる入力キャパシタンスを表すキャパシタ１１４を含むことに留意すべきである。ＰＶモジュールアレイ１０５の負側の端子（−）とアースグランド１１６との間のヒューズ１１５（またはブレーカー）は、ＰＶアレイ１０５とアースグランド１１６との間の電流の消去を助ける。避雷器装置１１８は、アースグランド１１６への過度な電圧のシャントによる落雷（電撃）からの損傷に対してＰＶアレイ１０５の保護を助ける。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電力システムは、ＤＣスイッチ１２０を含むことができ、負荷（例えば、インバータ／充電器１１０）をＰＶアレイ１０５から切断する能力を提供する。しかしながら、負荷１１０近傍での光起電性の電力の切断および再接続は、電流と電圧の双方のレベルがＰＶモジュールシステムとＤＣスイッチ１２０間で安全であることを保証せず、従って、消防士のような緊急の人やＰＶシステムのメンテナンスをする人に対して潜在的な危険を意味する。
【００１０】
従来のアプリケーションとは対照的に、本実施例は、ユーザーが独自に電力システムの接続性を制御することを可能にする。例えば、直列に接続された多数の電力発生器モジュール（例えば、電力供給、光起電性電力発生リソースなど）の対応するストリングにおける各電力発生器モジュールは、各制御回路を含む。制御回路は、電力発生器モジュールのスイッチを駆動するコントローラを含むことができる。各電力発生器モジュールは、電力発生器モジュールの電力発生器リソース（例えば、多数のＰＶセルのような電力源）が太陽光に露出されたとき、電圧が生成される出力端子を含む。電力発生器モジュールは、直列接続において選択的に活性化されることができ、インバータ、オプティマイザーあるいは充電器等のような外部負荷に電力を供給するために使用される電圧を生成する。
【００１１】
さらなる実施例に従い、遠隔のリソースは、ストリングの電力発生器モジュールの接続性を制御するように構成し得る。例えば、各電力発生器モジュールは、制御信号発生器からの通信信号の存在を監視する電流感知回路を含むことができる。より具体的には、各ＰＶモジュールは、電力ライン上で伝送された、遠隔で発生されたキープアライブ信号（すなわち、活性信号）の存在を監視することができ、当該電力ラインは、各電力発生器モジュールによって電力を外部の負荷に搬送するために使用される。もし、遠隔のリソースにより発生されるような、キープアライブ信号が電力ライン上に存在するならば、各電力発生器モジュールの制御回路は、スイッチをオン状態に活性化し（または、各ＰＶモジュールを活性化し続ける）、各活性化された電力発生器モジュールは、直列のストリング内で他の１つもしくはそれ以上の活性化された電力発生器モジュールと直列に接続される。ある実施例では、もし、時間切れ期間内にキープアライブ信号が検出されない場合には、各電力発生器モジュールは、各電力発生器モジュールを非活性化する。
【００１２】
ストリングの各電力発生器モジュールは、その出力端子間に実質的に配置されたバイパスキャパシタを含むことができる。ストリング中の１つもしくはそれ以上の電力発生器モジュールを制御するための制御信号は、電力ライン上で電力発生器モジュールの各々に伝送されるＡＣ(交流)タイプの信号（例えば、サイン波、擬似サイン波、のこぎり歯状パルス、矩形状パルスなど）であることができ、ストリング中の電力発生器モジュールの各々をＯＮ状態にする。キャパシタは、ＡＣ制御信号を通過させるがＤＣ信号を遮断するため、電力発生器モジュールのバイパスキャパシタは、低インピーダンス通路を提供し、直列接続における下流の別の電力発生器モジュールへの通信信号の搬送を可能にする。こうして、各ストリングの多数の電力発生器モジュールの各々は、通信信号を受け取ることができる。
【００１３】
本実施例はさらに、電力発生器モジュールの端子間に配置されたダイオード（別名、循環するダイオード、フリーホイーリングダイオード、モジュールレベルバイパスダイオード）を含み、各電力発生器モジュールに配置された直列制御スイッチ（例えば、低コストスイッチ）のために、より低い電圧のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）またはリレーの使用を可能にする。ある実施例では、電界効果トランジスタの固有のダイオードはまた、バイパスダイオードとして働くことができ、これは、直列スイッチが切断されたときにストリング電流を導通させ、電力発生器モジュールの端子間のより低い電圧のダイオードの使用を可能にする。
【００１４】
ここで実施されるような、過度の温度および／または低電圧（under-voltage）の保護はまた、より高いＦＥＴのオン抵抗またはリレーの接点抵抗から生じる過度の電力損失を減少させることができる。例えば、ある実施例では、各電力発生器モジュールの低電圧の保護は、アレイやストリングの電力ラインを一緒に短絡するアーク障害またはグランド障害のようなトランジエント状態があるとき、低電圧の保護がストリングの各電力発生器モジュールの各スイッチをターンオフさせ、その結果、トランジエント状態に供給される利用可能な電力を減らす、という追加のシステムの利点を提供する。
【００１５】
さらなる実施例に従い、外部の負荷（例えば、電力変換器、充電器など）により発生されるスイッチングノイズは、電力ライン信号の除去に関連して減少されまたは削減されることが可能である。これは、ノイズが、簡単な連続的な“キープアライブ”信号として不注意に解釈され得るためである。ここで説明されるような、簡単な連続的な“キープアライブ”信号発生器は、信号を復調もしくはデコードする必要がない、各電力発生器モジュールの低コストな制御回路を促進する。
【００１６】
さらなる実施例では、モジュールレベル制御装置は、緊急もしくはメンテナンスの人間により遠隔切断スイッチの手動もしくは自動の活性化に応答して、あるいは、アーク障害やグランド障害の検出器、あるいは負荷（インバータ、オプティマイザー、充電器）の制御との調整を介して自動的な活性化に応答して、電力ライン信号発生器をターンオフすることにより、各電力ソースをストリングまたは電力発生器モジュールから切断する手段を提供する。さらに、キープアライブ制御信号は、ＰＶ電力ライン接続を開き、および／または電力ライン間を短絡する、キープアライブ信号発生器に対する電力の損失に応答して終了され得る。
【００１７】
これらのおよび他の実施例の変形は、以下により詳細に説明される。
【００１８】
上記したように、ここでの実施例は、１つもしくはそれ以上のコンピュータ化された装置、ハードウエア処理装置、アッセンブラなどの構成を含むことができ、ここに開示されたすべてのまたはいずれかの方法動作を実施する。言い換えれば、１つもしくはそれ以上のコンピュータ化された装置、プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、アッセンブラなどは、プログラム可能であり、かつ／またはここに説明されるような方法を実施するように構成される。
【００１９】
さらに、ここでは種々の特徴、技術、構成などが本開示の種々の場所で説明されるけれども、各概念は、互いに独立に実行することができ、または互いに組み合わされて実行することができることを意図している。従って、ここに記載される１つもしくはそれ以上の発明、実施例は、種々の方法によって具現化され、考えられる。
【００２０】
また、本実施例の予備的な説明は、本開示または請求される発明のすべての実施例を特定するものではないし、追加の新規な態様を特定するものではないことに留意すべきである。その代わり、ここでの簡単な記載は、概略的な実施例および従来技術に対して対応する新規な点を提示するにすぎない。発明の追加の詳細および／または可能な展望（置換）のために、読者は、後述されるように、本開示の詳細な説明の部分と対応する図面に向けられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来の技術によるＰＶアレイの図の例である。
【図２】図２は、本実施例による、直列の多数の電力発生器モジュールを含む電力システムを例示する図である。
【図３】図３は、本実施例による、電力発生器モジュールを例示する図である。
【図４】図４は、本実施例による、電力システムがトランジエントを経験する位置を例示する図である。
【図５】図５は、本実施例による、電力システムがトランジエントを経験する位置を例示する図である。
【図６】図６は、本実施例による、電力システムがトランジエントを経験する位置を例示する図である。
【図７】図７は、本実施例による、キープアライブ回路を例示する図である。
【図８】図８は、本実施例による、電力発生器モジュールを例示する図である。
【図９】図９は、本実施例による、直列のスイッチと制御回路のさらなる詳細を例示する図である。
【図１０】図１０は、本実施例による、均一な放射照度の多数のレベルについての、電力発生器モジュール電流対電力発生器モジュール電圧の例を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施例による、電力発生器モジュールのラッチされたタイプを例示する図である。
【図１２】図１２は、本実施例による、電力発生器モジュールのラッチされたタイプを例示する図である。
【図１３】図１３は、本実施例による、電力発生器モジュールのラッチされたタイプを例示する図である。
【図１４】図１４は、本実施例による、電力発生器モジュールのラッチされたタイプを例示する図である。  本発明の上述するおよび他の目的、特徴、および効果は、以下の好ましい実施例のより詳細な記載から添付する図面に例示されるように明らかであり、図中、同一の部分には同様の参照符号が付される。図面は、必ずしもスケール通りではなく、その代わりに実施例、原理、概念を例示するよう強調される。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上記したように、本実施例は、従来の電力発生システムとはかけ離れるものである。
【００２３】
より具体的には、図２は、本実施例による、選択的に活性化された電力発生器モジュールの直列接続の制御を例示する図である。
【００２４】
図に示されるように、電力システム１００は、少なくとも１つの電力発生器モジュール２２０（例えば、電力発生器モジュール２２０−１、電力発生器モジュール２２０−２．．．電力発生器モジュール２２０−Ｎ）、制御信号発生器２４０、および負荷２３０を含む。
【００２５】
電力システム１００は、電圧２６０の生成と並行して、電力発生器モジュール２２０のあらゆる適切な数のストリングを含むことができることに留意すべきである。
【００２６】
その名前が示すように、制御信号発生器２４０は、１つもしくはそれ以上の制御信号２４０−Ｓを発生し、電力発生器モジュール２２０を制御する。
【００２７】
より具体的に、ある実施例では、制御信号発生器２４０は、電力発生器モジュール２２０に関する機能性を制御するため、制御信号２４０−Ｓを生成する。例えば、制御信号発生器２４０は、電力ライン２５０上で電力発生器モジュール２２０に制御信号２４０−Ｓを伝送する。ストリング中の電力発生器モジュール２２０の各々は、制御信号２４０−Ｓを受け取る。電力発生器モジュール２２０は、制御信号２４０−Ｓを受け取り、受け取った制御信号２４０−Ｓに従う各機能を実行する。
【００２８】
ある実施例では、制御信号発生器２４０は、１つもしくはそれ以上の制御信号２４０−Ｓを発生し、ストリング内の電力発生器モジュール２２０の各々を活性化させる。ある実施例では、活性化された電力発生器モジュール２２０の直列接続は、負荷２３０に電力を供給するのに使用される電圧を生成する。
【００２９】
ストリング内の電力発生器モジュール２２０の各々は、図に示されるように電力ライン２５０に直列に接続されたアノード（＋）とカソード（−）を含む。活性化されたとき、電力発生器モジュール２２０の各々は、アノード端子（＋）とカソード端子（−）間に各電圧を発生する。ストリング内の電力発生器モジュール２２０は、活性化されたとき、図に示されるように直列に接続されるため、障害がなくかつ各電力発生器モジュールが電圧を発生すると仮定すると、電力発生器モジュール２２０のストリングによって生成される出力電圧２６０は、各電力発生器モジュールによって生成される個々の出力電圧の合計である。電力発生器モジュールのストリングは、出力電圧２６０にストリング電流を生成する。
【００３０】
こうして、制御信号発生器２４０に従い、電力発生器モジュール２２０のストリングは、制御可能に直列に接続され、発生された電力２２０−Ｐを各電力ライン２５０上で電力発生器モジュールを介して負荷２３０に搬送する。
【００３１】
制御信号発生器２４０は、制御信号２４０−Ｓ（これは、１つもしくはそれ以上の制御信号を含む）を生成することを中断したり、あるいは、電力発生器モジュールを非活性化するために電力発生器モジュール２２０に連絡を送ることができることに留意すべきである。このような例では、電力発生器モジュール２２０はターンオフし、負荷２３０を駆動するのに使用される電圧２６０をもはや生成されない。
【００３２】
限定されない例によって、活性化された電力発生器モジュール２２０のストリングによって生成された電圧２６０は、実質的にＤＣ電圧であり得る。
【００３３】
制御信号２４０−Ｓは、あらゆる適切なタイプの信号であることができる。例えば、ある実施例では、制御信号２４０−Ｓは、電圧２６０に重畳されるＡＣ信号であり得る。このような例では、電力発生器モジュール２２０は、各電力発生器モジュールが端子間に出力電圧を生成するために活性化されるべきか否かを決定する根拠として、ＡＣ信号（例えば、制御信号２４０−Ｓ）を使用する。
【００３４】
本実施例では、負荷２３０は、あらゆる適切なタイプのリソース（例えば、インバータ、充電器、その他）であることができ、それは、電力発生器モジュール２２０によって生成された電力２２０−Ｐを出力電力２８０に変換し、条件付け等をする。
【００３５】
出力電力２８０は、次に所望の機能を実行するために出力電力２８０を消費する負荷に電力を供給するために使用される。負荷２３０は、電圧２６０を１２０ボルトのＡＣ信号に変換するように構成され得る。
【００３６】
図３は、本実施例による、１つもしくはそれ以上の電力発生器モジュールに関連する、より具体的な機能性を例示する図である。電力発生器モジュール２２０の各々は、以下に述べるものと類似の方法で動作され得ることに留意すべきである。
【００３７】
ここに述べられるように、スイッチ３５０をオン状態に活性化することは、適切な信号で、各電力ソース（源）３４０と各カソード電力端子３６０−２との間に低いインピーダンスパス（通路）を生成するスイッチ３５０を駆動することを意味する。この場合、スイッチ３５０は、閉じられる。
【００３８】
スイッチ３５０をオフ状態に非活性化することは、適切な信号で、電力ソース３４０とカソード電力端子３６０−２との間に高いインピーダンスパスを生成するスイッチ３５０を駆動することを意味する。この場合、スイッチ３５０は開かれる。
【００３９】
図に示されるように、電力発生器モジュール２２０−２は、コントローラ３２０、センサ素子３３０、電力ソース３４０、スイッチ３５０、キャパシタ３７１、バイパスダイオード３７２、およびブリード抵抗３７３を含む。
【００４０】
電力ソース３４０は、あらゆる適切なタイプのリソースであることができ、例えば、各ＤＣ電圧で出力電流を集合的に発生する多重ソーラセルを含むＰＶパネルであることができる。ＰＶパネルは、太陽から受け取ったソーラエネルギー（すなわち、光エネルギー）を電気エネルギーに変換するように構成され得る。ある実施例では、電力発生器モジュール２２０は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する、いわゆる光起電性（ＰＶ）のタイプのモジュールである。
【００４１】
電力発生器モジュール２２０の各々に配置されたスイッチ３５０は、電界効果トランジスタ、電気−機械式リレーなどのようなあらゆる適切なタイプのリソースであることができる。
【００４２】
ある実施例では、コントローラ３２０は、離れて位置された制御信号発生器２４０により発生されるような、電力ライン２５０上で受け取られた制御信号２４０−Ｓの存在を監視する。コントローラ３２０は、センサ素子３３０からの入力を受け取ることによって、このような状態を検出する。センサ素子３３０からの入力に基づき、コントローラ３２０は、電力発生器モジュール２２０−２を制御する方法を示す、制御信号発生器２４０からの通信を受け取る。
【００４３】
従って、コントローラ３２０によって受け取られた制御信号２４０−Ｓに基づき、コントローラ３２０は、スイッチ３５０の状態を制御する。例えば、スイッチ３５０は、電力発生器モジュール２２０の直列接続において、各電力発生器モジュール２２０−２を選択的に活性化する。
【００４４】
より具体的には、ある限定されない実施例では、もし、センサ素子３３０が各スイッチ３５０を活性化することを示す制御信号２４０−Ｓを受け取ると、コントローラ３２０は、センサ素子３３０から入力を受け取り、かつ検出された制御信号２４０−Ｓに従いスイッチ３５０をオン状態にする内部制御信号を発生する。ある実施例では、もし、センサ素子３３０が各スイッチ３５０を活性化することを示す制御信号２４０−Ｓの存在を検出しないならば、制御信号発生器２４０から受け取った従前の活性化制御信号の受け取りからのタイムアウト後に、コントローラ３２０は、スイッチ３５０のオフ状態への非活性化を開始する。
【００４５】
こうして、ある実施例に従い、制御信号２４０−Ｓは、生き続ける信号（キープアライブ信号：keep-alive signal）であり得る。電力発生器モジュール２２０−２は、制御信号発生器２４０によって発生されるような生き続ける信号を周期的にまたは継続的に検出する限り、コントローラ３２０は、スイッチをオン状態に活性化する。コントローラ３２０は、制御信号２４０−Ｓの存在を検出しなくなると、スイッチ３５０をオフ状態に非活性化する。
【００４６】
センサ素子３３０は、低インピーダンス感知素子のような、あらゆる適切なタイプのリソースであることができることに留意すべきである。例えば、低インピーダンス感知素子は、アノード電力端子３６０−１と電力ソース３４０との間に延在する電気的な通路内に直列に配置され、電力ラインの低インピーダンス通路に沿って電流が流れることを可能にし、電力ソース３４０によって生成された出力電圧にほとんど影響を及ぼさない。
【００４７】
センサ素子３３０は、制御信号２４０−Ｓの存在を検出する電流または電圧センサ装置のような、あらゆる適切なタイプのリソースであることができる。
【００４８】
ある限定されない実施例では、センサ素子３３０は、トランス装置であり、トランスの１次巻線がアノード電力端子３６０−１と電力ソース３４０の間に直列に接続される。コントローラ３２０は、トランスの２次巻線を監視する。この場合、トランスの２次巻線は、制御信号発生器２４０により生成されたＡＣ信号をコントローラ３２０へ伝える。コントローラ３２０は、信号を処理し、受け取った信号が有効な生き続ける信号かノイズであるか否かを決定することができる。電力ソース３４０は、ＤＣの電流または電圧を生成することができる。トランスの１次巻線を介してのＤＣ電流は、２次巻線に電圧を生成しない。従って、センサ素子３３０は、ＡＣ感知素子であることができ、電力信号のＤＣ成分が電力ライン２５０上で負荷２３０に搬送されることを可能にする。
【００４９】
通路内に直列に配置されることへの代わりとして、センサ素子３３０は、キャパシタであることができる点に留意すべきである。アノード電力端子３６０−１は、電力ソース３４０に直接的に結合されることができる。センサ素子３３０の一方の端部は、アノード電力端子ノード３６０−１に結合され、キャパシタの他端がコントローラ３２０の感知回路に結合されることができ、感知回路は、制御信号発生器２４０によって生成された少なくとも時々のＡＣ信号の存在（または欠如）を検出する。こうして、センサ素子３３０は、制御信号２４０−Ｓの存在を検出するべく電圧感知能力を提供することができる。
【００５０】
直列のまたはストリングの電力発生器モジュールの各々にバイパスキャパシタ３７１を包めることは、ストリングの各電力発生器モジュールが制御信号発生器２４０によって発生された制御信号２４０−Ｓの少なくとも一部を受け取ることを保証する。例えば、ストリングの各電力発生器モジュールの各キャパシタ３７１は、複数の電力発生器モジュール２２０の直列接続の一部を形成する。電力発生器モジュールのキャパシタ３７１は、電力発生器モジュール２２０の各々が実質的に同時に少なくとも制御信号２４０−Ｓの一部を受け取るように、電圧分割器として働く（かつＡＣ電流がストリングを通過することを可能にする）。こうして、電力発生器モジュール２２０の各々は、各電力発生器モジュール２２０の出力端子（例えば、端子３６０−１と端子３６０−２）間に配置されたキャパシタ３７１を含むことができ、電力ライン２５０上の制御信号２４０−Ｓを搬送する。
【００５１】
ストリングの電力発生器モジュール２２０が最初にすべてディスエーブルまたは非活性化されていると仮定すると、電力ライン２５０上の制御信号２４０−Ｓの伝送は、コントローラ３２０の各々に、電力発生器モジュール２２０の実質的に同時の活性化を開始させ（例えば、各スイッチ３５０をターンオンさせ）、出力電圧２６０を生成させる。言い換えれば、制御信号２４０、または制御信号２４０の不在は、電力発生器モジュール２２０−２の同時の制御に余裕があり、なぜなら、電力発生器モジュールの各々は、そのような信号を実質的に同時に受け取るためである。
【００５２】
こうして、制御信号発生器２４０は、制御信号２４０−Ｓを発生するように構成され得る。制御信号発生器２４０は、直列接続の複数の電力発生器モジュール２２０の各々を活性化するように電力ライン２５０上で制御信号２４０−Ｓを伝送する。負荷２３０は、直列に接続され活性化された電力発生器モジュール２２０から電力ライン２５０上で電力を受け取る。上記したように、制御信号は、ＡＣ信号であることができる。電力ライン２５０上で受け取った電力は、同時に活性化された複数の電力発生器モジュール２２０の直列接続により生成された実質的に直流電圧および／または直流電流であることができる。
【００５３】
ある実施例では、上記したように、制御信号発生器２４０はさらに、複数の電力発生器モジュール２２０の直列接続において各電力発生器モジュールを非活性化するために、電力ライン２５０上で制御信号２４０−Ｓの伝送を中断するように構成され得る。
【００５４】
上記したように、センサ素子３２０は、電流を検出するように構成され得る。制御信号発生器２４０は、電流のパルスとして制御信号２４０−Ｓを発生する。上記したように、各電力発生器モジュール２２０のコントローラ３２０は、信号を受け取り、それに応じてスイッチ３５０を制御する。さらなる実施例に従い、コントローラ３２０は、センサ素子３３０からの入力を１つ若しくはそれ以上のしきい値（例えば、第1のしきい値、第２のしきい値など）と比較する。コントローラ３２０は、センサ素子３３０により感知された電流が第１のしきい値よりも大きいことを検出したことに応答して、スイッチ３５０をオン状態に活性化する。コントローラ３２０は、センサ素子３３０により感知された電流が第２のしきい値よりも小さいことが検出されたことに応答して、スイッチ３５０をオフ状態に非活性化する。実施例によって、第１のしきい値は、第２のしきい値よりもその大きさが大きいものであることができる。代替的に、第１のしきい値および第２のしきい値は、実質的に等しいものであることができる。
【００５５】
電力ライン２５０は、ノイズに対して敏感であり得る。例えば、負荷２３０は、電圧２６０を出力電力２８０に変換するべくスイッチングを実行し得る。このような実施例では、制御信号発生器２４０および負荷の動作は、電力ライン２５０上に与えられたノイズが電力発生器モジュール２２０の制御に影響を及ぼさないように、制御されおよび／または同期され得る。
【００５６】
より具体的な実施例として、制御信号発生器２４０（すなわち、遠隔の信号発生器）は、上記したように、生き続ける信号として制御信号２４０−Ｓを生成するように構成され得る。制御信号発生器２４０はまた、負荷を遮断する信号も提供することができ、これにより、各電力発生器モジュールのコントローラ３２０によってキープアライブ信号として解釈され得る負荷２３０に関連するスイッチングノイズを遮断する。
【００５７】
各電力発生器モジュール２２０のダイオード３７２は、もし、各スイッチ３５０が活性化されていないならば、各電力発生器モジュールがバイアスモードで動作することを可能にする。バイパスモード（例えば、スイッチ３５０の非活性化の間）は、たとえ電力発生器モジュールがオフ状態であるとしても、各電力発生器モジュール２２０が電流および／または電圧の信号が通過することを可能にする。
【００５８】
例えば、電力発生器モジュール２２０−２のコントローラ３２０が制御信号２４０−Ｓの受け取りに応答してスイッチ３５０をオンすることに失敗し、しかし、直列の他の上流または下流の電力発生器モジュールが制御信号２４０−Ｓの受け取りに基づき活性化されるようになることの理由について推定する。この場合、電力発生器モジュール２２０−２のスイッチ３５０が非活性化（オフ）されるので、電力発生器モジュール２２０−２は、出力電圧２６０を生成することに寄与しない。しかしながら、他の活性化された電力発生器モジュールの各々は、直列の接続性により、出力電圧２６０の発生に寄与する。出力電圧２６０の大きさは、電力発生器モジュール２２０−２が活性化された場合よりも小さい。すなわち、限定されない例によって、もし、各活性化された電力発生器モジュールがＸボルトを与え、かつストリングの（Ｎ−１）の可能な電力発生器モジュールだけが活性化されるならば、出力電圧２６０またはストリングは、実質的に（Ｎ−１）Ｘである。もし、電力発生器モジュール２２０−２を含む、すべての電力発生器モジュールが活性化されるならば、出力電圧２６０は、実質的に（Ｎ）Ｘの大きさであろう。
【００５９】
ある実施例では、制御信号発生器２４０が制御信号２４０−Ｓの発生を中断するとき、コントローラ３２０は、各スイッチ３５０をオフ状態にセットすることができ、各電力発生器モジュール２２０−２をバイパスモードで動作させる。言い換えれば、各電力発生器モジュールは、制御信号２４０−Ｓの存在を検出がないときにバイパスモードで動作することができる。
【００６０】
さらなる他の実施例に従い、各電力発生器モジュール２２０−２の出力端子３６０−１、３６０−２間に配置されたダイオード３７２は、スイッチを過度の電圧状態による損傷から保護し、これにより、スイッチ３５０におけるバイパスダイオードの電力損失を制限することに留意すべきである。その結果、スイッチ３５０は、損傷を受けることに対しほとんど敏感でなくなる。
【００６１】
さらに、電力発生器モジュール２２０の端子間に配されたダイオード３７２は、より低い電圧ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のような各スイッチ３５０の使用、あるいは各電力発生器モジュールに配される直列制御スイッチ（例えば、低コストスイッチ）のリレーの使用を可能にする。スイッチ３５０が電界効果トランジスタであるとき、電界効果トランジスタの固有のダイオードもまた、バイパスダイオードとして働くことができる。すなわち、スイッチ３５０の固有のダイオードは、直列スイッチが遮断されたとき、ストリング電流を導通することができ、こうして、ダイオード３７２の過度電圧保護を容易にする。
【００６２】
さらに後述するように、過度な温度および低電圧（under-voltage）の保護（例えば、コントローラ３２０は、電力ソース３４０により生成された、レギュレートされた電圧を監視することができ、制御回路または関連する回路に電力を供給するために発生された電圧が低すぎる場合には、スイッチ３５０をオフに閉じることができる）はまた、より高いＦＥＴオン抵抗またはリレー接触抵抗から生じる、過度の電力損失を減少することができる。この低電圧の保護は、さらなるシステムの長所を提供し、つまり、アレイまたはストリングの電力ラインと一緒にショートするアーク障害またはグランド障害のようなトランジエントがあるとき、低電圧の保護は、並列のストリングの各電力発生器モジュールの各スイッチ３５０を開き、こうして、アーク障害またはグランド障害に供給するための利用可能な電力を減少する。
【００６３】
こうして、さらなる実施例は、複数の電力発生器モジュールの直列接続内に配された電力発生器モジュールを含む。電力発生器モジュールの直列接続における各電力発生器モジュールは、次のものを含むことができる：アノード電力端子３６０−１；カソード電力端子３６０−２；ダイオード３７２（すなわち、ダイオード装置）。ダイオード３７２のアノード（＋）の端部は、低いインピーダンスの電気通路を介して、各電力発生器モジュールのカソード電力端子３６０−２に結合される。
【００６４】
上記したように、スイッチ３５０は、各電力を発生する電力ソース３４０と直列に配置される。スイッチ３５０は、各電力発生器モジュール２２０−２のアノード電力端子３６０−１とカソード電力端子３６０−２間の電力ソース３４０により生成された電力の適用を制御する。
【００６５】
スイッチ３５０は、固有のダイオードを有する電界効果トランジスタであることができる；固有のダイオードの順方向バイアスは、電力ソース３４０を介してアノード電力端子３６０−１からカソード電力端子３６０−２への電流の流れをサポートする。
【００６６】
図示するように、電力ソース３４０と直列のスイッチ３５０の組合せは、実質的に、ダイオード３７２と並列に配置され得る。各電力発生器モジュールのセンサ素子３３０は、アノード電力端子３６０−１とカソード電力端子３６０−２が直列構成に接続される電力ライン２５０上で受け取られた通信信号の存在を監視する。上述したように、コントローラ３２０（すなわち、制御回路）は、制御信号（すなわち、通信信号）に基づきスイッチ３５０の状態を制御する。
【００６７】
制御信号発生器２４０により生成されるような制御信号２４０−Ｓは、生き続けるタイプの信号を要としないことに留意すべきである。その代わり、制御信号発生器２４０により生成された制御信号は、制御信号を受け取る電力発生器モジュールが各機能を実行するようにエンコード（符号化）され得る。例えば、制御信号のあるタイプ（例えば、第１の符号化された通信）は、各スイッチ３５０を活性化するように電力発生器モジュールに伝送され得る。制御信号の別のタイプ（例えば、第２の符号化された通信）は、スイッチ３５０を非活性化するために伝送され得る。
【００６８】
さらなる実施例は、種々の電力発生器モジュールに対するコマンド（命令）をターゲット（標的）とすることを含む。例えば、各コマンドは、コマンドが電力発生器モジュールのストリングあるいはストリング中の特定の電力発生器モジュールに向けられるか否かを示すターゲットアドレス値とともに符号化され得る。コントローラ３２０は、受け取った信号をデコードするための適切な電力発生器能力を含むことができ、それが受け取っている電力発生器モジュールにアドレスされたか否かを決定する。もし、そうであるならば、コントローラ３２０は、制御信号発生器２４０から受け取った通信により意図されたコマンドをデコードすることができ、実行するべき機能が何であるかを決定する。
【００６９】
従って、電力発生器モジュール２２０は、種々のタイプのコマンドの発生により制御され得る。制御信号発生器２４０により発生されたコマンドは、種々の電力発生器モジュールに具体的にターゲットされ得る。
【００７０】
反対の方向では、さらなる実施例は、各電力発生器モジュール２２０から電力ライン２５０を介して制御信号発生器２４０（あるいは他の適切なメッセージ処理リソース）へ通信することを含む。各電力発生器モジュール２２０には、固有のアドレスを割り当てることができる。電力発生器モジュールは、メッセージ内に電力発生器モジュールのアドレスを含むことができ、その結果、メッセージを受け取る制御信号発生器は、メッセージを発生した電力発生器モジュール２２０がどれであるかを識別することができる。電力発生器モジュールからのメッセージは、電力ソース３４０の調子やその電力を発生する能力、電力発生器モジュールの電力ソースにより生成される電圧などのような状態情報を含むことができる。電力発生器モジュール２２０は、制御信号発生器に、ＡＣタイプの信号としてメッセージを伝送することができる。制御信号発生器２４０は、電力ライン上で、電力発生器モジュールから受け取られるメッセージの存在を監視するべき適切な回路を含むことができる。
【００７１】
さらなる実施例に従い、電力発生器モジュールは、メッセージ内に宛先アドレス（例えば、通信が向けられる電力発生器モジュールのアドレス）だけでなく、ソースアドレス（例えば、通信を伝送する電力発生器モジュールのアドレス）を包含することに基づき、互いに通信をするように構成され得る。
【００７２】
さらなる実施例によれば、図７は、各々がスイッチおよび制御回路を有するＰＶモジュールの並列ストリングを示している。より具体的には、各スイッチを含む複数のＰＶモジュールは、電圧２６０を生成するために並列に接続されることができる。
【００７３】
ある具体的な実施例では、“キープアライブ（生き続ける）”信号発生器７４０は、任意のアーク障害検出器７４１（ＡＦＤ）およびインバータ、オプティマイザー、充電器のような負荷２３０に対するＩ／Ｏとともに、電流トランス７５５を介して電力ライン７５０に結合される。
【００７４】
電力ライン７５０上に重畳される電流および／または電圧は、シャント、ホール効果センサ、フラックスゲート磁気センサなどを含む適切な技術により感知され得ることに留意すべきである。
【００７５】
“キープアライブ”信号発生器７４０は、従来の、ナローバンド、単一の周波数での単一方向の電力ライン通信発生器であることができ、周波数は、例えば、典型的に９ｈＨｚないし１４８ｋＨｚの間、または、国際的な標準により許可されるものであり得る。発生器７４０により生成された信号は、改良されたノイズの排除のため、振幅変調され、または周波数変調され、または位相変調され、符号化され得る。しかしながら、モジュールレベル切断（ＭＬＤ）回路はまた、要求される復調またはデコード機能の結果、より複雑でありコスト高であろう。
【００７６】
図７はまた、ＰＶモジュールレベル切断（ＭＬＤ）制御の手段として、負荷２３０からの入力７６０を示す。出力７６１はまた、負荷２３０からのスイッチングノイズを遮断しまたは減少させるために設けられる。そうしないと、スイッチングノイズは、上述したように電力発生器モジュールを非活性化することが望まれているときに、誤った“キープアライブ（生き続ける）”信号を生成することがある。また、負荷２３０からコントローラ７４０への出力信号は、“キープアライブ”信号を終了させるために使用され得る。
【００７７】
同図は、負荷２３０の近傍に配置されたＡＦＤ７４１を示しているが、ＡＦＤ７４１は、コンビナーボックス内またはその近傍にストリングレベルで配置され得る。また、単一の接合の電流トランス７５５はまたは、ＡＦＤ７４１のアーク信号検出のために使用され得る。
【００７８】
電流トランス７５５は、電力ライン７５０の正の端部に直列に示されているが、トランス７５５はまた、電力ライン７５０の負の端部に直列であることができ、あるいは電力ライン７５０の正と負の間にキャパシタ結合され得る。後者の場合、誘導性のチョークが正および／または負の電力ラインに使用されることができ、負荷２３０に対する入力キャパシタンスの短絡効果（shorting effect）を減少させる。
【００７９】
もし、ＡＦＤ７４１が図４、５、６に描画されるような直列または並列のトランジエントを検出するならば、ＡＦＤは、キープアライブ信号発生器７４０を遮断することにより各モジュールを遠隔的に切断することができる。ＡＦＤ７４１はまた、負荷２３０に出力を送ることができ、その入力のスイッチングを遮断させ、こうして、誤ったキープアライブ信号の潜在的な源を除去する。
【００８０】
電力発生器モジュールの直列接続は、ストリングやアレイ接続を開くこと（オープン）、ストリングやアレイ中で開くヒューズやブレーカー、電力ライン間の短絡により、切断することができる。
【００８１】
図８は、本実施例によるＰＶモジュールの各々に取り付けられた直列のスイッチと制御回路を示す。
【００８２】
本実施例では、直列のスイッチ３５０−１と電力ソース３４０は、出力電流“Ｉｏ”と出力電圧“Ｖｏ”を供給する端子３６０−１、３６０−２間に出力を形成する。制御回路３２０−１は、“キープアライブ”信号の存在を監視する電流感知素子３３０−１からの入力を含む。オーバー電圧クランプ装置８１０は、制御回路３２０−１に対する損傷を防止し、負荷抵抗８１２は、電流感知素子３３０−１からの主巻線電流を、２次電圧に変換する。上記したように、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３５０−１は、他の適切なリソースに置き換えることができ、例えば、電気機械式リレーに置換することができ、当該リレーは、ＦＥＴゲートを置換するリレーコイル、ＦＥＴドレインおよびソースを置換するリレーコンタクトを有する。
【００８３】
物理的なリレーの使用には、幾つかの周知の問題が存在する。コンタクト寿命は、特により高い電圧および電流でのスイッチングにより引き起こされるコンタクトの腐食により制限される。コンタクトから生じる電力損失は、もし、汚染がコンタクト抵抗を増加させるならば、時間がたてば増加され得る。コンタクトは、もし、絶縁粒子またはフィルムがコンタクトの間にあるならば、クローズ（閉）に対する故障になり、また、コンタクトがともに溶着されるならば、オープン（開）に対する故障になる。コイルは、活性化されたとき、電力を消費させ、コンタクトが閉じられたときに消費される電力の実質的な端数（fraction）であることができ、その結果、装置の温度を上昇させ、ＰＶシステムのエネルギー効率を低下させる。さらに、このようなリレーのサイズとコストは、半導体のリレーを上回り、また、電気的および機械的な寿命は、半導体スイッチよりも大きく低下される。
【００８４】
他の構成部品は、バイパスキャパシタ３７１を含むことができ、ＰＶストリングを介してキープアライブ信号を導通させ、図１０に示されるように、各電力発生器モジュールの絶対的なまたはシャントインピーダンスは、信号を減衰させることができ、オフ状態のＦＥＴ３５０−１もまた、信号を減衰させる。オーバー電圧保護（ＯＶＰ）ダイオード３７２は、より低い電圧のＦＥＴ３５０−１の使用を可能にする。ブリード抵抗３７３は、キャパシタ３７１に残された電力ラインの電圧を放電する。
【００８５】
ＯＶＰダイオード３７２は、ＰＶモジュールと関連して動作し、ＦＥＴ３５０−１にかかる最大電圧を制限し、ＦＥＴ３５０−１の基板ダイオード（すなわち、固有のダイオード）は、ＰＶモジュールと関連して動作し、ＯＶＰダイオード３７２にかかる逆電圧を制限する。このような方法で、モジュールレベル切断（ＭＬＤ）ＦＥＴ３５０−１およびＯＶＰダイオード３７２は、ＦＥＴ３５０−１およびＯＶＰダイオード３７２のコストを増加させるであろう非常に高いストリングおよびアレイの電圧（例えば、出力電圧２６０）ではなく、各電力ソース３４０（すなわち、ＰＶモジュール）に関連する連続的な電圧に耐えることのみを必要とされる。ＯＶＰダイオード３７２はまた、より低い電圧降下を有する“アクティブな”ダイオードであることができ、それゆえ、順方向バイアスされたとき、より低い電力消費となる。アクティブなダイオードは、順方向バイアスされたＦＥＴの基板ダイオード（例えば、ＦＥＴ３５０−１の固有のダイオード）よりも低い電圧降下を有するＦＥＴベースの装置であることができる。
【００８６】
また、ＰＶ電力モジュール（すなわち、電力ソース３４０）と多数のバイパスダイオード８６５が図８に示されている。バイパスダイオード８６５は、ストリングの他のモジュールよりも十分に低い放射照度の落下から生じるその部分の電流がバイパスされるべく、電力ソース３４０の部分（例えば、多数のＰＶソーラセル）がバイパスされることを可能にする機能を果たす。ＰＶモジュール接合ボックス８２０の電力消費は、これらの多くのバイパスダイオードが順方向バイアスにつれ、増加する。
【００８７】
接合ボックスまたは内部の構成部品の温度が非常に高くなるとき、直列のＦＥＴ３５０−１は、遮断するように構成されることができ、電力発生器モジュールの直列接続の一部からの各電力ソースになる。言い換えれば、もし、接合ボックス８２０またはその一部の温度がしきい値を超えることが検出されたなら、制御回路３２０−１は、スイッチ３５０−１をＯＦＦに遮断するように構成され得る。従って、制御回路３２０−１は、制御信号発生器２４０からのコマンドを無効にし、スイッチ３５０−１をＯＦＦ状態に非活性化する。上記したように、たとえ単一の電力発生器モジュール２２０がバイパスモードで動作されたとしても、直列の他の電力発生器モジュールは、たとえ低い電圧であっても、各出力電圧２６０を発生するように活性化され得る。電力発生器モジュールのスイッチ３５０−１をＯＦＦに遮断することは、その電力消費を低下させ、過大な熱による損傷からの予防を助ける。
【００８８】
図９は、各ＰＶモジュールに取り付けられた直列のスイッチと制御回路を示す。制御回路３２０−１は、電流感知素子３３０−１からの入力を含む。制御回路３２０−１は、バンドパスフィルタ、増幅器、ピーク検出器、コンパレータ、電圧レギュレータ等の１つもしくはそれ以上の適切な構成部品を含むことができる。
【００８９】
ある実施例では、制御回路３２０−１は、関連したバンドパスフィルタと時定数（例えば、１ミリ秒と１００ミリ秒の間）を有し、ノイズによる誤ったターンオンの感度を減少させるように、スイッチ３５０−１の開閉状態の変化を制御する。
【００９０】
図に示すように、各電力発生器モジュールは、電圧レギュレータ８１６を含むことができる。電圧レギュレータ８１６は、電力ソース３４０から電力を受け取ることができる。電圧レギュレータ８１６の出力は、電力発生器モジュールの制御回路３２０−１および他の関連する回路に電力を供給する。
【００９１】
ある実施例では、制御信号発生器２４０からのキープアライブ信号がしきい値よりも低下すると、制御回路３２０−１は、直列のＦＥＴ３５０−１をＯＦＦ状態に制御し、電力ソース３４０（例えば、ＰＶモジュール）をストリングから切断する。
【００９２】
上記したように、たとえもし、電力発生器モジュールがスイッチ３５０−１をターンオンするコマンドを受け取ったとしても、各電力発生器モジュールの他の制御回路ブロックは、もし、接合ボックス８２０の監視される部分、例えば、バイパスダイオード、制御回路３２０−１などの温度が安全な動作温度しきい値Ｔｔｈを超え、かつ、レギュレートされた電圧が制御回路３２０−１の動作に十分な電圧を提供せず、かつＦＥＴ３５０−１が低いスイッチ抵抗でのターンオンに十分な電圧を提供しないようなＰＶモジュール電圧が電圧しきい値Ｖｔｈ未満に降下すると、電力ソース３４０をストリングから切断するように構成され得る。
【００９３】
例えば、制御回路３２０−１は、もし、スイッチ３５０−１が十分に高いゲート電圧を用いてターンＯＮされることができないなら、スイッチ３５０−１をＯＦＦにするように構成され得る。もし、ゲート電圧が低すぎるなら、スイッチ３５０−１のオン抵抗は高くなり、スイッチ３５０−１の過度な熱消費が損傷をもたらすことになる。ＦＥＴスイッチ３５０−１が制御回路３２０−１により制御されてＯＦＦにされるとき、ＯＶＰダイオード３７２を介して端子電流Ｉｏが流れる。
【００９４】
各電力発生器モジュールは、温度センサ回路を含むことができる。制御回路３２０−１は、各電力発生器モジュールに関連する温度がしきい値よりも高くなることを検出したことに応答して、スイッチ３５０−１を活性化するコマンドを無効にする（すなわち、制御回路３２０−１は、スイッチ３５０−１をターンオフする）。
【００９５】
制御回路３２０−１は、温度が所定のしきい値未満に降下するか、または、モジュール電圧、Ｖｐｖ（例えば、各電力ソース３４０によって生成された出力電圧）が再び所定のしきい値よりも上昇するとき、電力ソース３４０をストリング中に直列に再接続する（スイッチ３５０−１を再び活性化することにより）。直列の各電力発生器モジュールの再接続または再活性化はさらに、時間遅延とある公称のしきい値ヒステリシスにより制御されることができ、急激なＦＥＴスイッチ３５０−１またはリレースイッチの振動を抑制する。従って、各電力発生器モジュールは、電圧レベルセンサ回路を含むことができ、各電力発生器モジュールに電力を供給するための電圧レギュレータ回路によって生成された電圧がアンダー電圧しきい値より小さいことが検出されたことに応答して、スイッチ３５０−１をＯＦＦ状態に制御する。
【００９６】
ここで説明された実施例の観点では、電力発生器モジュールの各ストリング中の電流の大きさは、１つもしくはそれ以上の次の状態に応答して減少し得る：ストリングの出力電圧２６０を短絡すること；制御信号２４０−Ｓの発生を終了すること；障害状態に応答して遠隔の信号発生器（例えば、制御信号発生器２４０）をディスエイブルすること；スイッチ３５０を開くこと；電力発生モジュールをストリングから物理的に切断すること；電力発生器モジュールと負荷２３０の間に配置されたヒューズ装置または回路ブレーカを開くこと。
【００９７】
個々の信号発生器は、もし、各ストリングが個々のインバータ、オプティマイザー、または充電器によって分離されるならば、個々のストリングを切断するために各ストリングに設けることができる。また、Ｎ型の電界効果トランジスタや図８、図９のスイッチ３５０−１のような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、別のタイプのトランジスタ、例えば、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）または絶縁ゲート方バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に置き換えることができ、さらに、エンハンスメントモードまたはデプリーションモードであることができる。
【００９８】
さらに、図７、８、９に記載されたいかなる装置または方法は、オプティマイザーやマイクロインバータのような他の機能と組み合わせることができ、オプティマイザーは、各ストリングが最大の電力点で動作したりするようにＤＣ−ＤＣ変換を調整し、マイクロインバータは、各モジュールが最大の電力点で動作するようにＤＣ−ＡＣ変換を調整する。装置はまた、各光起電性のモジュールに取り付けられたアーク障害検出器と組み合わせることができる。また、遠隔の電力ライン切断または短絡スイッチと組み合わされた遠隔のアーク障害またはグランド障害検出器は、ここに記載された装置または方法とともに使用することができる。さらに、簡単なアナログ回路のハードウエアが好ましいが、マイクロコントローラやＡＳＩＣ（用途特定集積回路）のような他のハードウエアが、より高機能な信号処理によって補強されたここに記載された基本的な制御を実行するために代わりに使用することができる。
【００９９】
図１０は、均一な放射照度の３つのレベルについてＰＶモジュール電流対モジュール電圧のグラフ１０００の例である。絶対モジュールインピーダンス｜Ｚ｜は、動作点の関数として変化し、ここで、Ｚは、動作点で増加するインピーダンスである。
【０１００】
任意のラッチタイプの実施例
さらなる可能性のある実施例により、各光起電性電力モジュールに取り付けられた制御装置が設けられ、これは、各モジュールと直列のスイッチ、電力モジュールのストリングとストリングのようなアレイを相互接続する出力端子を有する制御回路を含む。インバータや充電器のような外部の負荷は、前記ストリングまたはアレイの出力に接続される。前記ストリングまたはアレイの出力を短絡することによる各モジュールの切断、および前記出力のＤＣ電圧を外部から上昇させることによる再接続は、前記直列のスイッチおよび制御回路によって可能にされる。本実施例は、要求された状態において、前記直列のスイッチおよび内部負荷抵抗をラッチするように出力端子電圧を使用する方法を規定する。
【０１０１】
本発明の他の態様では、各光起電性モジュールに取り付けられた装置が提供され、これは、直列のスイッチと制御回路、電力モジュールのストリングと当該ストリングのようなアレイを相互接続する出力端子を含む。インバータや充電器のような外部負荷は、前記ストリングまたはアレイの出力に接続される。前記ストリングまたはアレイの出力を開くことによる各モジュールの切断、および前記出力のＤＣ電圧を外部から上昇させることによる再接続は、前記直列のスイッチと制御回路により可能にされる。本実施例は、前記直列のスイッチと要求された状態における内部負荷抵抗をラッチするための出力端子電流および電圧を使用する方法を規定する。
【０１０２】
以下に述べるように、ラッチタイプのＰＶモジュールは、電流でパルスされ、各ＰＶモジュールをＯＮ状態にラッチすることができる。後述するＰＶモジュールは、上記した電力発生器モジュールの代わりとして使用することができる。後述するＰＶモジュールは、制御信号発生器２４０のような遠隔のソースからの電流パルス信号の受け取りに基づきラッチされるようになる特定のタイプの電力発生器モジュールである。
【０１０３】
ここで、図１１は、本実施例により、出力端子に電気的に接続された、ＦＥＴスイッチと制御回路に結合されたＰＶモジュールの例を示す図である。
【０１０４】
制御回路１１００は、スイッチ１１５０を開閉するための所定の端子電圧しきい値に対し柔軟性を提供する。制御回路１１００は、ＦＥＴスイッチ１１５０を閉および開にラッチする。もし、出力端子１１７０が外部電源または負荷から電気的に分離されるようになるならば、ＦＥＴスイッチ１１５０の状態は、状態を変えない。
【０１０５】
例えば、もし、ＦＥＴスイッチ１１５０が閉じており、各ＰＶモジュール電圧は、出力端子１１７０が外部の電力源から電気的に分離されるなら、ＦＥＴスイッチ１１５０を閉じた状態（すなわち、ＯＮ）に保持する。もし、ＦＥＴスイッチ１１５０が開いている（すなわち、ＯＦＦ）ならば、所定の内部負荷は、出力端子間の電圧を低く保持し、それ故、出力端子１１７０が外部の負荷から電気的に分離されるなら、あるいは短絡するスイッチが開くなら（すなわちＯＦＦ）、あるいは、前記短絡するスイッチと出力端子間の電力ワイヤに切断があるならば、ＦＥＴスイッチ１１５０は、開（オープン）である。
【０１０６】
より詳細な図を提供すると、キャパシタＣ４は、ＥＳＤ（静電放電）に対してＦＥＴスイッチ１１５０および制御回路１１００を保護することを助け、かつ正と負の出力端子１１７０間の高周波数ノイズフィルターを助ける。ＦＥＴ（すなわち、スイッチ１１５０）がオープンである場合、ＦＥＴ基板ダイオード（すなわち、ＦＥＴの固有のダイオード）とＰＶモジュールは、外部の電力ソース、例えば、他のＰＶストリングが出力端子間の電圧を増加させるとき、バイパスダイオードＤ１と制御回路間の電圧を制限し、そして、バイパスダイオードＤ１とＰＶモジュールは、外部の電力ソース、例えば、同じストリングの他のＰＶモジュールが出力端子間の電圧を減少させるとき、ＦＥＴと制御回路間の電圧を制限する。キャパシタＣ２、抵抗Ｒ２、およびツェナーダイオードＺ２がＦＥＴスイッチのゲートに取り付けられ、スイッチの応答時間を制御し、外部のゲート駆動が不在のときにＦＥＴをターンオフさせ、ゲートを過電圧から保護する。
【０１０７】
制御回路の電力は、キャパシタＣ１、ツェナーダイオードＺ１、ダイオードＤ２および抵抗Ｒ１からなる電圧レギュレータを介してＰＶモジュールによって供給され、ダイオードＤ２は、出力端子がともに短絡され、かつＦＥＴスイッチが閉じられるとき、Ｒ１を介してＣ１の放電を抑制する。出力端子間の電圧は、コンパレータＣＭＰと構成部品Ｒ４、Ｒ３、Ｃ３およびＲ５、Ｒ６、Ｒ７によって感知され、これらの構成部品は、コンパレータが切り替わるときを決定する２つの電圧しきい値を決定する；Ｃ３は、端子電圧がこれらのしきい値の１つと交差するときとコンパレータ出力が切り替わるときの間の時間遅延を提供する。ダイオードＤ４は、コンパレータの反転入力電圧がコンパレータのより低い電力供給レールよりも低いダイオード降下より低くなるのを抑制する。構成部品Ｒ８、Ｔ１およびＤ３は、コンパレータの出力とＦＥＴゲートを接続するゲート駆動回路を構成する；Ｔ１は、ＣＭＰ出力電圧をＦＥＴゲート駆動電流に変換し、正のＰＶモジュール接続に参照されるＣＭＰ回路と、負のＰＶモジュール接続に参照されるＦＥＴ回路との間のレベルシフタとして機能する；Ｄ３は、出力端子電圧がＣ１の電圧未満に降下したとき、電圧レギュレータキャパシタＣ１の電圧がＴ１のベース−コレクタ接合とツェナーＺ２を介して放電するのを抑制する。
【０１０８】
構成部品Ｒ１１、Ｔ２、Ｒ９、およびＲ１０は、半導体リレーに見られない特別な機能を提供する。すなわち、前記端子間の電圧が第１の所定のしきい値より低いとき、内部負荷が出力端子間に印加され、前記電圧が第２の所定のしきい値を超えるとき、負荷は除去される。この機能は、もし、出力端子が電気的に外部の負荷から分離されるならば、出力端子電圧を第１の所定のしきい値よりも小さく保つことによって、ＦＥＴをオープンに保持する役割を果たし、さらに、もし出力端子電圧が第２の所定のしきい値を越えるならば、内部負荷を除去することにより内部電力消費を減少させる役割を果たす。
【０１０９】
図１２は、本実施例による、出力端子に電気的に接続されたＦＥＴスイッチと制御回路に組み合わされたＰＶモジュールを例示する。
【０１１０】
同図に示すように、制御回路は、出力Ｑを有するＳ−Ｒラッチ機能を提供する。制御回路１２００は、ＦＥＴスイッチ１２５０をオープンにラッチし（すなわち、スイッチをＯＦＦにし）、もし、出力電流Ｉｏｕｔが第１の所定の電流しきい値（すなわち、端子が電気的に外部の負荷から分離されるようになる）未満に降下し、他方、時間平均の出力電圧が第１の所定の電圧しきい値を越えたとき、内部負荷を再接続する。制御回路１２００は、ＦＥＴスイッチをクローズ（閉）にラッチし（すなわち、スイッチをＯＮにし）、もし、出力電圧Ｖｏｕｔが第２の所定の電圧しきい値を超えて上昇し（すなわち、外部の電力ソースによって引き起こされる）、他方、時間平均の出力電流が第２の所定の電流しきい値未満になったとき、内部負荷を切断する。
【０１１１】
時間平均化された電流および電圧のパラメータは、Ｓ−Ｒラッチが誤った理由で、例えば、Ｖｏｕｔが低いためＩｏｕｔが所定のしきい値未満であるとき、あるいは、Ｉｏｕｔが高いときにノーマル動作でＶｏｕｔが所定のしきい値を超えるとき、セットまたはリセットされることを防止する。
【０１１２】
図１３は、本実施例による、出力端子に電気的に接続された、ＦＥＴスイッチと制御回路と結合されたＰＶモジュールの例を示す図である。
【０１１３】
図に示すように、制御回路１３００は、出力Ｑを有するＳ−Ｒラッチ機能を提供し、２つの遠隔の切断方法を組み合わせる（遠隔の短絡するスイッチまたは遠隔のＤＣ切断）。同図は、制御回路１３００の制御論理を記載する。制御回路１３００は、ＩｏｕｔとＶｏｕｔをそれぞれ監視する、Ｉｏｕｔおよび電圧Ｖｏｕｔ感知回路を含むことができる。
【０１１４】
本実施例では、制御論理は、もし、遠隔のスイッチが電力ラインをともにショートし、あるいは電力ライン電流を中断する場合に、モジュールを出力端子１３０から切断する。
再接続は、遠隔の電力ソースが電力ライン電圧を増加させるまで、内部負荷によって禁止されることができる。制御論理は、ＩｏｕｔおよびＶｏｕｔの時間平均だけでなくこれらの変わりやすい瞬時の値も参照し、ここに開示される切断および再接続の方法を実施することに留意すべきである。
【０１１５】
本実施例はさらに、各モジュールの動作が最大の電力点で動作するようにＤＣ−ＤＣ変換を調整したり、あるいはＤＣ−ＡＣ変換器、また、各モジュールが最大の電力点で動作するようにＤＣ−ＡＣ変換を調整するマイクロインバータとして知られる具体的な回路であるオプティマイザーのような公知の回路を含むことができる。
【０１１６】
本実施例はまたは、各光起電性モジュールに取り付けられるトランジエントタイプの障害検出器と組み合わせることができる。遠隔の切断または短絡スイッチ、および遠隔の再接続電力供給と結合される遠隔のアーク障害またはグランド障害検出器もまた、ここに記載される装置や方法とともに使用され得る。
【０１１７】
さらに、簡単な制御論理ハードウエアが使用され得るが、マイクロコントローラやＡＳＩＣ（用途特定集積回路）のような他のハードウエアは、より高機能な信号処理によって補強されたここに記載の基本的な制御論理を実行するために代わって使用することができる。
【０１１８】
図１４は、本実施例による、出力端子に電気的に接続された、ノーマリーオープンのリレースイッチ１４５０と制御回路１４１０に結合されたＰＶモジュールの例を示す図である。
【０１１９】
制御回路１４１０は、スイッチ１４５０を開閉するための所定の端子電圧しきい値に柔軟性を与える。制御回路１４１０は、開、閉にリレーをラッチする。もし、出力端子が外部の電力源または負荷から電気的に分離されるようになるならば、スイッチ１４５０の状態は、それがラッチされているので、変化しない。
【０１２０】
例えば、上記したように、ＦＥＴを置換するノーマリーオープンのリレースイッチ１４５０を有する前記装置の電気機械式リレーバーションが示される。トランジスタＴ３は、リレーコイルを駆動する。ダイオードＤ６は、過剰な電圧がＴ３に印加されるのを防止し、ダイオードＤ５は、ＰＶパネルとともに、過剰な電圧が正と負の出力端子間に表れるのを抑制する。
【０１２１】
本技術は、電力システムのあらゆるタイプの使用に適していることに留意すべきである。しかしながら、本実施例は、このようなアプリケーションの使用に限定されるものではなく、かつ、ここに述べられる技術は、他のアプリケーションにも同様に適していることに留意すべきである。
【０１２２】
本発明は、好ましい実施例を参照して示され記載されたが、当業者であれば、形態や詳細の種々の変更が添付の請求の範囲によって規定される本出願の精神および範囲から逸脱することなく成し得ることが理解されよう。このような変更は、本出願の範囲よってカバーされることを意図されている。このように、本出願の上記の実施例の記載は、限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明に対するあらゆる限定は、請求の範囲において提示される。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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