JP2009531000A - グリッド接続式光起電発電システムのアレーレベルおよびストリングレベルモニターシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【構成】アレーレベルおよびストリングレベルの両者をモニターでき、生産解析能力および効率解析能力をもつグリッド接続式光起電電力システムである。本発明は、アレーレベルモニター成分、このアレーレベルモニター成分を介して得たデータを記録、解析するソフトウェア、およびストリングレベルモニター成分を有する。
【選択図】なし。

Description

本発明は、全体としてはグリッド接続式光起電エネルギーシステムに関する。より具体的には、本発明は、アレーレベルおよびストリングレベルの両者を遠隔モニターし、かつ生産および効率を解析できる能力をもつグリッド（格子）接続式光起電発電システムに関する。

地球の石油埋蔵量が急速に枯渇に近づき、ＣＯ_２を原因とする地球温暖化の証拠が集まり、かつクリーンエネルギーの必要性および望ましさや天然資源の責任のある保存に関する認識が高まるに従って、人々の目は、電力の循環再生可能で、信頼性のある資源に向くようになってきている。太陽が、地球上の全エネルギーの最終的なエネルギー源であると言うことは常套句に過ぎず、ましてや太陽光がエネルギーを発生する安全かつ完全に信頼できる手段である以上、太陽光の直接利用が将来の電気エネルギー供給問題に対して提案されている解決策のうち最も見込みがあることも言い古されていることである。にもかかわらず、太陽熱発電システムの経済的な実行可能性に関してかなりの議論があり、太陽光がふんだんにある世界各地のほとんど潜在的なユーザーにとっても問題のままであることは、本質的に経済的な要因のみが関与している。そうであっても、光起電システムの設置は増加の一途にあり、暖房、照明や給湯のために太陽光の利用を最適化する建物の設計開発についても増加の一途にある。従って、光起電システムの性能を評価することがますます重要になってきている。

光起電発電システムの場合、全体としては、大きな平面、例えば、電力を供給する建物や家の屋根やこれら構造体の近くの地面に、複数の連結光起電モジュールを取り付けて構成する。これらモジュールを直列に接続してストリングを形成する。これら連結ストリングはアレーと呼ばれている。アレー中の各光起電モジュールは、太陽エネルギーをＤＣ電力に変換する光起電セルからなり、各モジュールからのＤＣ電力を合成し、商用電力供給側から、例えば給電線に近接配置したＤＣ／ＡＣ電力インバーターを介して合成電力を搬送する。このインバーターは、商用電力供給側（即ち、商用電力送電網）から供給される交流に対応する交流に直流を転換する。従って、光起電システムのＡＣ出力が、商用電力供給側から建物の配電盤を介して流れるＡＣ電力に合流し、給電する。この種の構成は、グリッド接続式光起電電力システムと呼ばれている（以下、ＧＣＰＶシステムと呼ぶ）。

直ちに理解できるように、ＧＣＰＶシステムが供給する電力は、商用電力消費量を安全で、環境にやさしい方法で抑えることによって、コスト節減に結果する。さらに、税制上の優遇や財政上の優遇だけでなく、太陽熱を利用することによる割戻しプログラムが公共政策および法律によって担保されている場合、設置コストや運転コストが相殺されるため、さらに節約を実現できる。

独立式ＰＶシステムと比較した場合、ＧＣＰＶシステムには、蓄電のためにコストの高い電池列を備える必要がなく、夜間時、天候が厳しい期間や陰鬱な冬季に電力を利用できる事実を始めとするいくつかの好都合な点がある。さらに、太陽熱発電量がピークを向かえたなら、余った電力を電力会社側に回すことができる。ＧＣＰＶシステムの問題は、設置場所が、送電網から電力を受け取る場所に限られることである。

エネルギーコストを削減する境界的な方法は、電気消費量を抑えることである。適当なＰＶシステムを選択し、これを運転するさいの知的なアプローチは、実際の需要量、電力消費量および無駄な電力を決定するためにエネルギーに関する予備的でかつ現状の会計処理が必要である。このような会計処理を行うと、購入者が大きすぎるＰＶシステムを購入することがなくなる上に、システム設置に伴う無駄を省くことができる。予備的な会計処理には、電気消費の主な消費源の確認があり、この会計処理後に、照明、冷蔵、エアコンディション、モータの開始および最適化などに関する諸問題について、エネルギーの節約や効率に関する問題を解決する。装置、器具、構造的断熱などについてバージョンアップすると、実質的にエネルギー消費量を抑制できるだけでなく、ＰＶシステムと併用した場合には、公益送電網からのエネルギー消費量をかなり抑制できるか、潜在的にはエネルギー消費量をなくすことができる。実際、ネット計測環境では、ＰＶ電力の購入者は、公益送電網から電力を購入することができ、また余分に発生した電力はクレジットのために送電網に回すことができる。事実、暖かい日には、電気メータは後進し、太陽熱発電システムは、公益送電側の小売率でエネルギーをクレジットすることができる。公益送電側では、エネルギーが送電網に送られる時点で太陽熱エネルギーを小売率でクレジットする必要がある。

ＧＣＰＶシステムを一旦設置すると、ＧＣＰＶシステムの運転および効率に関して、多量のデータの集積、モニター操作や評価が必要になる。ＧＣＰＶシステムの効率には、ＰＶシステムの電力出力、送電網側が（専用源として）供給する電力、使用者側の電力消費量、そして周囲温度、風速、風向、太陽放射、日射率などの運転環境データなどのいくつかのファクターが影響する。

ＧＣＰＶシステムに該当することは、電力購入契約に従って発電かつ販売される電力にも等しく適用される。

多くの機関、産業および政府は、そのエネルギー戦略の一環として“グリーンパワー”に向かっている。このグリーンパワーという用語は、もちろん、太陽光以外の、特に風力を含む多数の循環再生可能な資源を意味する。現在では、政府、産業はいうまでもなく、個人ですらも、長短期の電力購入契約の下で、グリーンパワーの生産サイドから直接、あるいはグリーンパワーの発電サイドから電力を購入する電力会社から間接的に電力の一部または全部を購入している。自治体や州の規則や税制上の優遇措置に応じて、このような購入方法の結果、購入側は、循環再生可能なエネルギーの生産サイドからの電気の購入についてクレジットを得ている。貴重な放出クレジットや、循環再生可能なエネルギーの使用に関係する公共上の善意がグリーンパワーを購入する強力な誘因になり、かつグリーンパワーの購入は、エネルギーインフラストラクチュアの信頼性を高め、化石燃料の不足、生産設備の事故や（悲しいことだが）テロリズムを潜在的な原因とする供給の混乱に関する懸念を払拭するものである。ところが、電力購入契約は、価格、正確には限定された価格範囲に縛られることが多い契約であるため、正確な契約を交わすために当事者同士が将来を正確に予測する必要があるが、これはますます難しくなってきている。このため、このような契約を作成するさいにある程度の自由を持ち、かつ購入価格に影響する性能仕様を含めることが望ましい。ところが、システムの性能については、注意深いモニター操作が必要である、そして、システムのモニター装置は小売購入側にとってだけでなく、独立した電力生産サイドおよび送電サイドにとっても望ましくなってきている。

従って、ユーザー側および／または提供者側が、発電する電力が太陽熱発電システム、バイオマス発電システム、地熱発電システム、風力発電システムかあるいは水力発電システムによるかに関して、循環再生可能な電力の発電システムデータをリアルタイムで収集、照合、遠隔解析できるモニターシステムが必要である。

本発明のグリッド接続式ＰＶシステムのアレー／ストリングレベルをモニターする方法および装置は、３つの主構成成分からなる。即ち、アレーレベルモニターシステム、アレーレベルモニターシステムを介して得たデータを記録解析するソフトウェア、およびストリングレベルモニターシステムからなる。

第１の構成成分は、ＰＶシステムの性能を遠隔モニターする手段になるアレーレベルモニターシステムである。この手段は、最大４種類の情報をリアルタイムでモニターする。即ち、（ａ）ソーラーアレーの電力出力、（ｂ）ユーザー側（建物、住居、工場など）の電力消費量、（ｃ）電力会社側が供給する電力、および場合にもよるが、（ｄ）所定の気象学的データおよび日照率データに関する情報である。システムは、システム性能、エネルギーコストの削減、および投資利益を遠隔検証できるオンラインでアクセスできるインターネットシステムである。なお、データ転送のためには、携帯電話通信システム、衛星システム、ＲＦシステム、赤外システム、無線ＬＡＮＳおよびＷＡＮＳ、および現存するか将来開発されるその他のシステムを含む多数の適応な通信システムを利用することができる。

本発明のモニターシステムは、本発明者が開発し、所有権をもつソフトウェアおよびハードウェアを組み合わせたシステムである。システム運転時に、検針級ＡＮＳＩ電気メータおよび選択的スペクトル、シリコーン全天日射計やその他の温度センサーによって生の太陽熱エネルギーをリアルタイムで取得する。直ちに、取得データをオンラインで、および／またはオンサイトタッチスクリーンに送る。電力流れ、蓄積エネルギーの用途、日射率、および太陽熱放射、風速、周囲温度などの所定の気象学的状態に関するデータについては、１５分間隔で更新し、記憶する。記憶データへのインターネットアクセスは、システムプロバイダーおよびユーザー両者が２４時間／日、３６５日／年単位で連続的に行える。データのダウンロードは、よく知られているスプレッドシート方式で行い、日単位、月単位、年単位のデータのトータライザーを利用する。すべてのデータを、ベンダーが所有し、保持し、かつ保護するセキュアサーバーにログインする。

本発明のアレーレベルモニターシステムを使用して、ＰＶシステムのユーザーが、セキュアサーバーにログインし、システム性能に関するレポートを検索する。モニターが、実際の太陽熱発電だけでなく建物の電気消費量を測定するため、エネルギーが電力会社送電網に送られているのか、あるいは引き出されているのかをネット計測プロセスで示し、そしてこれらが、太陽熱エネルギー産業では現在与えられていない情報およびアカウンタビィリティに厚みを加える。

本発明システムの第２構成成分は、ユーザーがログインでき、かつモニターシステムによって取得したデータの解析を実行できる、アレーレベルモニターシステムに関連する記録解析ソフトウェアである。

本発明システムの第３構成成分は、大形の太陽光線のモニター操作をストリングレベルまで下げて実施できるＰＶストリングレベルモニターシステムである。

構成および運転方法に関する本発明の他の新規な特徴は、本発明の上記以外の目的および作用効果とともに、例示のみを目的として本発明の好適な実施態様を示す添付図面について以下の説明を読めばよく理解できるはずである。なお、添付図面は、例示説明のみを目的とし、本発明を限定するものではない。本発明を特徴づける新規性に関する各特徴は、本明細書の一環である特許請求の範囲に具体的に特定記載されている。また、本発明は、これら特徴単独にあるのではなく、具体的に記載した構造すべての具体的な組み合わせにある。

以上、以下の発明の詳しい説明をより良く理解してもらうために、また本発明が従来技術にどのように貢献するのかをより良く理解してもらうために、本発明のより重要な特徴を概略説明してきたが、いうまでもなく、以下に説明し、かつ特許請求の範囲の他の要旨を構成する他の特徴もある。当業者ならば、本発明の技術思想を、本発明の上記いくつかの目的を達成する他の構造、方法およびシステムを設計するさいのベースとして簡単に応用できるはずである。従って、重要なことは、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲には、そのような等価な構成も含まれることである。

さらに、要約書の目的は、一般には各国の特許庁および社会、具体的には特許法や他の法律の用語や言い回しなどに精通していない科学者、エンジニアおよび専門家が、素早く一瞥するだけで、本開示の技術的性質および本質を了解できるようにすることである。従って、要約書は、特許性級の範囲によって決定される本発明を限定する意図するものではなく、またどのような意味においても発明の範囲を限定することを意図するものでもない。

以下、本発明の詳細な説明を読めば、本発明を容易に理解でき、かつ上記以外の目的なども明らかになるはずである。以下、添付図面を参照して本発明を詳しく説明する。

図１〜図６について説明する。なお、同一符号は、同一成分を示す。図示のものは、グリッド接続ＰＶシステムのアレーレベル／ストリングレベルをモニターする新規な改良方法および装置である。図１に、電力会社端子即ちグリッド１２、グリッドをユーザー側の建物電力供給装置１６に接続する送電線１４、およびこれらの間に配設した変流器１８を備えたＧＣＰＶシステム１０の従来構成を示す概略図である。このシステムは、さらに、ＰＶ電力システム即ちアレー２０、ＰＶシステムから、グリッドから配線される送電線１４に接合する接続部即ちメータ２４まで走る送電線２２、およびＰＶシステムの変流器２６を備えている。

上記のＧＣＰＶシステム構成を考慮した上で、本発明のモニターシステムは、３つの主要な構成成分、即ちアレーレベルモニター成分、アレーレベルモニター成分を介して得たデータの取得、記録／解析するソフトウェアをもつプログラム式コンピュータを備えたコンピュータ成分、およびストリングレベルモニター成分を有する。

図２に示すように、本発明のグリッド接続システムの太陽熱発電アレーレベルモニター成分１００は、３つの基本的な要素、即ち（１）後置ハードウェア要素、（２）サーバー側後置ソフトウェアおよび（３）サーバー側前置ソフトウェアを有する。

後置ハードウェアは、好ましくは信頼性を確保するためにコンパクトなフラッシュメモリを利用する、特に、Ｏｐｅｎ Ｂｒｉｃｋプラットフォームなどの小形の組み込み式リナックスコンピュータ１２０用のマイクロプロセッサを装入したハウジング１１０内部に取り付ける。このフラッシュメモリは、検針用ＩＯＮ（登録商標）６２００電力計１３０、１４０と電気的に接続しているリナックスカーネルオペレーティングシステムを走らせるメモリである。なお、ＩＯＮ（登録商標）は、カナダ、ブリティッシュコロンビア州、ＳａａｎｉｃｈｔｏｎのＰｏｗｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ社の登録商標である。Ｓｕｐｅｒｌｏｇｉｃｓ８５２０ＲＳ−２３２〜ＲＳ−４８５コンバーター１５０をリナックスシステムと電力計との間に設ける。第１電力計１３０がＰＶシステムの出力を検針し、そして第２電力計１４０が、電力会社が供給する電力を検針する。電力計の検針出力を足すと、ユーザー／建物の電力消費量になる。

リナックスコンピュータは５秒間隔で型通りの手順で電力計をポーリングし、ＰＶシステムメータおよび電力会社メータの両者から計測値を取得し、ＰＶシステムおよび電力会社が日単位で電力の合計出力を集積する。コンピュータは、運転環境内で集められたフィールド測定データも受け取る。このデータには、太陽光が遮られた位置に設置したタイプＪの熱電対１６０によって取得した周囲温度データ、アレーモジュールの平面内に設置したＬＩ−２００ＳＺ日照計センサー１７０などの日照計センサーによって取得した日照率データがある。コンピュータと、好ましくはＳｕｐｅｒｌｏｇｉｃｓ８０１９Ｒデータ取得インテーフェースおよび／またはＳｕｐｅｒｌｏｇｉｃｓ８５２０ＲＳ−２３２〜ＲＳ−４８５コンバーターを始めとするアナログデータ源との間に一つかそれ以上のＡＤコンバーター１８０、１９０を設ける。

即ち、リナックスシステムは、ＡＤコンバーターを介して２つの電力計と日照計からリアルタイムデータを取得し、データスタンプをもつ簡単なＡＳＣＩＩファイルを書き込む。この結果、コンピュータは、光起電システム出力（ＰＶＫＷ）、オン時点から計測したＰＶメータシステムの全ＫＷＨ、日単位のＰＶＫＷＨ、月単位のＰＶＫＷＨおよび年単位のＰＶＫＷＨに関する情報を記憶し、これを解析するとともに、さらに、ＰＶシステムの最大電力出力を算出する。ＡＳＣＩＩファイルの他のフィールドには、電力会社の電力出力（単位：ＫＷＨ）、電力会社の全出力（ＫＷＨ）、および温度および日照率を始めとする他のパラメータがある。

送電網が故障した場合には、上記ＡＳＣＩＩファイルがログインし、これによって、検索することができる履歴記録を保存する。次に、ファイル転送プロトコルを利用してファイルをセキュアサーバーに転送する。さらに、ログファイルを定期的かつ自動的にセキュアサーバーに転送する。

後置サーバーは、セキュア装置に設けられ、そしてインターネット２１０またはその他の適当な通信手段を介して上記リナックスシステムに連絡するコロケーション式ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）２０００サーバー２００である。ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）は、米国、ワシントン州、Ｒｅｄｍｏｎｄのマイクロソフト社の登録商標である。この後置サーバーが、ファイルが自動的にアップロードされるＧＣＰＶシステムすべての全ファイルを読み出し、データディレクトリに記憶する後置プロセスを実行する。次に、前置用ＸＭＬ方式でファイルを作成する。また、タイム同期ファイルを作り、エラーについてチェックを行い、データファイル準備動作を行う。

ソフトウェアの前置は、ユーザーが通常のパソコン２３０またはＰＶベンダーキオスク２４０に設置されるコンピュータのいずれかにログインすることができるＧＵＩ２２０である。ログオン後、ユーザーは、後置ソフトウェアによって作成されるＸＭＬファイルに基きいくつかのアニメーションページを見ることができる。最初のアニメーションが、現在電力会社によって供給されている電力量、ＰＶシステムによって供給されている電力量、およびユーザー側によって消費されている電力量を示すリアルタイムスクリーンショットを与える。このアニメーションには、電力会社グリッド、グリッドから建物に走る電力線、電力会社の電力消費量（ＰＶシステムが、ユーザーの建物によって消費される以上の電力を供給している場合には、電力クレジット）を明示する、電力会社とユーザー側との間の電力会社送電線に接続された大きく拡大された電力計、ＰＶソーラーアレーのグラフィック、ＰＶアレーシステムから走り、電力会社からユーザー側建物までの送電線と交錯しこれに接合する送電線を示すグラフィックがある。このアニメーションのシミュレーションについては、現在、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ＳＰＧｓｏｌａｒ．ｃｏｍ／ｎｅｔ_ｍｅｔｅｒｉｎｇ．ｈｔｍｌ．で見ることができる。

本発明システムの第２要素は、レポート作成ソフトウェアである。後置エンジンと同様に、前置レポート作成ソフトウェアは、パスワードを利用してユーザーがログインするユーザーインターフェースを有する。ログイン後、ユーザーは、上記のリアルタイムデータを見ることができるか、あるいは利用状態の解析を行うデータ範囲を特定できる。このソフトウェアは、上記範囲からなる時間間隔に分割されたレポートを作成できる。例えば、上記範囲が一日である場合には、この時間間隔を数時間に分割する。月単位のレポートが求められている場合には、時間間隔は数日である。レポートが要求された場合、レポート作成ソフトウェアは、この要求をサーバーに転送し、後置エンジンによって処理する。この後置エンジンが、データを発生し、電力会社のキロワット時間、ピーク時、部分ピーク時やピーク外時のキロワット時間などの、具体的時間について見ることが可能なデータ全部をダウンロードする。これらは、電力会社プロバイダーのレートスケジュールに基くものである。レポートページにおいてユーザーは、時間によって分割されたデータのすべてを示すグラフだけでなくスプレッドシートを見ることができる。この場合、ユーザーは３つの異なる建物のＰＶを作成する２つの異なる基本パラメータを集めることができる。あるいは、電力会社も電力であるＫＷおよび利用量かエネルギーであるＫＷＨの２つの基本パラメータを集めることができる。

本発明システムの第３成分は、ストリングレベルモニターシステムである。一般に、アレーレベルでのモニター操作は、日照時間、周囲温度、日射率などの関数としてのエネルギー生産のモニター操作に制限されるため、ストリングモニター操作は重要であるが、アレーレベルでは多数の影響ファクターがあるため、コンバイナーボックスヒューズ、リコンバイナーボックスヒューズや個々のストリングレベルの個々のモジュールなどの要素における１〜３％程度の低い装置故障率を検出するのは困難である。ストリングモニター成分を使用すると、この低いスケールレベルでのモニター操作を可能になる。ストリング故障の検出・補正は、アレー能力の最大化を確保するものである。

図３に示すように、ストリングモニター要素３００は、各直列ストリングの各端部に接続された正のリード線３２０および負のリード線３３０を介してＰＶアレー３１０と電気的に連絡している。これらリード線は、好ましくはＮＥＭＡ３Ｒ筐体３５０内のＰＣＢ１０ＰＶアレーコンバイナーボックス３４０のボックスレベルで結合する。複数のＰＶ源回路の出力を結合し、付加的なコンバイナーボックス３４０を介して電流を送る。次に、出力がインバーター３７０を通過するまで、すべてのコンバイナーボックスをリコンバイナー３６０に取り付ける。

次に、図４について説明する。第１の好適な実施態様では、ストリングレベルモニター成分は、一連のＳＹＰＲＩＳ（登録商標）ＣＬＮ−２５ＦＷ Ｂｅｌｌ閉ループ電流センサー３８０を利用する。ＳＹＰＲＩＳ（登録商標）は、米国、ケンタッキー州、ＬｏｕｉｓｖｉｌｌｅのＳｙｐｒｉｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社の登録商標である。これは、精度パーセントが１パーセントの半分である高感度ＤＣホール効果電流測定装置であり、その定格電圧を１，０００ボルトＤＣ以下に設定する。この測定装置は、電流を数倍小さくするトランスとして機能する。１１チャンネルのアナログ／デジタルコンバーターをもつ簡単なマイクロコントローラ４００に出力３９０を送る。このマイクロコントローラは、ＲＳ４８５ＬＡＮ４１０上で“照会してください”の照会言語をサポートするＣコードを実行する。各チャネルの電流が、各ストリングの電流に対応し、チャネル４２０の一つが、基準電圧を設定するレジスター４３０を有する。従って、コンバイナーボックスはストリングの電流を電子的に計測するだけでなく、これを作動させる電圧をも計測する。従って、システムは電流を計測するだけでなく、すべての単独点における電力をも計測するものである。これが、アレー全体の電力バランスを取る手段になる。

コンバイナーボックスに組み込んだストリングモニターシステムは、密封された装置であるＲＳ−４８５ＬＡＮ４４０を介して、同じ場所に設置された敷地内中央コンピュータと連絡する。（好ましくは、上記のように筐体またはハウジング１１０内に設置された）中央コンピュータ１１０が、それぞれアドレスできる、コンバイナーボックスのそれぞれをポーリングする。各コンバイナーボックスは、０〜９９９の範囲にある（スイッチ選択回路を示す図５を参照）特定のアドレスに設定された回転スイッチを有する。コンピュータは各コンバイナーボックスに連絡し、“現在のストリング電流はどうなっていますか？”、“現在の電圧はどうなっています？”や“この小さなストリングの電力はどうなっていますか？”などの照会を行う。このように、ストリングが個々に計測され、ソフトウェアが比較解析する。ストリング動作が許容できる範囲外である場合には、前置ソフトウエアがアラーム４５０が警告を発する。これら手段によって、モジュールやヒューズにごくごく小さな故障が発生してもこれを検出でき、必要に応じて対処できる。

ストリングモニター要素の別な実施態様では、１０ＤＣホール効果電流センサー５１０、電源５２０および分圧器５３０からなるセンサーボード５００を使用する。ストリング５４０からの電流測定時に、この電流が電流センサーに流れる。次に、測定信号をマイクロコントローラ５５０に送る。同様に、アレー電圧を高インピーダンス分圧器に送り、ここで０〜５ＶＤＣに下げ、マイクロコントローラボードに送る。

本ストリングアレーモニターシステムの特徴は、カスタムマイクロコントローラへの給電をアレー自体が行うため、独立した給電が必要ないことである。電源が測定電子機器（電流センサーおよびマイクロコントローラボード）に、例えば３００〜５００ＶＤＣの範囲にあるアレー電圧から転換された＋１５ＶＤＣを供給する。電源部分は、２つのツェナーダイオード５７０によって関係づけられる直列パス線形ＦＥＴ５６０からなる。これらダイオードが、＋１５ＶＤＣ電圧をマイクロコントローラボードに供給するＶ−無限ＡＣ／ＤＣコンバーター５８０の最大入力であるほぼ３００ＶＤＣにＦＥＴ出力を維持する。

好適な実施態様におけるマイクロコントローラボード６００は、組み込み式８０５１系マイクロコントローラ６１０、ＡＤＣ、ＲＳ−４８５、および電力状態を調節する他のチップおよび構成成分からなる。マイクロコントローラが、センサーボードの１０個の電流センサー６２０からの信号をデジタル化し、１０のストリング電流を得るとともに、ストリング電圧レベルを与える分圧器からの信号をデジタル化する。これらの値をメモリに保存し、ＲＳ−４８５インターフェースチップ６３０を介して照会があった場合に、ＡＳＣＩＩバイト値として送り出す。緑色ＬＥＤおよび赤色ＬＥＤ６４０がそれぞれ適正操作およびバランスの悪い操作を示す。赤色ＬＥＤの場合、点滅すると、具体的な問題が発生していることを示す。上記のように、マイクロコントローラは、アドレス可能なコンバイナーボックスＩＤ選択スイッチ回路６５０を介してコンバイナーボックスと連絡する。

以上の説明は、当業者が本発明を実施することを可能にするための十分な説明であり、また本発明者が現時点で意図する発明の最良の態様を与える説明である。これは、本発明の好適な実施態様に関する十分かつ完全な説明ではあるが、図面に示し、かつ本明細書で説明してきた具体的な構成、寸法関係、および操作運転に本発明を限定する意図はない。当業者ならば、各種の変更、構成変更、改変および等価な構成を容易に実施でき、また本発明の精神および範囲から逸脱せずに、これらを適正に実施できるはずである。このような改変には、構成成分の材質、構成成分、構造的配置、サイズ、形状、形態、機能、運転操作などがある。

例えば、当業者ならば、上記システムの最初の２つの要素を利用して、任意の種類の、グリッド接続式循環再生可能な電気エネルギー発生システムをモニターすることができると考えられる。従って、上記の説明はいずれも原理的にグリッド接続式ＰＶシステムに関しているが、本発明は、太陽熱、バイオマス、風力、地熱、燃料電池や水力電気を始めとするあらゆる種類の独立式循環再生可能なエネルギー生産システムの性能やこれらがどの程度貢献しているかをモニターし、解析する手段を実現することにも関する。

従って、以上の説明および図示は、特許請求の範囲によって定義される発明の範囲を限定するものではない。

代表的なグリッド接続式ＰＶシステムの構成を示す概略図である。 グリッド接続式光起電発電システムのアレーレベルおよびストリングレベルをモニターする本発明システムおよび方法のアレーレベルモニター成分の後置部を示す概略図である。 本発明システムのストリングレベルモニター成分を示す概略ブロック線図である。 ストリングレベルモニター成分のストリングレベル検出装置を示す概略相互接続／機能ブロック線図である。 本発明のセンサーボードの好適な実施態様を示す概略図である。 本発明のマイクロコントローラボードの好適な実施態様を示す概略図である。 本発明のマイクロコントローラボードの好適な実施態様を示す概略図である。 本発明のマイクロコントローラボードの好適な実施態様を示す概略図である。

符号の説明

１０：ＧＣＰＶシステム、
１２：グリッド、
１４：送電線、
１６：電力供給装置、
１８：変流器、
２０：アレー、
２２：送電線、
２４：メータ
２６：変流器
１００：モニター成分
１１０：ハウジング、
１２０：コンピュータ、
１３０、１４０：電力計、
１５０：コンバーター、
１６０：熱電対、
１８０、１９０：コンバーター、
２１０：インターネット、
２３０：パーソナルコンピュータ、
３００：ストリングモニター要素、
３１０：ＰＶアレー、
３２０、３３０：リード線、
３４０：コンバイナーボックス、
３５０：筐体、
３６０：リコンバイナーボックス、
３７０：インバーター、
４００：マイクロコントローラ、
４２０：チャネル、
４３０：レジスター、
５００：センサーボード、
５１０：電流センサー、
５２０：電源、
５３０：分圧器、
５４０：ストリング、
５５０：マイクロコントローラボード、
５８０：コンバーター、
６００：マイクロコントローラボード、
６１０：マイクロコントローラ、
６２０：電流センサー、
６３０：インターフェースチップ、
６５０：スイッチ回路。

Claims (27)

1. 光起電ソーラーパネルのアレーからなるグリッド接続式光起電システムのストリングレベルをモニターするシステムにおいて、
   アレーレベルモニター成分、
   上記アレーレベルモニター装置と電子的に連絡し、上記アレーレベルモニターシステムからデータを取得し、これらデータを記録／解析する、ソフトウェアを備えたコンピュータシステム、および
   上記アレーおよび上記コンピュータシステムと電子的に連絡するストリングレベルモニター成分を有することを特徴とするシステム。
   
2. 上記アレーレベルモニター成分が、後置ハードウェア、サーバー側後置ソフトウェアを備えた後置サーバー、およびサーバー側前置ソフトウェアを備えた前置サーバーを有する請求項１記載のシステム。
   
3. 上記後置ハードウェアがマイクロプロセッサを有するコンピュータ、このコンピュータと電気的に接続する第１および第２の検針級電力計、および上記コンピュータと上記電力計との間に設けたＡＤコンバーターを有し、上記第１電力計がＰＶシステムの出力を計測し、そして上記第２電力計が電力エネルギープロバイダーによって供給される電力を計測する請求項２記載のシステム。
   
4. さらに、上記コンピュータを装入するハウジングを有する請求項３記載のシステム。
   
5. 定期的な間隔で上記電力計を型通りにポーリングして、上記第１電力計および上記第２電力計の計測値を読み取るように上記コンピュータをプログラムした請求項３記載のシステム。
   
6. さらに、上記コンピュータにリアルタイムな環境データを与える一つかそれ以上のアナログデータ源を有する請求項３記載のシステム。
   
7. 上記アナログデータ源が温度センサーを有する請求項６記載のシステム。
   
8. 上記アナログデータ源が日射率センサーを有する請求項６記載のシステム。
   
9. さらに、少なくとも一つのＡＤコンバーターを上記コンピュータと上記アナログデータ源との間に設けた請求項６記載のシステム。
   
10. 上記電力計および上記アナログデータ源からリアルタイムデータを取得するとともに、データスタンプをもつファイルを書き込むように上記コンピュータをプログラムした請求項６記載のシステム。
    
11. 光起電計測システムをオンした時点から測定したこの光起電計測システムの全出力、現在の暦日に関する光起電システムの出力、最も近い月に関する光起電システムの出力、年単位の光起電システムの出力、および光起電システムの最大電力出力を始めとする光起電システムの出力からのデータに関係するデータファイルを保存、解析および書き込むように上記コンピュータをプログラムした請求項１０記載のシステム。
    
12. さらに、電力会社の電力システムの出力、具体的な期間に関する全電力出力、温度、および日射率からのデータに関係するファイルを取得、解析および書き込むように上記コンピュータをプログラムした請求項１０記載のシステム。
    
13. さらに、ファイル転送プロトコルを使用して、セキュアサーバーに上記データファイルを転送するように上記コンピュータをプログラムした請求項１０記載のシステム。
    
14. 上記後置サーバーをセキュア設備に設けるとともに、上記コンピュータに電子的に連絡した請求項１３記載のシステム。
    
15. 上記後置サーバーが、自動的にアップロードされるファイルを有する複数のグリッド接続式光起電システムの全ファイルをデータディレクトリに読み込みかつ保存し、マークアップ言語フォーマットのファイルを作成し、時間同期ファイルを作成し、エラーについてチェックし、そしてデータファイル準備機能を実行する後置ソフトウェアを有する請求項１４記載のシステム。
    
16. 上記前置ソフトウェアが、ユーザーがコンピュータをログオンして、現在電力会社によって供給されている電力量、光起電システムによって供給されている電力量、および供給される側によって消費されている電力量を示すリアルタイムスクリーンショットを始めとする、上記後置ソフトウェアによって書き込まれるマークアップ言語ファイルに基づくスクリーンを見ることができるグラフィックユーザーインターフェースを与える請求項１５記載のシステム。
    
17. 上記前置ソフトウェアが、ユーザーがエネルギーの使用状態解析を行うデータ範囲を特定する手段を有し、そして上記前置ソフトウェアが、この範囲を有する時間間隔に分割するレポートを発生する請求項１６記載のシステム。
    
18. 上記ストリングレベルモニター成分が、各直列ストリングの端部それぞれに接続された正リード線および負リード線を介して上記アレーに電子的に連絡している請求項２記載のシステム。
    
19. 複数のコンバイナーボックスを有し、第１アレーコンバイナーボックス内で上記正負のリード線を結合し、複数のＰＶ源回路の出力を結合し、そして電流を付加的なコンバイナーボックスを介して送る請求項１８記載のシステム。
    
20. さらに、インバーターを有し、そして上記コンバイナーボックス全てをリコンバイナーボックスに取り付け、そして上記リコンバイナーからの電流出力を、上記インバーターを介して送る請求項１９記載のシステム。
    
21. さらに、上記アレーからの電流出力を下げるトランスを有する請求項１８記載のシステム。
    
22. 上記トランスが一連の閉ループ電流センサーを有する請求項２１記載のシステム。
    
23. 上記トランスの出力電流を上記マイクロコントローラに送る請求項２１記載のシステム。
    
24. 上記マイクロコントローラがマルチチャネルアナログ／デジタルコンバーターを有し、各チャネル上の電流が各ストリング上の電流に対応し、上記チャネルの一つが、基準電圧を印加するレジスターを有し、これによって上記第１コンバイナーボックスが上記ストリングの電流およびこれを作動させる電圧および従ってあらゆる単独点における電圧を計測し、アレー全体の電力バランスを設定する手段になる請求項２３記載のシステム。
    
25. 上記コンバイナーボックスが回転スイッチを使用してアドレス可能であり、ストリングレベル電力出力データに関する照会に応じて上記コンピュータが上記コンバイナーボックスと連絡し、そして上記前置ソフトウェアが、ストリングが所定の範囲の外で動作するときに警告を発するプログラムを有する請求項１９記載のシステム。
    
26. 上記ストリングレベルモニター成分が、複数の電流センサー、電源および分圧器を有するセンサーボードを有する請求項１８記載のシステム。
    
27. 上記マイクロコントローラに、アレーによって給電する請求項１８記載のシステム。

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