JP6623123B2 - 太陽光電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、安全なエネルギー伝送(secure energy delivery)のための装置及び方法に関する。本発明は、特に、太陽光パネル又はアレイによる電気エネルギーの伝送に利用される。
周知の太陽光発電(photovoltaic)（ＰＶ）太陽光アレイ(solar arrays)は、多くの場合、比較的簡単な装置であり、電気を生成するのに特に適しており、簡便性及び潜在的な堅牢性が高く評価されている。それらのアレイは、管理された環境で、例えば、所有地の境界内で、また多くの場合は、屋根の上で利用され得るか、又は、それらのアレイは、緊急電話設備に電力を供給するために、路肩等のあまり安全ではない場所で利用され得る。
それらのアレイは、太陽光パネルと蓄電池又は他のエネルギー保存装置との間の電力伝送を最大にする最大ピーク電力追跡（ＭＰＰＴ）コントローラとして知られている管理ユニットと関連付けられることが多い。そのような管理ユニットは、通常、追加の知能及び通信機能が個別のパネルと関連付けられることを可能にするマイクロプロセッサを組み込み得る。
太陽光パネルの電気出力(electrical output)を、計測装置を通して、通信リンク経由で遠隔上流サーバに伝えることが知られており、これは、様々な理由で、出力を計測し、通知するために、効率を評価するために、又は、保全目的で行われ得る。「エネルギーセンサシステム内の太陽光発電無線周波数装置」と題する米国特許ＵＳ７，４１２，３３８号では、太陽光パネルが、マイクロプロセッサ、メモリ、ＲＦトランシーバ及びアンテナから構成されるモジュールに計測データ(metering data)を供給するようなシステムが記載されている。しかしながら、このような配置(arrangement)に付随して、例えば、地方又は国内の電力網への寄与を評価するのに又は炭素クレジット(carbon credits)を得るのに利用される場合に、計測されたデータの変造がある、若しくは、パネル自体が盗まれる等の、危険性がある。
安全な計測への解決策(secure metering solution)は、「エネルギー管理システムを安全にするシステム及び方法」と題する米国特許ＵＳ７，１８８，００３号に記載されている。これは、システムからの電力の流れと消費を計測し、管理するために、複数の安全な知的電子装置（「ＩＥＤ」）が電力伝送システム全体にわたり配分された電力管理構成を記載している。これらは、上流のバックエンドサーバに安全に(securely)通信し、安全な計測への解決策として、公開鍵暗号化に基づいた暗号化及び認証が挙げられる。認証は、ＩＥＤの不正な置き換え又はなりすましを防止し、時刻／データ存在証明、デジタル証明書、地理的位置と否認防止とを含み得る携帯電話三角測量、整理ＩＤ又は追跡ＩＤを含む、物***置特定アルゴリズム等のパラメータを含む。
本発明の実施形態の第１態様によれば、太陽放射を受光し、その光を電気出力に変換する太陽光電力変換装置(solar power conversion device)が提供され、前記装置は、その中に、
ｉ）計測データ(metering data)を与えるために電気出力を計測するための電気出力計測装置(electrical output measuring arrangement)と、
ｉｉ）信頼性のある計測データ(trusted metering data)を作り出すために安全保障情報(security information)を計測データに関連させるための安全保障モジュール(security module)を与える情報処理装置と、
ｉｉｉ）太陽光電力変換装置から信頼性のある計測データを伝送するための計測出力(metering output)と
を組み込んでいる。
先行する周知の装置は、安全性を確保するための十分に理解されたソフトウェアアプリケーションに基づいている。しかしながら、ソフトウェアシステムは、それ自体を検証することができないことが言われている。本発明の実施形態では、信頼性のあるハードウェアは、太陽光変換装置内に組み込まれ、従って、物理的にエネルギー変換箇所に極めて近く、計測データの保全性が著しく向上している。
好ましくは、計測出力は、ネットワーク接続等の通信リンクへの接続に適合する。従って、計測出力は、計測データを通信リンク上に送信するための通信モジュールを与え得る。
本発明の実施形態により、太陽光電力変換装置、例えば、太陽光パネル又は複数の太陽光セルのアレイ、を遠隔で監視することができる。出力計測装置を組み込むことで、装置の電気出力が異なる計測コンポーネントを通り抜ける場合よりも、計測データを改竄することが著しく難しくなる。組込式の安全保障モジュールを含むことで、例えば、信頼性のあるデジタル証明書を利用することを含む、幾つかの更なる選択肢が与えられる。
この信頼性のある安全保護ハードウェア(trusted security hardware)、安全保障モジュール(security module)は、データ格納、改竄検出及び１対の鍵の管理、並びに、上りリンクのデータ流れの識別、認証、及び暗号化に利用され得る、周知の耐改竄性(tamper-resistant)スマートカードコアに基づき得る。
太陽光電力変換装置は、その中に、少なくとも１つの安全保障モジュールから信頼性のある計測データを受信し、データを計測出力に伝送するように接続された管理モジュールも組み込み得る。そのような実施形態では、管理モジュールは、安全保障モジュールにより与えられるエネルギー生成情報の安全面に関与する必要はない。
本発明の実施形態の主な利点は、安全なハードウェア(secure hardware)、安全保障モジュール、又はそれに関連するいずれかのものに対して、無許可に改竄することにより、パネルの動作および計測出力を介して伝送される情報の属性における永続的な変更を、引き起こす(trigger)ように定められることができる(can be arranged)、ということである。
太陽光パネルが太陽光セルのアレイを含む場合、出力計測装置と安全保障モジュールは、少なくとも１つ以上の太陽光セル自体の中に、好ましくは、最大限の安全保障を与えるために、前記太陽光セルの各々の中に組み込まれ得る。
好ましくは、装置が受信器を更に含み、情報処理装置が、入ってくる通信に応答するように設定されることにより、通信リンクを介して又は個別に、前記装置を遠隔で管理することができる。受信器は、例えば、通信モジュール内に与えられ得る。装置は、例えば、遠隔管理制御装置、１つ以上の他の電力生成装置、及び／又は、１つ以上の電力消費装置に接続される集積通信網の一部として設定され得る。
この文脈において、「組み込まれる」は、同じ機械的ユニット内に又は前記ユニット上に備え付けられる、例えば、太陽光セルと構造的に一体化される、太陽光パネル上に実装される、及び／又は、太陽光電力変換装置と同じ耐候性の封止容器内に密閉されることを意味するように意図されている。より好ましくは、「組み込まれる」は、装置と組み込まれたコンポーネントとの間に、単に、永続的な電気的接続があり、それらが通常直接的なものであるという電気的意味でも使用される。これは、太陽光電力変換装置の原物製造中に、例えば、プリント回路又はハイブリッド回路技術により、若しくは、エピタキシー及びフリップチップ実装等の半導体製造及び／又は組立技術により、少なくとも部分的に達成され得る。集積半導体技術の利用により、この分野における信頼性と使い易さに関して著しい利点を有する、極めて高度の集積化が提供され得る。
好ましくは、安全保障モジュールは、計測データに関する信頼性のあるデジタル証明書を作成することができ、次に、再生可能な電気がどれ位生成されているかに従って「炭素クレジット」を自動的に与える等の安全な処理に対応し得る、一種の信頼性のあるモジュールを含む。
通信目的のために、情報処理装置は、適切な通信技術により安全なネットワーク上のサーバにリンクされた「シンクライアント(thin client)」として設定され得る。同じネットワーク又は接続ネットワーク上の同じサーバに連結する多くの太陽光電力変換装置があってもよく、前記装置は、中央管理太陽光発電照明又は地方公共又は私的通信施設等のサービスを提供する通信基盤上でサポートされ得る、新たな群の太陽光パネルを提供する。
本発明の実施形態の第２態様によれば、電力を電気出力に変換する電力変換装置が提供され、前記装置は、複数の集積回路コンポーネントを載せた基板を備え、前記複数のコンポーネントは、
ｉ）計測データを与えるために電気出力を計測するための電気出力計測装置と、
ｉｉ）信頼性のある計測データを作り出すために安全保障情報を計測データに関連させるための安全保障モジュールを与える情報処理装置と、
ｉｉｉ）電力変換装置から信頼性のある計測データを伝送するための計測出力と
を備える。
その第２態様による本発明の実施形態では、その第１態様の本発明の実施形態と同じ原理が用いられ、その原理は、構造的に集積型の安全保障モジュールであり、この場合、集積回路内に与えられる。
本発明のいずれか１つの実施形態又は態様に関して記載されるいずれかの特徴は、単独で、又は、記載される他の特徴と組み合わせて利用されてもよく、また、いずれかの他の実施形態又は態様の１つ以上の特徴と組み合わせて、若しくは、適切であれば、いずれかの他の実施形態又は態様のいずれかの組み合わせで利用されてもよいことを理解するべきである。
安全な太陽光パネル(secure solar panel)が、これから、本発明の一実施形態として、以下の付属の図面を参照しながら、単なる例示として説明される。
パネルから電力を伝送する複数のコンポーネントの機能ブロック図と共に、周知のタイプの太陽光パネルを平面図で示す。 図１の太陽光パネルの単一のＰＶセルを平面図で示す。 蓄電池を充電するための、図１の太陽光パネルの配置(arrangement)の機能ブロック図を示す。 パネル管理モジュールが組み込まれた、本発明の実施形態による太陽光パネルを平面図で示す。 信頼性のあるコンピュータプラットフォームに基づいた電力通知モジュールが組み込まれ、情報処理装置と安全保障モジュールとを与える、本発明の実施形態によるＰＶセルを平面図で示す。 図４に示されるような組み込まれたパネル管理モジュールに、電力及びデータを伝送するための、図１の太陽光パネルの個別の複数のＰＶセルの配置の機能ブロック図を示す。 図５に示される組み込まれた電力通知モジュールの機能ブロック図を示す。 図４のパネル管理モジュールの機能ブロック図を示す。 図５の組み込まれた電力通知モジュールの任意の形態に対応するための回路技術の周知の形態の機能ブロック図を示す。 図４の組み込まれたパネル管理モジュールと共に利用される安全な通信モジュール(secure communications module)を示す。 本発明の実施形態が動作し得る、ネットワーク環境を概略図で示す。 図４又は図６に示される太陽光パネルにおいて利用される組み込まれたフリップチップ搭載電力通知モジュール又はパネル管理モジュールを断面図で示す。
図１に関して、本発明の実施形態による安全な太陽光パネル１００は、パネル１００上の複数のモジュール１１０内に配置された(arranged)、周知のタイプの複数のＰＶセル１０５の複数のアレイを含む。
各ＰＶモジュール１１０は、背面１２０に取り付けられる複数のＰＶセル１０５から成り立っており、周知の方法で有用な電圧と電流を生成するために、複数のセル１０５は、直列・並列構成で接続される。複数のＰＶモジュール１１０は、支持パネル１４０又は裏地材料(backing material)の上に直列・並列構成に接続され、外部負荷に接続するための平角配線又は金属リボン（図示されず）により互いに連結されて、太陽光パネル１００を提供する。この太陽光パネルは、蓄電池１２５と連結していることが多く、この場合、最大ピーク電力追跡（ＭＰＰＴ）コントローラ１３０等のユニットを利用して、太陽光パネル１００とバッテリー１２５との間の電力伝送を最大にする。次に、蓄電池１２５は、電力出力リンク１１５を介して負荷に接続される。この周知のタイプのアセンブリ内の太陽光パネル１００は、耐候性封じ込めを提供するために、透明ポリマー又はガラスで封じ込まれる。前記太陽光パネルは、ポリマーで封じ込められる場合、耐候性密閉ユニットを形成するために、少なくとも前記複数のセル１０５の領域にわたって強化ガラスシートで防護されることができる。
上記のように利用される適切なＭＰＰＴコントローラ１３０は、例えば、米国マサチューセッツ州０１６０９のウースター・ポリテクニック大学により出版された、２００３年３月のプロジェクト番号ＭＱＰ−ＳＪＢ−１Ａ０３の、アンダーソン、ドーハン及びシコラによる「太陽光パネルピーク電力追跡システム」に記載されている。
図２に関して、最近、太陽光セルの開発は、いわゆる第三世代に達しているが、動作原理は、第一世代以来、変わっていない。典型的な第一世代ＰＶセル１０５は、一般に、バルク単結晶シリコンウェーハ２１０中に作製される複数の広領域高品質ｐ−ｎ接合デバイス又はダイオードとして具体化される。電力は、ウェーハの両側で接合デバイスのｎ型及びｐ型側の各々に接続される金属・半導体オーム接触により拾い上げられる(picked-up)。一方の接触を与えるために、各ＰＶセル１０５は、一方の主要面上に、薄い金属網の指部(fingers)２００とセル間バス棒(bus bars)２０５とを備えている。他方の接触を与えるために、各ＰＶセル１０５は、その他方の主要面上に、多くの場合、全表面を覆い、ウェーハ２１０を備え付けるために利用され得る金属電極接触子（図示されず）を備えている。各ＰＶセル１０５は、電気用語で、ダイオードに並列な電流源として近似的にモデル化することができる。第二世代のＰＶセルは、一般に、ガラス又はセラミックス等の裏地材料上に堆積される薄層デバイスであり、第三世代のＰＶセルは、費用を過度に増やすことなく、電気効率を向上させることを目指している。これらの第二世代及び第三世代のセルは、より安価な材料又は少量の高価な材料を含むので、作製するのにあまり費用のかからない傾向にある。
図３に関して、太陽光パネル１００が蓄電池１２５を充電する配置において、ＭＰＰＴコントローラ１３０は、閉ループ切替型電力制御システムから構成される。これはデジタルコントローラ３１５を有しており、このデジタルコントローラ３１５は、昇圧コンバータ(boost converter)３００を用いた周知の方法で太陽光パネル出力を最適化するように監視データに作用する。例えば、電圧／電流（「ＶＩ」）監視装置３１０は、太陽光パネルの電圧及び電流を連続的に監視し、太陽光の異なる条件下で最大電力を引き出すことを可能にする。蓄電池センサ３２０もまた、蓄電池１２５が過剰に充電されないように、前記蓄電池３２０の充電状態を監視する。ＶＩ監視装置３１０及び蓄電池センサ３２０は、それらのデータをデジタルコントローラ３１５に伝送し、前記デジタルコントローラは、昇圧コンバータ３００に指令を送るのに前記データを利用する。蓄電池１２５の電圧が、太陽光パネル１００の出力電圧を超える場合、逆電流が、逆電流阻止装置(reverse current block)３０５により阻止される。
図４及び図５に関して、本発明の実施形態による安全な太陽光パネル１００においては、太陽光パネル１００に、及び／又は、パネル１００を構成する複数の太陽光セル１０５のうちの少なくとも１つ或いは好ましくは各々に、機能性を加えることができる。例えば、パネル管理モジュール４００は、太陽光パネル１００内に組み込まれることができ、そのモジュール４００は、ＭＰＰＴコントローラ１３０の少なくとも幾つかの機能を含む。あるいは、ＶＩ監視装置３１０等の少なくとも幾つかの機能が、各々の太陽光パネル１０５中の電力通知モジュール５００内に組み込まれることができる。
重要なこととして、安全なデータ機能性(secure data functionality)が、パネル管理モジュール４００及び電力通知モジュール５００内に組み込まれることができるので、太陽光パネル１００から伝送されるデータは、信頼されることができ、識別可能であり得る。この点で、太陽光セル１０５及び／又は太陽光パネル１００の構造が活用されることができる。従って、パネル管理モジュール４００と電力通知モジュール５００のいずれか又は両方は、信頼性のあるデータを作り出すために安全保障情報をデータと関連付けるための安全保障モジュールを提供することができる。
以下に記載される実施形態では、ＶＩ監視装置３１０は、複数の太陽光セル１０５の各々に組み込まれた電力通知モジュール５００において提供され、安全な方法で(in a secure manner)、内部双方向データバスを介して、そのそれぞれのセル１０５により生成される電力を計測し、通知する。これにより、複数の太陽光セル１０５に関する計測データが与えられる。内部双方向データバスは、太陽光パネル１００内に組み込まれたパネル管理モジュール４００に接続され、計測データは、格納され、照合され、及び／又はそれ以降に通知されることができる。
図４は、パネル１００が組み立てられるときに封入され、密封されるべき適切な場所に位置するパネル管理モジュール４００を備えた、安全な太陽光パネル１００を示す。図５は、電力通知モジュール５００を組み込んだ太陽光パネル１００の太陽光セル１０５を示す。電力通知モジュール５００及びパネル管理モジュール４００は、以下に更に詳細に、特に、図７及び図８を参照しながら記載される。
パネル管理モジュール４００を備えている太陽光パネル１００は、以下、「知的太陽光パネル(intelligent solar panel)」１００と呼ばれる。各太陽光パネル１００は、パネル管理モジュール４００を常に含むことが予想される。しかしながら、幾つかのパネル１００の間で１つのモジュール４００を共有する、又は、内蔵型の安全な通信機能(built-in secure comminucations capability)を介してピアツピアベースで動作するそれぞれのモジュール４００を等しく含む幾つかのパネル１００を有する、という点で利点がある。
図６に関して、ＰＶモジュール１１０内の複数の太陽光セル１０５は、各々が、それらの電力を電力バス６００に伝送し、電力バス６００は、適切な方法でパネル管理モジュール４００に接続されている。同時に、各電力通知モジュール５００は、そのセル１０５の電力出力を計測データとして、適切なデータプロトコルを利用して、双方向データバス６０５を介してパネル管理モジュール４００に、通知する。帰還ループでは、個別の複数のセル１０５の出力は、各々が、双方向データバス６０５を介して複数の電力通知モジュール５００と通信するパネル管理モジュール４００により制御され得る。この制御は、ＭＰＰＴコントローラ１３０とこれまでに関連している場合がある機能性を活用する。従って、複数の電力通知モジュール５００は、それらの複数のセル１０５の電力出力を通知するばかりでなく、管理モジュール４００からの命令に応答して、複数のセル１０５の電力出力を変更することもできる。
ＰＶモジュール１１０は、設置前に(prior to installation)、全体として太陽光パネル１００を密封し防護する封止材６１０（図６に点上の輪郭線で示される）内に封入される。このように、封止材６１０は、前記複数の太陽光セル１０５を封入し、複数の電力通知モジュール５００及び管理モジュール４００は、それらと共に、単一の物理的ユニット内に組み込まれる。図６に示されるように、太陽光パネル１００の全範囲は示されていないが、潜在的に、追加の複数のＰＶモジュール１１０が、支持パネル１４０（図４には明確に示されず）上に実装され、管理モジュール４００に接続され得る。封止材６１０は、複数のセル１０５に太陽放射を伝え、管理モジュール４００に関連付けられた、以下に更に詳しく記載される移動体通信技術への無線インターフェースも可能にする、透明なポリマー等の、太陽光パネルを防護するのに利用される周知の材料を含み得る。
各電力通知モジュール５００自体は、そのそれぞれの太陽光セル１０５により電力が供給され得るが、別の配置が、パネル管理モジュール４００から、例えば、電力バス６００を利用して又は双方向データバス６０５上のＤＣ成分を利用して、通知モジュール５００に電力を供給し得る。
通知モジュール５００は、図９を参照して以下に記載される、集積回路カードに利用される技術等の耐改竄性及び／又は改竄防止技術(tamper-resistant and/or tamper-evident technology)を利用して構築され得る。そのセル１０５の電力出力を計測し通知することに加えて、この技術により、モジュール５００は、識別コード（「ＩＤs」）を含む安全なデータ(secure data)を保持することができ、そのモジュールに関してデジタル形式で署名された応答を与えることができる。
図７に関して、本発明の実施形態における電力通知モジュール５００は、２つの主要な副モジュールを有しており、それらは、ＶＩ監視装置(VI monitor)３１０とデジタル計測コントローラ(digital metering controller)７２０であり、前記デジタル計測コントローラは、ＭＰＰＴコントローラ１３０の一部としてあらかじめ与えられたデジタルコントローラ３１５により提供される機能性の一部を与える。ＶＩ監視装置３１０は、更に詳細には、電流センサ７００と、電圧センサ７０５と、符号化機能を有するアナログ・デジタル変換器（「ＡＤＣ」）７１０とを備えている。ＡＤＣ７１０は、デジタル計測コントローラ７２０に適した形式で電力計測出力(power measurement output)７１５を与えるように選択又は構成される。
電流センサ７００として利用され得る適切な損失のない計測回路が、知られており、また、例えば、リンコン−モラ・ガブリエル及びザデー・ハサンにより、第４５回の回路及びシステムに関する中西部シンポジウム２００２において発表され、２００２年８月４〜７日に発行された「ＤＣ−ＤＣ変換器についての電流検知技術」第２巻、ＩＩ−５７７〜ＩＩ−５８０頁に説明されている。電圧センサ７０５としての利用に適した電圧検知回路もまた、知られており、十分に理解されている。
図８に関して、電力通知モジュール５００（図８に示されず）からパネル管理モジュール４００への出力は、
・図６に示される電力バス６００を介した、関連する太陽光セル１０５により生成される電力、
・双方向データバス６０５を介した、デジタル符号化電力計測読み出し値(digital, coded power measurement reading)（本明細書では、計測データ(metering data)とも言われる）、
・双方向データバス６０５を介した、関連する太陽光セル１０５のデジタル形式で署名された既定の応答および固有の識別コード（「ＩＤ」）を含む安全なデータ、
である。
このように、電力通知モジュール５００は、信頼性のある計測データ７１５を作り出すために安全保障情報を計測データと関連させる安全保障モジュールと、双方向データバス６０５を介してパネル管理モジュール４００に信頼性のある計測データを送るための、その関連する太陽光セル１０５に関する計測出力と、を与える。信頼性のある計測データ７１５は、上記のデジタル符号化電力計測読み出し値と、上記の安全なデータとの組み合わせである。
パネル管理モジュール４００は、ＭＰＰＴコントローラ１３０によりあらかじめ与えられた追加の機能を与える。例えば、前記モジュールは、昇圧コンバータ３００、逆電流阻止装置３０５、蓄電池センサ３２０及びデジタル管理コントローラ８２０を与える。昇圧コンバータ３００、逆電流阻止装置３０５及び蓄電池センサ３２０は、全てが、ＭＰＰＴコントローラ１３０に関するそれらの周知の機能を与える。デジタル管理コントローラ８２０は、電力通知モジュール５００のデジタル計測コントローラ７２０から欠落しているＭＰＰＴコントローラ１３０のデジタルコントローラ３１５の機能を与える。つまり、前記デジタル管理コントローラは、ＶＩセンサ３１０から電力計測データ７１５を、蓄電池センサ３２０から監視データ８２５を受信し、昇圧コンバータ３００を介した蓄電池１２５への電力伝送の制御にそのデータを利用する。蓄電池センサ３２０は、好ましくは蓄電池ＩＤに関連した、蓄電池１２５の状態についての電流データを一般に与えるので、特定の蓄電池１２５について、データが、その寿命時間にわたり照合されることができる。
しかしながら、重要なこととして、パネル管理モジュール４００のデジタル管理コントローラ８２０は、たとえば携帯電話技術に基づき得る通信ネットワークを利用し、安全な方法で、電力計測データおよび蓄電池監視データ７１５、８２５を太陽光パネル１００から外部に向かって送信する等の、追加の機能(additional functions)８１５も開始することができる。つまり、前記デジタル管理コントローラは、この場合は全体として太陽光パネル１００から、信頼性のある計測データ７１５についての計測出力も与え、潜在的に、携帯電話技術に基づいて第２レベルの安全性を加えることができる。
追加の機能８１５は、それらの機能をハイエンドの個人用コンピュータの性能に基づかせることは可能であり得るが、携帯電話又は個人用携帯情報端末（「ＰＤＡ」）において利用される装置に特有な機能である。これは、業界標準ソフトウェアを用いて開発された試験ずみのソフトウェアルーチン(tried and tested software routines)、および、太陽光パネル管理能力と補助機能の両方を与えるように構成され得るオペレーティングシステムを利用することの利点を有する。追加の機能８１５は、図１０を参照して、さらに以下に記載される。
蓄電池センサ３２０の機能は、所要電力を考慮して、パネル管理モジュール４００及び追加の機能８１５に対して、同様に、電力出力リンク１１５を介して負荷に対して供給される電力を監視するように拡張され得る。このデータは、太陽光パネル１００が十分な電力を生成しない場合、動作をサポートするための蓄電池バックアップを与えるために、デジタル管理コントローラ８２０により利用され得る。蓄電池センサ３２０から入ってくるデータ８２５は、蓄電池１２５内に保持されるいずれかの固有の情報も含み得る。そのような情報は、整理番号を含み得るが、同様に、蓄電池１２５の健全性又は状態に関連する広範囲の指標を含み得る。加えて、デジタル管理コントローラ８２０は、蓄電池監視データ８２５内に伝送された情報と組み合わせて、電力計測データ７１５内に伝送された情報を処理し、個別の複数の太陽光セル１０５の健全性、又は、この情報から誘導され得る他の因子を評価し得る。次に、デジタル管理コントローラ８２０は、制御信号を、電力通知モジュール５００に戻して知らせ、例えば、寿命の影響による複数のセル１０５の性能の変化を補償し得る。
図９に関して、電力通知モジュール５００内にデジタル計測コントローラ７２０を与えるに適している技術は、集積回路カード（「ＩＣＣ」）に利用されるチップ技術である。ＧＳＭ（登録商標）（「グローバル・システム・フォー・モバイル」）及びＵＭＴＳ（「ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム」）携帯電話ネットワークにおいて利用される、ユニバーサル集積回路カード（「ＵＩＣＣ」）スマートカードチップは、特定の例である。そのようなチップは、入力データを受信し、処理し、出力データとして伝送することができ、符号化並びに通常数百キロバイトのデータを安全に保持すること等の、データ処理機能に対応する。
適切なＩＣＣオペレーティングシステム（ＯＳ）は、「ネイティブ」、又は、組みこまれたデバイスを特に対象としたジャバプログラミング言語の副集合に基づく「ジャバカード」のどちらかであり得る。（ジャバは、元は、サンマイクロシステムズのジャバプラットフォームのコア成分として、１９９５年に発売されたプログラミング言語である。）ネイティブＯＳの利点は、ジャバカードＯＳも同様に適用され得るが、ここで記載されるような特定の用途に対して具体的に最適化され得ることである。
重要なこととして、ＩＣＣは、安全な暗号プロセッサ、安全なファイルシステム及び識別機構等の、耐改竄性及び／又は改竄防止機能特性を有する安全保護システム(security system)を含むことができ、メモリ内の情報の機密性等の安全保護サービス(security service)を与えることができる。データは、カード読み出し装置を利用して中央管理システムに移動されることができ、パネル管理モジュール４００のデジタル管理コントローラ８２０のために携帯電話内で利用されるものに適合したデバイスを含むことの利点のうちの１つは、前記パネル管理モジュールと電力通知モジュール５００との間のデータ伝送規格が汎用的である(well understood)ことである。
ＩＣＣの内部構造は、内部バス９２５の周りに置かれ、前記内部バスに接続されるのは、中央処理ユニット（「ＣＰＵ」）９００、読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）９０５、電気的消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ（「ＥＥＰＲＯＭ」）９１０、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」９１５）及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路９２０である。ＲＯＭ９０５は、様々なカード機能を実行するプログラムを格納する。ＥＥＰＲＯＭ９１０は、個別のカード利用者情報を含む。ＲＡＭ９１５は、データ処理に必要とされるデータを一時的に格納し、Ｉ／Ｏ回路９２０は、外部設備との通信に対応する。
ＩＣＣは、その上、通常、電力及び接地接続と、ＣＰＵ９００を初期化するためのリセット端子と、外部クロック信号を受信するためのクロック端子とを有する。
任意選択で、ＩＣＣの内部バス９２５は、複数の太陽光セル１０５の複数の電力通知モジュール５００と太陽光パネル１００のパネル管理モジュール４００との間の双方向データバス６０５に直接に接続される。この双方向データバス６０５は、例えば、ＩＳＯ／ＩＥＣ７８１６−３に定義されるプロトコル等の単純なデータ移動プロトコルを利用し得る。しかしながら、代わりに、データはＩ／Ｏ回路９２０を介して入力され、周知のＩＣＣプロトコルを利用して、ＩＣＣ内の内部バス９２５上に伝送される。
図１０に関して、パネル管理モジュール４００のデジタル管理コントローラ８２０により開始され得る追加の機能８１５は、一般に、プロセッサ１０００により構成される。デジタル管理コントローラ８２０は、プロセッサ１０００の機能、並びに、先に記載された機能を満たすのに十分な処理電力を有することができ、その場合、この２つの機能は、ＲＩＳＣ（縮小命令セットコンピュータ）構成を通常用い得る単一のデバイス１０７０によってサポートされることができる。プロセッサ１０００は、前記プロセッサをデジタル管理コントローラ８２０に接続する双方向データバス１０３０と、前記プロセッサを無線インターフェース１０６５に接続する内部データバス１０４０とを有する。無線インターフェース１０６５により、パネル管理モジュール４００を遠隔で管理することができる。
追加の機能８１５の主な目的は、安全な管理及び通知(secure management and reporting)のために、太陽光パネル１００への、及び、前記太陽光パネルからの、信頼性のある通信(trusted communication)をサポートすることである。追加の機能８１５をサポートするユニットは、
・識別モジュール１０１０
・メモリモジュール１０１５
・入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）モジュール１０２０
・グローバルポジショニングシステム（「ＧＰＳ」）トランシーバ１０６０を含む無線インターフェース１０６５
・汎用加入者識別モジュール（「ＵＳＩＭ」）１０３５
である。
識別モジュール１０１０は、固有の識別番号と秘密鍵とを含み、プロセッサ１０００に必要なあらゆる知的機能性(intelligent functionality)に信頼性のあるルートを与える、耐改竄性及び／又は改竄防止機能付きシリコンチップである。識別モジュール１０１０がこの機能性を提供するためには、前記識別モジュールは、プロセッサ１０００と完全に一体化されなければならない、若しくは、異なるチップとして物理的に実装される場合、専用の安全なデータバス１００５によりプロセッサ１０００と識別モジュール１０１０との間が接続されるべきである。これにより、太陽光パネル１００は、トラステッドコンピューティンググループ（ＴＣＧ）等の団体により推奨される機能性に対応することができる。
従って、パネル管理モジュール４００は、信頼性のあるデータを作り出すために安全保障情報とデータを関連させる安全保障モジュールとも見なすことができる。
異なる態様では、識別モジュール１０１０により与えられる識別番号は、一方向性ハッシュ関数ＳＨＡ−Ｉ等の適切な変換を通じて、複数の太陽光セル１０５の複数の電力通知モジュール５００の一群の識別番号から導かれることができる。
本記載中の上記の及びその他の場所で留意されるべきことは、ＵＳＩＭが言及される場合、等価な識別モジュール、特に、ＳＩＭ（「加入者識別モジュール」）を利用してもよい場合でもあり得ることである。
識別モジュール１０１０を与えるための装置の適切な実例は、トラステッドコンピューティンググループ（「ＴＣＧ」）の推奨に従う「トラステッドプラットフォームモジュール(Trusted Platform Module)」（ＴＰＭ）、インテル「識別可能プラットフォーム(Identity-Capable Platform)」（ＩＣＰ）又はＡＲＭバージョントラストゾーン(ARM version TrustZone)を含む。これらは、高価値の信頼性のあるサービスが、プロセッサ１０００により与えられるのを可能にし、安全なハードウェア実行領域を通した、任意のデバイス、ネットワーク又はサービスへの安全なアクセスを含む。これらは、各太陽光セル１０５の中にに組み込まれる複数の安全な電力通知モジュール５００と組み合わせて動作することができる。例えば、識別モジュール１０１０は、追加の安全な機能のための太陽光パネル１００の、安全な電力通知モジュール５００のデジタル計測コントローラ７２０に、又は実際に、パネル管理モジュール４００のデジタル管理コントローラ８２０に伝送するための、ダウンロード可能なＵＳＩＭ様式の「ソフト」認定書に対応することができる。
上記の団体及び技術に関して：
トラステッドコンピューティンググループ（「ＴＣＧ」）は、ハードウェアを有効にする信頼性のあるコンピューティング及び安全保護技術のための、使用料を徴収しない規格を開発、定義、促進しており、前記規格は、複数のプラットフォーム、周辺機器、及び機器にわたっての、ハードウェアビルディングブロックおよびソフトウェアインターフェースを含んでいる。
インテルの識別可能プラットフォーム（ＩＣＰ）技術は、信頼性のある環境を通しての任意のデバイス、ネットワーク又はサービスへの柔軟なアクセスを可能にする、顧客ベースの取り組みである。技術は、携帯電話、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末及び他の個人用及びビジネス用デバイスで機能するように設計され、識別番号を共有し、伝送し、局所的に管理するのを可能にする。
ＡＲＭトラストゾーンは、半導体及びオリジナル備品(original equipment)開発者が、彼ら自身のハードウェア及びソフトウェアＩＰに合わせて、彼ら自身の特定用途向けの安全対策を組み込むことを可能にする安全実行環境である。トラストゾーンソフトウェアコンポーネントは、暗号化、安全格納及び整合性確認等の安全実行環境及び基本的な保護サービスを与えて、用途及び利用者レベルにおける安全問題に取り組むプラットフォームを与える。
識別モジュール１０１０は、実際に、プロセッサ１０００の構造内に完全に組み込まれ得る。これにより、機能性又は目的に影響を与えることなく、専用の安全なデータバス１００５を不要にし得る。
メモリモジュール１０１５は、ＳＤ（安全なデジタル）カード等の脱着可能な外部フラッシュメモリを取り付けるための機能を与える。これにより、太陽光パネル１００は、プロセッサ１０００により与えられる任意のハードワイヤアード接続のメモリに加えて、局所的に収集された又はダウンロードされたデータを安全に格納することができる。ＳＤカードフラッシュメモリは、局所的に収集されたデータがビデオ又は他のデジタル符号化画像を含むのに十分な大きさである。識別モジュール１０１０により、この情報を暗号化することができる。
Ｉ／Ｏモジュール１０２０は、適切な標準規格の双方向インターフェース１０２５に対応し、外部デバイスを太陽光パネル１００に接続するのを可能にする。これにより、パネル１００に加えられるＵＳＢ（「ユニバーサルシリアルバス」）、イーサーネット(Ethernet（登録商標）)、及びＡＤＳＬ（「非対称デジタル加入者回線」）広帯域技術に基づいた接続等のワイヤード接続が可能になり、プロセッサ１０００は、前記プロセッサに接続される他のハードウェア又はネットワークと通信することができる。
無線インターフェース１０６５は、以下の一組のモジュール：
・ＧＳＭベースバンド及び無線周波数（「ＲＦ」）モジュール１０４５
・２つの無線モジュール１０５０、１０５５
・グローバルポジショニングサテライト(global positioning satellite)（「ＧＰＳ」）無線トランシーバ１０６０
を含む。
これらのモジュールは、独立して動作することができ、太陽光パネル１００が電気を生成しない場合に、蓄電池１２５から電力を受け取ることができる。
ＧＳＭベースバンド及びＲＦモジュール１０４５はまた、ＵＳＩＭカード１０３５にインターフェースできるので、必要に応じて、ＧＳＭ／３Ｇ（「第三世代」）携帯機器使用料は、知的太陽光パネル機能性内に組み込まれ得る。ＧＳＭ／３Ｇ（「第三世代」）携帯機器使用料の管理だけでなく、必要に応じて、ＧＳＭモジュール１０４５は、Ｊ２ＭＥ、ジャバ仕様要求（ＪＳＲ）１７７のためのＳＡＴＳＡに対応し得る。これにより、ＵＳＩＭカード１０３５とプロセッサ１０００との間の高速通信が可能になり得、プロセッサ１０００上で実行されるソフトウェアルーチンにより、カード１０３５上で実行される暗号安全保障機構にアクセスすることができる。
「Ｊ２ＭＥ（ＪＳＲ１７７）のためのＳＡＴＳＡ」は、ジャバプラットフォーム、マイクロエディション（「ジャバＭＥ」）装置のための「安全性及び信頼性サービスＡＰＩ(Security and Trust Services API)」を定義するアプリケーションプログラミングインターフェース（「ＡＰＩ」）のためのジャバベースの仕様である。ＳＡＴＳＡは、暗号ＡＰＩ、デジタル署名サービス、及び利用者認定書管理を加えることにより、既にＪ２ＭＥとして知られている、ジャバＭＥプラットフォームのための安全保障機構を拡張する。
２つの無線モジュール１０５０、１０５５は、標準規格のＷｉＦｉ、ＷｉＭＡＸ又はその他の新興の無線標準規格回路への適切なインターフェースを与える。これらのモジュールは、高電力出力のトランジスタを含んでおり、太陽光パネル１００が通信システムの一部を形成できるように平面アンテナ構造を含むことができる。適切なアンテナ構造は、例えば、ヘンゼ・Ｎ．、ヴァイツ・Ｍ．、ホフマン・Ｐ．、ベンデル・Ｃ．、キルヒホッフ・Ｊ．、フルーヒティング・Ｈ．による、２００４年９月５〜８日に開催された「個人用の室内及び携帯電話無線通信」と題する第１５回ＩＥＥＥ国際シンポジウムの予稿集の第１巻で発行された、論文「移動体通信のための太陽光発電太陽電池を有する平面アンテナの研究」６２２〜６２６頁に開示されている。
ＧＰＳモジュール１０６０により、ＧＳＭ、並びに、無線モジュール１０４５、１０５０及び１０５５又はＩ／Ｏモジュール１０２０により伝送される暗号化されたデータ内に位置情報を組み込むことができる。他の場所検知装置(location-sensitive arrangements)を利用することができるが、ＧＰＳ技術は、既に十分に確立されており、標準規格に従っている。
複数の電力通知モジュール５００、デジタル管理コントローラ８２０及び／又は追加の機能８１５の組み合わせにより開発された安全構成(security architecture)の著しい利点は、有線接続又は無線接続を介して太陽光パネル１００に取り付けられ得る広範囲の異なる種類の変換器に、同じ原理を拡張できることである。これにより、プロセッサ１０００は、例えば、様々な波長の太陽放射を計測し、他の種類の電離及び非電離放射、振動、音、又は実際に、知的太陽光発電アレイ(intelligent photo-voltaic array)により電力供給される、安全な外部データ収集をサポートするどんなものでも検出することができる。
電力通知モジュール５００を与えるために、各ＰＶセル１０５内に規格化されたＩＣＣ回路構成を組み込むことの利点の１つは、前記モジュールが固有の識別番号で独自のものにされ(personalized)、データ出力が、秘密鍵で暗号化され得ることである。これにより、各ＰＶセル１０５内に一体化された信頼性のあるプラットフォームが作り出され、前記ＰＶセルは、セルが生成している電力量に関して信頼性のあるエネルギー証明書を作成するように構成されることができる。これらの証明書は、太陽光パネル１００上のパネル管理モジュール４００により収集され、各パネル１００からどれ位の再生可能なエネルギーが生成されているのかについての情報を通知するのに利用されることができる。
これらの複数の電力通知モジュール５００を含む複数のＰＶセル１０５が、製造又は展開される場合、各信頼性のあるモジュール５００は、固有のデジタル識別番号で独自のものにされ得るので、これらの複数のセル１０５を含む太陽光パネル１００は、使用の際に、一意的に識別され得る。
太陽光パネル１００は、複数のこれらのセル１０５から構成されるので、各太陽光パネル１００は、ことによると「マスター識別番号」と指定される１つのセルに基づいて、固有の識別番号Ｉｘ及び秘密鍵Ｋｘを与えられ得る。次に、他の各々の電力通知モジュール５００の識別番号及び秘密鍵は、このシリアル番号及び位置数字(location digit)、例えば、１、２、３等を含む。この識別番号は、耐改竄性及び／又は改竄防止機能付きシリコンの複数のＰＶセル１０５の構造内に深く埋め込まれるので、パネル１００を破壊せずに変更することは極めて難しい。
携帯用ハンドセット(mobile handset)の等価物として知的太陽光パネルを取り扱うことに著しい利点があり、なぜなら、これにより、再生可能なエネルギー生成を管理するために、ＥＴＳＩ（「ヨーロッパ通信規格協会」）及び３ＧＰＰ（「第三世代共同プロジェクト」）規格を革新的な方法で再利用することができるからである。電力通知モジュール５００の固有のデジタル識別番号Ｉｘは、３ＧＰＰ技術規格２３．００３に特定されるような国際移動設備認証（「ＩＭＥＩ」）に基づき得る。ＩＭＥＩ（１４数字及び確認数字）又はＩＭＥＩＳＶ（１６数字）は、携帯機器の製造元、モデル、及び整理番号の情報を含み、有効な機器を識別するために、ＧＳＭネットワークにより利用される。
任意選択的に、プロセッサ１０００は、識別モジュール１０１０と関連付けられているので、これは、第２の完全に異なる固有の識別番号Ｉｙ及び第２の秘密鍵Ｋｙを与え得る。このことは、この機能性を含むパネル管理モジュール４００を含んだ知的太陽光パネル１００自体が、複数のセル１０５から導かれる「マスター識別番号」Ｉｘと並んだ、無関係な、その独自の異なる識別Ｉｙを有する信頼性のあるプラットフォームになり得ることを意味する。これにより、例えば、プロセッサ１０００により、外部デバイス１０２５から、Ｉ／Ｏモジュール１０２０を介して受信される情報を個別に暗号化し、それ以降に、図１１に示され、以下に更に詳しく考察されるような信頼性のある太陽光パネル管理プラットフォーム１１００等の、別のネットワークに基づくサーバに伝送することが可能になり得る。これは、固有の識別番号Ｉｘ及び秘密鍵Ｋｘを第三者に漏らすことが望まれない場合に固有の識別番号Ｉｙ及び秘密鍵Ｋｙを用いて、第三者のために又は第三者によりデータを安全に収集するために、知的パネル１００が利用されているという、著しい利点を与え得る。
ＵＳＩＭ１０３５は、ＧＳＭモジュール１０４５を利用して、パネルを移動体として有効にするように意図されている場合に、ＧＳＭ／３Ｇ移動体通信事業者ネットワークに対してパネルを認証するのに具体的に利用される、別の異なる任意選択の信頼性のあるプラットフォームである、ということに留意するべきである。ここでは、ＵＳＩＭ内に含まれる国際携帯電話加入者識別（「ＩＭＳＩ」）番号は、今回は、移動体通信事業者により発行される別の固有の識別番号である。この場合、安全保障目的のために、固有の知的ＰＶアレイ１００の識別番号Ｉｘ又はＩｙが、ＩＭＳＩに固定される。これは、特定の携帯機器有効化知的ＰＶアレイ１００が、特定の移動体通信事業者に加入することでのみ機能し得るという利点を有する。
他方では、ＳＡＴＳＡ（ＪＳＲ１７７）を利用する場合、ＵＳＩＭカード１０３５とプロセッサ１０００との間の高速通信は、プロセッサ１０００上で実行されるソフトウェアルーチンにより、移動体通信事業者により所有される、カード１０３５上で実行される暗号安全保障機構にアクセスすることを可能にする。
製造(Fabrication)
図４、６及び１２に関して、集積回路技術は、電力通知モジュール５００において、又は実際に、パネル管理モジュール４００において必要とされる回路を生成するために、容易に利用されることができる。セル１０５のほとんどの表面領域を利用して、太陽光発電ｐ−ｎ接合デバイス及び電気接続を作製する。これらは、ウェーハ２１０により、周知の方法で与えられる共有の基板上に支持される。電力通知モジュール５００は、同じウェーハ２１０上のいずれかの便利な場所に位置し得る。
上記に記載されたような電力通知モジュール５００から信頼性のあるコンピューティングプラットフォームを作り出すために電力通知モジュール５００の回路トポロジ（circuit topology）の基礎をＩＣＣスマートカードに利用される回路トポロジに置くことから、著しい利点が導かれ得る。ＩＣＣスマートカード回路は、通常、耐改竄性又は改竄防止機能付き集積回路技術を利用して製造され、これを電力通知モジュール５００に利用して、耐改竄性及び／又は改竄防止機能付きＩＣＣ製造技術の新たな用途を作り出すことができる。適切な製造プロセスの例は、米国特許第５３６９２９９号に記載されている。これらのチップの典型的な製造者は、独国ミュンヘン近郊のノイビベルクに拠点を置くインフィネオン・テクノロジー株式会社である。
米国特許第５３６９２９９号に記載される構造は、例えば、回路の連続層を順番に取り除くことによる、及び／又は、格納されたデータを無許可で読み取る又は改竄することによる、集積回路の逆行分析(reverse engineering)を防止するように意図されている。一実施形態では、集積回路は、ボンディングパッドと共に保護層を有する。保護層上の金属パターンが、能動回路を与える集積回路の一部分を覆っており、一方、他の部分を露出させている。次に、キャップ層(cap layer)が金属パターンを内部に封入するが、能動回路を与える集積回路の一部分は尚も露出されたままにしておく。キャップ層における開口部により、金属パターンを介してボンディングパッドに外部から電気接続されることができる。キャップ層の材料は、そのキャップ層を取り除く試みが、一般に、炭化シリコン又は窒化シリコン等の回路の保護層及び／又は要素を損傷させることにより能動回路を破壊するように選択される。キャップ層を取り除くプラズマエッチング等の技術は、集積回路内に格納される電荷にも影響を与え得る。キャップ層を取り除くことに成功する場合、金属パターンは、集積回路の検査を更に難しくし、金属材料は、その金属材料を取り除く試みが、能動回路に極めて損傷を与えやすいように選択される。
図６及び図１２に関して、本発明の実施形態では、電力通知モジュール５００（又はパネル管理モジュール４００）として利用される上記に記載されたタイプの耐改竄性又は改竄防止機能付き集積回路は、例えば、製造中の同じ基板上へのフリップチップ実装の周知の技術により、別の方法では、同じ基板上に原位置で製造され、基板内に組み込まれ、並びに／若しくは、同じ耐候性封止容器内の複数のｐ−ｎ接合デバイス１０５で、及び／又は、ポリマー或いはポリマー系被膜及び／又はガラス材料等の物理的保護材料６１０で内部に封入されることにより、電力生成に利用される複数のｐ−ｎ接合デバイス１０５（図１２には示されないが、ＰＶモジュール１１０によって持たれる）と一体化され得る。
図１２は、電力通知モジュール５００又は、回路１２０５を持っている基板１２００を備えるパネル管理モジュール４００の断面図を示す。基板１２００と回路１２０５は、ＰＶモジュール１１０上にフリップチップ実装されており、前記ＰＶモジュール自体は、電力通知モジュール５００又はパネル管理モジュール４００を回路１２０５に接続するための回路１２１０を与える。図示されるように、接続は、ダイレクトコンタクト(direct contact)により行われるが、実際には、コンタクトパッド(contact pad)へのワイヤーボンド(wire bonds)等の技術が用いられてもよい。次に、ＰＶモジュール１１０及びそのフリップチップ実装装置１２００、１２０５は、上記に記載された透明ポリマー６１０の内部に封入される。
電力通知モジュール５００は、電力生成に利用されるｐ−ｎ接合デバイス１０５と密接に関係付けられているので、この電力通知モジュールはＰＶセル１０５自体から電力を供給されることができ、また、この技術は、極めて少しの電力しか消費しないので、ＰＶセル１０５の電力生成効率をそんなにも損なわない。このことは、太陽光セル１０５が電気を生成していないときに電力通知モジュール５００が機能することを必要とされなければ、前記太陽光セルが、その能動的電力供給及び接地接続のための外部接続を全く必要としないこと、を意味する。しかしながら、ＣＰＵ９００を開始するためのリセット端子及び外部クロック信号を受信するためのクロック端子は、必要とされる場合があり、例えば、太陽光パネル１００上のパネル管理モジュール４００のデジタル管理コントローラ８２０に適切な方法で接続され得る。
パネル管理モジュール４００は、電力通知モジュール５００と同じ方法で製造されることができる。しかしながら、前記パネル管理モジュールは、１つのＰＶセル１０５のウェーハ２１０上ではなく、負数のＰＶセル１０５と共有される基板としての太陽光パネル１００のバッキングパネル(backing panel)１４０上で支持される。
本発明の利用
上記実施形態で記載される主要なインベンティブステップ(inventive step)は、太陽光パネル１００内に１つ以上の安全なプロセッサを組み込むことであり、それにより、前記太陽光パネルは、それが生成している電気量を「自己確証」するのに利用され得る信頼性のあるプラットフォームになる。通信回路を組み込むことにより、そのようなパネル１００を遠隔で管理、監視することができ、同様に、集積通信ネットワークの一部になり得る。更に、ＧＰＳ受信器１０６０を組み込むことにより、再生可能なエネルギーが生成されているパネル１００の場所を記録することができる。この文脈での「組み込まれる」は、例えば、ボンディング等の周知の半導体チップ技術を利用して、パネル１００上に又は前記パネル内に実装されることを意味する。実際には、これは、パネル１００と同じ耐候性被膜６１０内への封じ込めも意味する。
極めて高度の集積化を利用することにより、知的太陽光パネル１００は、本質的に、単一の部品になる。このことは、この分野における信頼性及び使い易さに関して著しい利点を有することになる。
図１１に関して、パネル１００上のパネル管理モジュール４００は、信頼性のある太陽光パネル管理プラットフォーム１１００を与えるネットワーク基盤サーバにリンクされた、「シンクライアント」として設定され得る。通信面から、固定ネットワークと無線ネットワークの両方を利用した、信頼性のある太陽光パネル管理プラットフォーム１１００への安全な接続のための幾つかの選択肢がある。図１１に示される配置は、知的太陽光パネル１００がインターネット１１０５にアクセスするために、「常時オン状態の」携帯端末データ接続(cellular data connection)１１２０が利用される、単なる例である。
局所無線アクセスネットワーク１１３０は、無線搬送装置(radio bearer)のために認可された又は未認可の周波数域を、又は、その事象のために、いずれかの組み合わせを利用し得る。インターネットアクセスへのデータ接続１１２０について同じことが行われ、この柔軟性により、知的太陽光パネル１００は、環境に従う異なる技術的及び商業的構成に、又は、ことによると、旧来の着想と新規の着想の組み合わせに基づいた新規の構成に対処できる。
知的太陽光パネル１００は、ここでは、ＭＶＮＯ（「携帯機器仮想ネットワーク事業者」）により実行されるネットワークにわたり通信するためのＧＳＭ又はＵＭＴＳ携帯端末デバイスの一部として記載される。ＭＶＮＯを扱う文献は、ミッシェル・ドゥ・リュサネらにより「ＭＶＮＯになるべきか？」と題して記述され、フォレスターリサーチにより２００１年９月に発行された。ＭＶＮＯは、一般に、認可された移動体通信事業者と商業協定を結ぶサービスプロバイダである。本発明の文脈では、サービスプロバイダは、例えば、特定の領域で知的太陽光パネル１００を操作する。知的太陽光パネル１００は、本質的に、ＵＳＩＭ１０３５にリンクされた「携帯機器加入」により有効にされる携帯用ハンドセットの等価物である。これらの加入者数を管理可能レベルに削減するために、設置内の１つのパネル１００のみが、「移動体として有効にされ」、他の複数のパネルが、それらの無線モジュール１０５０、１０５５又はＩ／Ｏモジュール１０２０を介して前記１つのパネルに安全にリンクされる、ことが適切であり得る。次に、この有効にされたパネル１００は、設置全体に対する安全な通信ノードとして動作する。
ＵＳＩＭカード１０３５（スロットに入れられる又はハードワイヤードの(either slotted in or hard wired)）及びＧＳＭモジュール１０４５は、デバイス ＭＶＮ ＯＧＳＭ／３Ｇ携帯機器加入を管理する。電源投入時に、パネル１００は、携帯電話と同じ方法で、携帯電話ネットワーク１１１５に自動的に認証されることになる。ＵＳＩＭカード内にプログラム化される安全な認定書は、秘密鍵「Ｋ１」と国際携帯機器加入者識別（「ＩＭＳＩ」）番号とを含む。これは、実際には、固有の利用者名であり、前記利用者名は、移動体通信事業者のホーム位置登録（「ＨＬＲ」）上に、又は、ホーム加入者副システム（「ＨＳＳ」）１１１０と呼ばれる３ＧＰＰバージョン上に保持されるアカウント詳細で確認される。
ＧＳＭ／３ＧＰＰ携帯電話ネットワーク１１１５は、アクセスネットワークとしてのみ利用され、移動体通信事業者のＨＬＲ／ＨＳＳ１１１０は、知的太陽光パネル１００の安全な管理に関与する必要があり得ないことに留意するべきである。
太陽光パネル１００は、インターネットアクセス接続１１２０により到達するインターネット１１０５を介して信頼性のある太陽光パネル管理プラットフォーム１１００にリンクされた、シンクライアントとして構成される。管理プラットフォーム１１００は、組み込まれた識別番号Ｉｘ及び／又はＩｙに相互参照され、各太陽光セル１０５上の電力通知モジュール５００に格納される、展開されたあらゆる知的太陽光パネル１００のデータベースを含む。前記管理プラットフォームは、組み込まれたＧＰＳ受信器１０６０によって得られる通常の暗号化された位置修正(a regular encrypted location fix)と相互参照される登録された位置の詳細も含む。これにより、通常利用される技術は、盗まれた携帯機器が利用されるのを無効にすることができる。パネル１００が、管理プラットフォーム１１００における位置エントリ(location entry)に対し同様な変更をせずに移動する場合、例えば、盗まれた場合、知的太陽光パネル１００は、それ自体を、盗難「灰色」リストに登録することができ、ことによると、異なる動作モードを採用し得る。これは、電力生成能力を無効にすることを含む。
追加の機能８１５のプロセッサ１０００上で実行されるクライアントソフトウェアの一機能は、パネル１００からの電力が異なる計測器を通過することを必要とせずに、どれ位の電気が生成されているのかを通知することを含み得る。次に、これは、どれ位の再生可能な電気が生成されているのかに従って、「炭素クレジット」を自動的に与える等の信頼性のあるプロセスに対応し得る。従って、パネル管理モジュール４００は、信頼性のある計測データを作り出すための第２の安全保障モジュールとして見なされ得る。
これの新規の部類の太陽光パネル１００は、公共又は私的無線に基づいた通信基盤と、中央管理的な太陽光発電照明等の周辺サービスとを提供することを含み得る、更なる波及効果も与え得る。
本発明の他の態様
本明細書に記載される実施形態は、単結晶シリコン基板に基づく第一世代のＰＶアレイに関するが、薄膜又はアモルファスシリコンに基づく第二世代又は第三世代のデバイス、又は化合物半導体デバイスに対して、同じ結果を得ることができる。この場合、ハイブリッド半導体技術を利用して、電力通知モジュール５００は、ＰＶアレイ内に組み込まれることができる。前記電力通知モジュールは、尚も、ＰＶセル自体から電力が供給されることができる。
更に、同じ結果を得るために、電力通知モジュール５００及び管理モジュール４００の信頼性のある機能性及び通信機能は、再生可能なエネルギーを生成する他の形態で利用されてもよい。例えば、風力（あるいは水力）タービン又は太陽熱パネルは、同様に、破壊することなく変更することが極めて難しい、装置構造内に深く組み込まれた耐改竄性及び／又は改竄防止機能付き電力通知モジュール５００を含み得る。
上記に記載された本発明の実施形態では、電力通知モジュール５００と管理モジュール４００は、個別に記載されている。しかしながら、これらの２つのモジュールの機能は、異なるように分配されてもよい。例えば、電力通知モジュールは、上述のシンクライアントとして構成されてもよい。その上、例えば、２つのモジュール４００、５００の機能は、単一の集積ハイブリッド又はプリント回路として構築される１つのモジュールにおいて組み合わされてもよい。
本発明の実施形態の主要な利点は、電力通知モジュール５００又はそれのいずれかのコンポーネント、若しくは、それに関連するいずれかのもの等の、安全なハードウェアのいずれかのエレメントに対して無許可に改竄することにより、パネルの自動化安全動作、及び／又は、それにより伝送される情報の属性を引き起こし得ることである。例えば、パネルの電力生成特性が部分的に又は完全に無効化され得る、又は、警告を発するために、信号がバックエンドサーバに送信され得る。

Claims (23)

  1. 少なくとも２つの太陽光セルのアレイを有する太陽放射を電気出力に変換するための太陽光電力変換装置であって、
    （Ａ）前記太陽光セルごとに設けられた電力通知モジュールであって、前記電力通知モジュールは、
    （ｉ）電流センサと；
    （ｉｉ）電圧センサと；
    （ｉｉｉ）アナログ・デジタル変換器と；
    （ｉｖ）デジタル計測コントローラと；
    を有する、ところの電力通知モジュールと、
    （Ｂ）信頼性がありかつ識別可能な計測データを作るために、固有のデジタル識別番号および暗号鍵を有する安全保障情報を前記計測データに関連づける安全保障モジュールを与えるための少なくともひとつの情報処理装置であって、各前記太陽光セルに対応して設けられるところの情報処理装置と、
    （Ｃ）前記信頼性がありかつ識別可能な前記計測データを、前記太陽光電力変換装置から出力するインターフェースと
    （Ｄ）前記電気出力を管理するための管理モジュールであって、前記信頼性がありかつ識別可能な前記計測データを、前記安全保障モジュールから受信し、かつ、データを前記インターフェースに伝送するように接続されている、ところの管理モジュールと
    を備え、
    前記電流センサと前記電圧センサは、前記アナログ・デジタル変換器に出力を伝送するように接続されており、前記アナログ・デジタル変換器は、前記太陽光電力変換装置によって生成された電力量を含む計測データを供給するために、前記デジタル計測コントローラに出力を供給するように構成されており、
    前記管理モジュールは、少なくとも２つの安全保障モジュールから信頼性がありかつ識別可能な計測データを受信するように接続されており、
    前記太陽光電力変換装置は、耐候性封止容器の内部に封止されている、
    太陽光電力変換装置。
  2. 前記インターフェースは、通信リンクに接続されている、請求項１に記載の太陽光電力変換装置。
  3. 前記構成要件（ｉ）から（ｉｖ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、共有基板上に又は前記共有基板内に実装されている、請求項１又は２に記載の太陽光電力変換装置。
  4. 前記アナログ・デジタル変換器、前記デジタル計測コントローラ、及び前記情報処理装置は、共に１つの集積回路を与える、請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  5. 少なくとも１つの他の太陽光電力変換装置に接続されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  6. 前記構成要件（ｉ）から（ｉｖ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、永続的な電気的接続の手段により接続されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  7. 前記構成要件（ｉ）から（ｉｖ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、単一のプリント回路又はハイブリッド回路の手段により接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  8. 前記構成要件（ｉ）から（ｉｖ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、半導体製造及び／又は組立技術により共有基板上に又は前記共有基板内に構成されている導体により接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  9. 前記安全保障モジュールは、前記計測データに関して信頼性のあるデジタル証明書を作成するように構成された信頼性のあるモジュールを含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  10. 前記安全保障モジュールは集積回路カードチップを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  11. 受信器を更に備え、前記太陽光電力変換装置を遠隔で管理するべく、前記情報処理装置及び／又は前記管理モジュールは、前記受信器を介して入ってくる通信に応答する、請求項２から請求項１０のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  12. 前記管理モジュールは、加入者識別モジュールを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  13. 前記管理モジュールは、蓄電池センサを有し、前記蓄電池センサから蓄電池の監視データを受信するように接続されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  14. 前記管理モジュールは、前記データを前記インターフェースに伝送する前に、前記信頼性がありかつ識別可能な前記計測データを蓄電池の監視データと照合するようにさらに構成されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載に記載の太陽光電力変換装置。
  15. 前記情報処理装置及び／又は前記管理モジュールは、安全なネットワーク上のサーバにリンクされているシンクライアントとして構成されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  16. 場所検知装置を更に備える、請求項１から１５のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  17. 前記太陽光電力変換装置は太陽光パネルであり、前記安全保障モジュールは、使用の際に、登録された太陽光パネルの位置エントリを保持するためのデータベースを備えた管理プラットフォームにネットワークを介して接続されており、前記太陽光パネルが登録された位置エントリを変更せずに動かされた場合、それ自体が盗まれたものとして登録し、かつ、当該太陽光パネルの電力生成能力を無効にする、請求項１６に記載の太陽光電力変換装置。
  18. 前記安全保障モジュールは、無許可の改竄の場合に、前記太陽光パネルの電力生成特性を部分的にまたは完全に無効化するか、または、警告を発するための信号をバックエンドサーバに送信する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  19. 前記管理モジュールに、様々な種類の太陽放射、電離および非電離放射、振動、音を含む外部データを収集しかつ変換する変換器が無線または有線接続を介して接続されている、請求項１から１８のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  20. 前記デジタル計測コントローラは前記情報処理装置を有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  21. 前記デジタル計測コントローラの出力は、デジタル符号化電力計測読み出し値を有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  22. 前記安全保障モジュールは信頼性のあるモジュールを備え、前記信頼性のあるモジュールは、任意の１以上のデータ格納、改竄検出、１対の鍵の管理、識別、認証、及び上りリンクのデータ流れの暗号化を提供するように構成されている、請求項１から２１のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
  23. 前記情報処理装置は前記インターフェースを有する、請求項１から２２のいずれか一項に記載の太陽光電力変換装置。
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