太陽光装置
【課題】本発明は、コスト削減と設置及びメンテナンスなどを効率的に行うことができる太陽光装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の太陽光装置は、太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する太陽光モジュールと、太陽光モジュールから出力された入力電圧を検出し、検出された入力電圧を通じて最大電力点に対応する直流電圧を出力する直流コンバータと、直流コンバータで検出した入力電圧及び最大電力点に対応する直流電圧を含むデータを伝送するインターフェース部と、インターフェース部から受信したデータに太陽光モジュールに対するデータを結合して伝送するデータ結合器と、データ結合器から受信したデータから直流電圧オフセットを除去するデータ合成器と、直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を追跡するデータ制御器と、を含む。
【解決手段】本発明の太陽光装置は、太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する太陽光モジュールと、太陽光モジュールから出力された入力電圧を検出し、検出された入力電圧を通じて最大電力点に対応する直流電圧を出力する直流コンバータと、直流コンバータで検出した入力電圧及び最大電力点に対応する直流電圧を含むデータを伝送するインターフェース部と、インターフェース部から受信したデータに太陽光モジュールに対するデータを結合して伝送するデータ結合器と、データ結合器から受信したデータから直流電圧オフセットを除去するデータ合成器と、直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を追跡するデータ制御器と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、天然資源の枯渇と火力及び原子力発電に対する環境や安定性などの問題から、環境にやさしい代表的なグリーンエネルギーである太陽光及び風力に対する研究が活発に行われている。特に太陽光発電は無限でクリーンエネルギーという観点から非常に脚光を浴びており、車両、玩具、住居用発電及び街灯などに限らず、系統線（電力線）と遠く離れている無人灯台、時計塔、通信装置などに非常に多様に活用されている。
【０００３】
ところが、太陽エネルギーを電力に変換させる太陽電池の変換効率は略１０％程度に留まっている。よって、太陽エネルギーをどのように効率的に取得できるのかが当面の課題である。
【０００４】
太陽電池(solar cell)は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するものとして、電圧源または電流源とは言えない特殊な電源である。一般的な線形電圧源(linear voltage source)を用いる場合は、負荷条件にかかわらず所望の動作条件を得ることができる。
【０００５】
太陽電池は代表的な非線形ソースであるので、太陽電池から生成する電力は、負荷条件や日照量或は周囲温度によってその大きさが変化する特徴を有している。
【０００６】
従って、太陽電池から最も大きい有効電力を得ることができる最大電力点(Maximum Power Point：MPP)を追跡(Tracking)して固定させる技術が必要であった。
【０００７】
しかし、従来の無線通信を利用した太陽光（発電）装置は無線通信装置及び中継機を必要とするので、コスト上昇だけでなく設置環境が制約されることも多い。また、有線通信を利用した太陽光装置は通信専用ケーブル線を必要とするので、コスト上昇、設置、メンテナンスが困難であるという短所がある。
【０００８】
また、従来の最大電力追跡制御装置は、入力と出力に対するそれぞれの電流値及び電圧値の検出器が必要であり、複数のアナログ/デジタルコンバータが必要となるなど多くの部品が使われ、コスト上昇の主な原因となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、太陽光（太陽電池）モジュールから直流/交流コンバータ、または直流コンバータから直流/交流コンバータの間に設置された直流ケーブル線を介してデータを送受信して、コスト削減と設置及びメンテナンスなどを効率的に行うことができる太陽光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例に係る太陽光装置は、太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する太陽光モジュールと、太陽光モジュールから出力された入力電圧を検出し、検出された入力電圧を通じて最大電力点に対応する直流電圧を出力する直流コンバータと、直流コンバータで検出した入力電圧及び最大電力点に対応する直流電圧を含むデータを伝送するインターフェース部と、インターフェース部から受信したデータに太陽光モジュールに対するデータを結合して伝送するデータ結合器と、データ結合器から受信したデータから直流電圧オフセットを除去するデータ合成器と、直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を追跡するデータ制御器と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流ケーブル線を利用して直流コンバータの最大電力点の追跡を簡単且つ効率的に行うことができる。また、直流コンバータの構成を単純化して、安価な太陽光装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る太陽光装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る太陽光装置の構成図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る直流コンバータのブロック図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る直流コンバータのブロック図である。
【図６ａ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図６ｂ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図６ｃ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図６ｄ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図７】本発明の一実施例に係るデータ制御器の構成図である。
【図８】本発明の一実施例に係る各太陽光モジュールに対する情報が、データ結合器によって直流ケーブル線を介して伝達される方式を示す図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示す図である。
【図１２】本発明の一実施例に係る太陽光モジュールをバッテリーセルに代替した太陽光装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例に係る太陽光（発電）装置の構成図である。図１に示すように、太陽光装置は太陽光モジュール１０、直流コンバータ２０、無線通信部(RF)３０、中継機４０、直流/交流コンバータ５０を含む。一実施例で、太陽光装置は、構成要素が直列に連結され、直列に連結された太陽光装置は並列に複数個のアレイを構成することができる。
【００１５】
一実施例では、太陽光モジュール１０は太陽エネルギーを吸収するためのモジュールとして太陽電池からなることができる。一実施例では、太陽光モジュール１０はシリコンで構成されたウェハからなることができる。
【００１６】
各太陽光モジュール１０は、各太陽光装置の日照条件や温度条件に応じてその位置を変えることができる。一実施例では、太陽光モジュール１０はＰ型半導体とＮ型半導体を接合させた形態で構成することができる。光が太陽光モジュール１０に照射されると、光が有しているエネルギーにより太陽光モジュール１０に正孔(Hole)と電子(Electron)が発生し、この時正孔はＰ型半導体側に、電子はＮ型半導体側に集まることになり、これによって、電位差が発生し、電流が流れることになる。
【００１７】
ここで、太陽光モジュール１０は、光エネルギー(太陽エネルギー)を電気エネルギーに変えるモジュールとして、一般的な電気エネルギー源(代表的に電気-化学バッテリー、発電機)とは異なる電気的特性を有している。既存の電気エネルギーは、線形電圧源(Linear Voltage Source)の特性を有しているので、負荷端に線形や非線形の負荷がかかっても、常に一定電圧を維持しながら安定して動作し、一つの動作点しか有しないので、いかなる入出力条件でも常に安定したシステムで動作する。すなわち、線形電圧源を有する電気エネルギー源を用いる場合は、負荷条件にかかわらず所望の動作条件が得られるようになる。しかし、太陽光モジュール１０は、既存の電気エネルギーとは異なる非線形ソース(Non Linear Source)の特性を有しているので、負荷端に線形や非線形の負荷がかかると、一定電圧を維持できず、複数の動作点を有することになるなど不安定に動作することになる。
【００１８】
直流コンバータ２０は、太陽光モジュール１０から出力する最大電力点を追跡することができる。直流コンバータ２０は、後述する入力検出器２１及び出力検出器２３を含むことができる。
【００１９】
一実施例では、直流コンバータ２０は、入力検出器２１により検出された電圧または電流値と、出力検出器２３により検出された電圧または電流値とを用いて、各太陽光モジュール１０から最大の電力を出力する最大電力点を追跡することができる。直流コンバータ２０の詳しい構成は後述する。
【００２０】
無線通信部３０は、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報を中継機４０に伝送する。
【００２１】
中継機４０は、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報を無線通信部３０から受信する。また、中継機４０は、各太陽光モジュール１０が有している情報、例えば、各太陽光モジュール１０の識別番号(ID)、各太陽光モジュール１０が受ける太陽光の強度(日射量)、太陽光モジュール１０の温度(表面温度)に対する情報を受信することができる。
【００２２】
中継機４０は、情報をリアルタイムで監視し、各太陽光装置から最大電力を出力できない場合、最大電力点を追跡するように太陽光装置を制御することができる。
【００２３】
直流/交流コンバータ５０は、受信した直流電力を交流電流に変換して負荷に供給する。しかし、上記のように、無線通信を利用した太陽光装置は、別途の無線通信部３０及び中継機４０を必要とするので、コスト上昇だけでなく設置環境が制約されるという問題がある。
【００２４】
図２は、本発明の他の実施例に係る太陽光装置の構成図である。図２に示すように、太陽光装置は太陽光モジュール１０、直流コンバータ２０、有線通信部６０、直流/交流コンバータ５０、データ制御器７０を含む。
【００２５】
太陽光モジュール１０、直流コンバータ２０及び直流/交流コンバータ５０は、図１で説明したものと同一なので、詳しい説明は省略する。
【００２６】
各有線通信部６０は相互に有線で連結され、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報をデータ制御器に伝送する。
【００２７】
データ制御器７０は、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報を、各有線通信部６０を介して受信する。また、データ制御器７０は、各有線通信部６０を介して各太陽光モジュール１０が有している情報、例えば、各太陽光モジュール１０の識別番号(ID)、各太陽光モジュール１０が受ける太陽光の強度(日射量)、太陽光モジュール１０の温度(表面温度)に対する情報を受信することができる。
【００２８】
データ制御器７０は、情報をリアルタイムで監視し、各太陽光装置から最大電力を出力できない場合、最大電力点を追跡するように太陽光装置を制御することができる。
【００２９】
しかし、上記のように有線を利用した太陽光装置は、別途の通信専用ケーブル線を必要とするので、コスト上昇、設置及びメンテナンスが困難であるという問題がある。
【００３０】
図３は、本発明の一実施例に係る直流コンバータのブロック図である。直流コンバータ２０は、入力電圧検出器２１ａ及び入力電流検出器２１ｂを含む入力検出器２１、出力電圧検出器２３ａ及び出力電流検出器２３ｂを含む出力検出器２３、第１〜第４アナログ/デジタルコンバータ２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、制御部２５、最大電力追跡部２６、スイッチドライバー２７、スイッチング回路２８を含む。
【００３１】
入力電圧検出器２１ａは、太陽光モジュール１０から出力されてスイッチング回路２８に入力される電圧を検出する。入力電流検出器２１ｂは、太陽光モジュール１０から出力されてスイッチング回路２８に入力される電流を検出する。第１アナログ/デジタルコンバータ２２ａは、スイッチング回路２８に入力される入力電圧値をデジタル値に変換する。第２アナログ/デジタルコンバータ２２ｂは、スイッチング回路２８に入力される入力電流値をデジタル値に変換する。出力電圧検出器２３ａは、スイッチング回路２８から出力する電圧を検出する。出力電流検出器２３ｂは、スイッチング回路２８から出力する電流を検出する。第３アナログ/デジタルコンバータ２４ａは、スイッチング回路２８から出力する出力電圧値をデジタル値に変換する。第４アナログ/デジタルコンバータ２４ｂは、スイッチング回路２８から出力する出力電流値をデジタル値に変換する。最大電力追跡部２６は、入力電源値と出力電源値を用いて、太陽光モジュール１０が出力できる最大電力点を追跡する。
【００３２】
スイッチング回路２８は、太陽光モジュール１０から負荷に入力される電源の大きさを変換することができる。一実施例で、スイッチング回路２８は、トランジスター、例えばFET、MOSFETあるいはIGBTからなることができる。
【００３３】
制御部２５は、直流コンバータ２０の全般的な動作を制御することができる。制御部２５は、入力電圧値、入力電流値のいずれか１つを用いて、または、入力電圧値及び入力電圧を用いて、最大電力点を出力するようにする制御信号を生成して、最大電力追跡部２６に伝送することができる。
【００３４】
制御部２５は、出力電圧値、出力電流値のいずれか１つを用いて、または、出力電圧値及び出力電圧を用いて、最大電力点を出力するようにする制御信号を生成して、最大電力追跡部２６に伝送することができる。
【００３５】
制御部２５は、入力電源値及び出力電源値を用いて、最大電力点を出力するようにする制御信号を生成して、最大電力追跡部２６に伝送することができる。
【００３６】
制御部２５は、最大電力追跡部２６で追跡した最大電力値を出力するように、スイッチング回路２８を制御することができる。スイッチング回路２８は、制御部２５の制御によって、太陽光モジュール１０から負荷に入力される電圧値及び電流値の大きさを変換することができる。
【００３７】
上記のように、直流コンバータ２０は最大電力点を追跡するための構成を有するが、入力と出力に対する電流値及び電圧値に対する検出器を必要とするので、４個のアナログ/デジタルコンバータが要求されるなど、複雑で多くの構成品が使われて、コスト上昇の主な要因として作用する。
【００３８】
また、図１〜図３に記載された太陽光装置では、各太陽光モジュール１０と各直流コンバータ２０で流れる電流は同一なので、各直流コンバータ２０から電流を直接検出する方法は非効率的であり、電流検出には高価な方式が使われるので、全体として太陽光装置のコストを上昇させることになる。よって、全体の太陽光装置のコスト削減及び設置、メンテナンスを効率的にできる方案が必要である。
【００３９】
図４は、本発明の他の実施例に係る太陽光装置の構成図である。図４に示すように各太陽光装置は、太陽光モジュール１００、直流コンバータ２００、インターフェース部３００、データ結合器４００、データ合成器５００、データ制御器６００、直流/交流コンバータ７００を含むことができる。
【００４０】
図４に示すように、各太陽光モジュールの構成要素は直列方式で連結され、各太陽光モジュール１００は並列に連結されて一つのアレイを構成することができる。
【００４１】
一実施例では、太陽光モジュール１００は、太陽エネルギーを吸収するためのモジュールとして太陽電池からなることができる。一実施例では、太陽光モジュール１００はシリコンで構成されたウェハからなることができる。各太陽光モジュール１００は、各太陽光装置の日照条件や温度条件に応じてその位置を変えることができる。太陽光モジュール１００は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。
【００４２】
直流コンバータ２００は、太陽光モジュール１００の出力電圧及び直流コンバータ２００の出力電圧を用いて、後述するデータ制御器６００によって最大電力点による出力電圧を生成して出力する。ここで、最大電力点とは、太陽光モジュール１００が負荷に供給できる最大電力値を意味する。
【００４３】
図４に示すように、各太陽光モジュール１００が出力する電圧値は、Vm１、Vm２、…、Vmnのように示しており、各太陽光モジュール１００と直列連結された直流コンバータ２００を介して最大電力を負荷に供給できるように電圧値を出力する。直流コンバータ２００から出力する出力電圧値は、Vo１、Vo２、…、Vonのように示している。
【００４４】
インターフェース部３００は、直流コンバータ２００で検出した入力電圧値及び追跡された最大電力点に対するデータを、直流コンバータ２００からデジタル値として受信して、後述するデータ結合器４００に伝送することができる。
【００４５】
データ結合器４００は、インターフェース部３００から受信したデータに、太陽光モジュール１００に対するデータを含ませて伝送する。
【００４６】
データ合成器５００は、各データ結合器４００から受信したデータから直流電圧オフセットを除去し、直流電圧オフセットが除去されたデータをデータ制御器６００に伝送する。
【００４７】
データ制御器６００は、直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を検出することができる。最大電力点は、全体としての太陽光装置が負荷に最大電力を供給するための点として、特定電圧に対応する最大電力値を意味し、特定電流に対応する最大電力値を意味する。
【００４８】
直流/交流コンバータ７００は、最大電力点に該当する最大電力を交流形態に変換して負荷に提供する。
【００４９】
図５は、本発明の一実施例に係る直流コンバータ２００のブロック図である。図５に示すように、直流コンバータ２００は、入力電圧検出器２１０、出力電圧検出器２３０、入力アナログ/デジタル変換部２２０、出力アナログ/デジタル変換部２４０、スイッチドライバー２５０、スイッチング回路２６０を含むことができる。
【００５０】
入力電圧検出器２１０は、太陽光モジュール１００から出力されてスイッチング回路２６０に入力される入力電圧を検出する。入力アナログ/デジタルコンバータ２２０は、検出された入力電圧をデジタル信号に変換する。出力電圧検出器２３０は、直流コンバータ２００の出力電圧を検出する。出力アナログ/デジタルコンバータ２４０は、検出された入力電圧をデジタル信号に変換する。
【００５１】
デジタル信号に変換された入力電圧及び出力電圧は、後述するデータ制御器６００によって最大電力点の追跡に利用され、最大電力点に対する追跡制御信号がスイッチドライバー２５０に伝達される。
【００５２】
スイッチドライバー２５０は、最大電力点に対応する電圧値を出力するようにスイッチング回路２６０を駆動する駆動信号を生成してスイッチング回路２６０に伝送する。スイッチング回路２６０は、スイッチドライバー２５０から駆動信号を受信して、最大電力点に対応する電圧値を出力するように作動する。
【００５３】
図６ａ〜図６ｄは、本発明の一実施例に係るデータ結合器４００の多様な実施例である。
【００５４】
データ結合器４００は、受信した各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータから直流電圧オフセットを除去し、各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合してデータ制御器６００に伝送、またはデータ制御器６００からデータを受信してインターフェース部３００に伝送する。
【００５５】
結合のために図６ａ〜図６ｄの実施例を利用する。
【００５６】
図６ａは、キャパシターを用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００５７】
図６ｂは、トランスフォーマーを用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００５８】
図６ｃは、ミキサー(Mixer)を用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００５９】
図６ｄは、マルチプレクサ(MUX：Multiplexer)を用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００６０】
図７は、本発明の一実施例に係るデータ制御器６００の構成図である。図７に示すように、データ制御器６００は電流検出器６１０、アナログ/デジタルコンバータ６２０、制御部６３０、最大電力追跡部６４０を含む。
【００６１】
電流検出器６１０は、直流コンバータ２００から出力された電流を検出する。アナログ/デジタルコンバータ６２０は、検出された出力電流をデジタル信号に変換する。
【００６２】
制御部６３０は、各直流コンバータ２００(１〜N)の出力電圧(V０１〜ON)を、電流検出器で検出された電流値(I)と乗じて、各太陽光モジュール１００が出力する電力値(PM１〜PMN)を計算する。また、各太陽光モジュール１００が出力する出力電圧値及び各太陽光モジュール１００に対する情報を収集して、最大電力点を追跡するように後述する最大電力追跡部６４０を制御する。
【００６３】
最大電力追跡部６４０は、最大電力追跡アルゴリズムを用いて各直流コンバータ２００に含まれたスイッチング回路のデューティ比を決めて、最大電力点を追跡することができる。
【００６４】
図８は、本発明の一実施例に係る各太陽光モジュール１００に対する情報が、データ結合器４００によって直流ケーブル線を介して伝達される方式を示す図である。
【００６５】
一実施例では、太陽光モジュール１００から出力された電圧は、直流コンバータ２００で検出され、アナログ/デジタルコンバータによってデジタル信号に変換され、インターフェース部３００によって識別番号(ID)を与えられ、情報N１〜NKとフレームNに定型化(formatted)される。一実施例では、情報N１〜NKは、太陽光モジュール１００の出力電圧VMN、直流コンバータ２００の出力電圧VON、太陽光モジュール１００の表面温度などに対する情報を意味するが、これに限定されるものではない。
【００６６】
定型化されたフレームNは、デジタルまたはアナログ信号に変調され、データ結合器４００によってVONの直流電圧オフセット(DC offset)を有し、T１の時間の間結合される。他の太陽光モジュール１００のフレームも、上記と同様な方式でインターフェース部３００によって順次定型化され、各データ結合器４００によって直流電圧オフセット(DC offset)を有し、一定時間の間結合される。一番高い電位を有する直流コンバータ２００にはVO１〜VONが合わされた電位がかかり、データ結合器４００はフレーム１からフレームNまでのすべてのデータを合わせて、直流ケーブル線を介してデータ合成器５００に伝送する。
【００６７】
データ合成器５００は、受信した各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータから直流電圧オフセットを除去し、各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを合成してデータ制御器６００に伝送する。各太陽光モジュール１００に対する情報は、各太陽光モジュール１００の出力電圧、識別番号、各太陽光モジュール１００の表面温度、日照時間などを含むことができる。
【００６８】
データ制御器６００は、受信したデータがアナログ信号である場合、復調する過程を行い、受信したデータがデジタル信号である場合、復調過程を行わない。
【００６９】
一実施例では、直流ケーブル線を介してデータ合成器５００にデータを伝送する際、アナログ信号とデジタル信号のいずれかで伝送するかは、太陽光装置に応じて選択的に適用することができる。
【００７０】
データ制御器６００は、直流電圧オフセットが除去されたデータを制御部によって読み取り、電流検出器によって電流を検出する。データ制御器６００は、各太陽光モジュール１００の出力電圧であるVM１〜VMN、または各直流コンバータ２００(１〜N)の出力電圧(V０１〜ON)を、電流検出器で検出された電流値(I)に乗じて、各太陽光モジュール１００が出力する電力値(PM１〜PMN)を計算する。各太陽光モジュール１００が出力する電力値及び出力電圧値などに対する情報は、使用者や管理者が監視するために用いることができる。
【００７１】
最大電力追跡部６４０は、情報及び最大電力追跡アルゴリズムを用いて、各直流コンバータ２００の内部スイッチング回路２６０のデューティ比を決めることができる。ここで、デューティ比とは、デジタル信号のある周期内の波形の１と０の値の比率を意味し、スイッチング回路２６０がONまたはOFFになる時間間隔を意味する。
【００７２】
制御部６３０は、各直流コンバータ２００(１〜N)内に含まれた各スイッチング回路２６０のデューティ比に関する情報或いは必要な制御信号などを、図８に図示したようにN１〜NK形態にフレーム化して、デジタルまたはアナログ信号としてデータ結合器４００に伝送する。データ結合器４００は、直流ケーブル線を介して各データ結合器４００(１〜N)にフレーム化されたデータを伝送し、各データ結合器４００(１〜N)は、フレーム化されたデータから直流成分をオフセットする。デジタル形態で転送されたデータは復調過程なしに読み取られるが、アナログ信号に変調した情報は復調されてから読み取られる。各インターフェース部３００(１〜N)は、固有の識別情報(ID)に該当する信号のみ認識し、残りは無視する。各直流コンバータ２００は、認識された情報に応じて命令を遂行する。例えば、各直流コンバータ２００の内部スイッチング回路２６０のデューティ比によって、各太陽光モジュール１００の出力電圧(VM１〜VMN)と各直流コンバータ２００の出力電圧(VO１〜VO２)が再調整されると共に再検出される。再検出された値は、各インターフェース部３００、各データ結合器４００、直流ケーブル線を介してデータ合成器５００に転送され、データ制御器６００で再解釈される。再解釈された情報によって、再び最大電力追跡アルゴリズムによって各スイッチング回路２６０のデューティ比が決定され、再び各直流コンバータ２００を制御して各太陽光モジュール１００の出力電圧と各直流コンバータ２００の出力電圧を調整し、所望の最大電力点に達するまでこの過程は繰り返される。
【００７３】
図９〜図１１は、本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示した図である。図９は、本発明の一実施例の太陽光装置が、理想的に動作した時の状態を示したものとして、各太陽光モジュール１００は等しく最大電力値である１００Wだけ電力を出力し(内部消耗電力を無視するとする)、各直流コンバータ２００の出力電圧は３０Vとして同一であり、各太陽光モジュール１００に流れる電流は３.３３Aとして同一であると仮定する。
【００７４】
図１０は、太陽光装置の状態が変化した場合の状態を図示した図である。特に、太陽光モジュール１００が合計１０個であり、そのうちの太陽光モジュール１００の状態が変化した場合を想定した図である。
【００７５】
一実施例では、太陽光装置の状態が変化した場合とは、太陽光モジュール１００に陰が発生した場合、または、その他外部の原因によって状態が変化した場合を意味する。図１０に示すように、太陽光モジュール１００の状態が変化した場合、太陽光モジュール１００(１〜９)まで各直流コンバータ２００の出力電圧は３０Vから３４Vに、太陽光モジュール１００の電圧は２０Vに変わり、太陽光モジュール１００に流れる電流が３.３３Aから１.５Aに減少して、全体の太陽光装置に流れる電流に影響を与えることになる。すなわち、全体の太陽光装置に流れる電流が１.５Aに減少することになる。
【００７６】
よって、太陽光モジュール１００(１〜９)が出力する電力値は５１Wになり、太陽光モジュール１００が出力する電力は３０Wになって、太陽光モジュール１００(１〜１０)が出力する全体の出力値は４８９Wとして、図９の全体の太陽光装置に比べて５１１W減少した電力値を出力する。
【００７７】
この場合、図８で説明した方法では、各直流コンバータ２００の出力電圧及び各太陽光モジュール１００に流れる電流値に対する情報を伝送し、データ制御器６００によって太陽光モジュール１００の最大電力点を追跡できるまで命令と情報をやり取りすることになる。
【００７８】
図１１は、太陽光モジュール１００の最大電力点が検出された場合の全体の太陽光装置の状態を示した図である。図１１に示すように、最終的に太陽光モジュール１００の最大電力点は直流コンバータ１０によって１９Vと２.９Aに再調整され、残りの太陽光モジュール１００(１〜９)は２.９Aから最大電力点を得るために３４.４８Vに再調整されて、合計電力は９５５.１Wに増加する。
【００７９】
即ち、異常が生じた太陽光モジュール１００を除いた残りの太陽光モジュール１００は１００Wに復帰して、全体の太陽光装置が図１０のように出力電力値が低下することを防止することがある。
【００８０】
このような方法で、各太陽光モジュール１００の不整合(mismatch)や特定の太陽光モジュール１００に異常が生じて効率が減少し、全体システムの効率を減少させる問題を解消できるので、既存の最大電力追跡システム方式に比べて、単純且つ効率的に運営することができる。これと同じ方法で、各太陽光モジュール１００と各直流コンバータ２００の温度測定データ、過電圧及び過電流保護などの情報を受けて命令を再伝達することで、全体の太陽光装置を監視及び保護することができる。
【００８１】
図１２は、本発明の一実施例に係る太陽光モジュール１００をバッテリーセルに代替した太陽光装置の構成図である。
【００８２】
図４で、各太陽光モジュール１００は電気自動車または太陽光充電用電池のバッテリーセル(Cell)に代替することができ、これによって、追加的なシステムを用いることなくバッテリー運営システムに適用することもできる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施例に対して説明したが、本発明は上述の特定の実施例に限定されるものではなく、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなくいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、天然資源の枯渇と火力及び原子力発電に対する環境や安定性などの問題から、環境にやさしい代表的なグリーンエネルギーである太陽光及び風力に対する研究が活発に行われている。特に太陽光発電は無限でクリーンエネルギーという観点から非常に脚光を浴びており、車両、玩具、住居用発電及び街灯などに限らず、系統線（電力線）と遠く離れている無人灯台、時計塔、通信装置などに非常に多様に活用されている。
【０００３】
ところが、太陽エネルギーを電力に変換させる太陽電池の変換効率は略１０％程度に留まっている。よって、太陽エネルギーをどのように効率的に取得できるのかが当面の課題である。
【０００４】
太陽電池(solar cell)は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するものとして、電圧源または電流源とは言えない特殊な電源である。一般的な線形電圧源(linear voltage source)を用いる場合は、負荷条件にかかわらず所望の動作条件を得ることができる。
【０００５】
太陽電池は代表的な非線形ソースであるので、太陽電池から生成する電力は、負荷条件や日照量或は周囲温度によってその大きさが変化する特徴を有している。
【０００６】
従って、太陽電池から最も大きい有効電力を得ることができる最大電力点(Maximum Power Point：MPP)を追跡(Tracking)して固定させる技術が必要であった。
【０００７】
しかし、従来の無線通信を利用した太陽光（発電）装置は無線通信装置及び中継機を必要とするので、コスト上昇だけでなく設置環境が制約されることも多い。また、有線通信を利用した太陽光装置は通信専用ケーブル線を必要とするので、コスト上昇、設置、メンテナンスが困難であるという短所がある。
【０００８】
また、従来の最大電力追跡制御装置は、入力と出力に対するそれぞれの電流値及び電圧値の検出器が必要であり、複数のアナログ/デジタルコンバータが必要となるなど多くの部品が使われ、コスト上昇の主な原因となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、太陽光（太陽電池）モジュールから直流/交流コンバータ、または直流コンバータから直流/交流コンバータの間に設置された直流ケーブル線を介してデータを送受信して、コスト削減と設置及びメンテナンスなどを効率的に行うことができる太陽光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例に係る太陽光装置は、太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する太陽光モジュールと、太陽光モジュールから出力された入力電圧を検出し、検出された入力電圧を通じて最大電力点に対応する直流電圧を出力する直流コンバータと、直流コンバータで検出した入力電圧及び最大電力点に対応する直流電圧を含むデータを伝送するインターフェース部と、インターフェース部から受信したデータに太陽光モジュールに対するデータを結合して伝送するデータ結合器と、データ結合器から受信したデータから直流電圧オフセットを除去するデータ合成器と、直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を追跡するデータ制御器と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、直流ケーブル線を利用して直流コンバータの最大電力点の追跡を簡単且つ効率的に行うことができる。また、直流コンバータの構成を単純化して、安価な太陽光装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る太陽光装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る太陽光装置の構成図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る直流コンバータのブロック図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る直流コンバータのブロック図である。
【図６ａ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図６ｂ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図６ｃ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図６ｄ】本発明の一実施例に係るデータ結合器の多様な実施例である。
【図７】本発明の一実施例に係るデータ制御器の構成図である。
【図８】本発明の一実施例に係る各太陽光モジュールに対する情報が、データ結合器によって直流ケーブル線を介して伝達される方式を示す図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示す図である。
【図１２】本発明の一実施例に係る太陽光モジュールをバッテリーセルに代替した太陽光装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例に係る太陽光（発電）装置の構成図である。図１に示すように、太陽光装置は太陽光モジュール１０、直流コンバータ２０、無線通信部(RF)３０、中継機４０、直流/交流コンバータ５０を含む。一実施例で、太陽光装置は、構成要素が直列に連結され、直列に連結された太陽光装置は並列に複数個のアレイを構成することができる。
【００１５】
一実施例では、太陽光モジュール１０は太陽エネルギーを吸収するためのモジュールとして太陽電池からなることができる。一実施例では、太陽光モジュール１０はシリコンで構成されたウェハからなることができる。
【００１６】
各太陽光モジュール１０は、各太陽光装置の日照条件や温度条件に応じてその位置を変えることができる。一実施例では、太陽光モジュール１０はＰ型半導体とＮ型半導体を接合させた形態で構成することができる。光が太陽光モジュール１０に照射されると、光が有しているエネルギーにより太陽光モジュール１０に正孔(Hole)と電子(Electron)が発生し、この時正孔はＰ型半導体側に、電子はＮ型半導体側に集まることになり、これによって、電位差が発生し、電流が流れることになる。
【００１７】
ここで、太陽光モジュール１０は、光エネルギー(太陽エネルギー)を電気エネルギーに変えるモジュールとして、一般的な電気エネルギー源(代表的に電気-化学バッテリー、発電機)とは異なる電気的特性を有している。既存の電気エネルギーは、線形電圧源(Linear Voltage Source)の特性を有しているので、負荷端に線形や非線形の負荷がかかっても、常に一定電圧を維持しながら安定して動作し、一つの動作点しか有しないので、いかなる入出力条件でも常に安定したシステムで動作する。すなわち、線形電圧源を有する電気エネルギー源を用いる場合は、負荷条件にかかわらず所望の動作条件が得られるようになる。しかし、太陽光モジュール１０は、既存の電気エネルギーとは異なる非線形ソース(Non Linear Source)の特性を有しているので、負荷端に線形や非線形の負荷がかかると、一定電圧を維持できず、複数の動作点を有することになるなど不安定に動作することになる。
【００１８】
直流コンバータ２０は、太陽光モジュール１０から出力する最大電力点を追跡することができる。直流コンバータ２０は、後述する入力検出器２１及び出力検出器２３を含むことができる。
【００１９】
一実施例では、直流コンバータ２０は、入力検出器２１により検出された電圧または電流値と、出力検出器２３により検出された電圧または電流値とを用いて、各太陽光モジュール１０から最大の電力を出力する最大電力点を追跡することができる。直流コンバータ２０の詳しい構成は後述する。
【００２０】
無線通信部３０は、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報を中継機４０に伝送する。
【００２１】
中継機４０は、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報を無線通信部３０から受信する。また、中継機４０は、各太陽光モジュール１０が有している情報、例えば、各太陽光モジュール１０の識別番号(ID)、各太陽光モジュール１０が受ける太陽光の強度(日射量)、太陽光モジュール１０の温度(表面温度)に対する情報を受信することができる。
【００２２】
中継機４０は、情報をリアルタイムで監視し、各太陽光装置から最大電力を出力できない場合、最大電力点を追跡するように太陽光装置を制御することができる。
【００２３】
直流/交流コンバータ５０は、受信した直流電力を交流電流に変換して負荷に供給する。しかし、上記のように、無線通信を利用した太陽光装置は、別途の無線通信部３０及び中継機４０を必要とするので、コスト上昇だけでなく設置環境が制約されるという問題がある。
【００２４】
図２は、本発明の他の実施例に係る太陽光装置の構成図である。図２に示すように、太陽光装置は太陽光モジュール１０、直流コンバータ２０、有線通信部６０、直流/交流コンバータ５０、データ制御器７０を含む。
【００２５】
太陽光モジュール１０、直流コンバータ２０及び直流/交流コンバータ５０は、図１で説明したものと同一なので、詳しい説明は省略する。
【００２６】
各有線通信部６０は相互に有線で連結され、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報をデータ制御器に伝送する。
【００２７】
データ制御器７０は、各直流コンバータ２０で測定した入力電圧、入力電流、出力電圧、出力電流及び入力電力、出力電力及び追跡された最大電力点に対する情報を、各有線通信部６０を介して受信する。また、データ制御器７０は、各有線通信部６０を介して各太陽光モジュール１０が有している情報、例えば、各太陽光モジュール１０の識別番号(ID)、各太陽光モジュール１０が受ける太陽光の強度(日射量)、太陽光モジュール１０の温度(表面温度)に対する情報を受信することができる。
【００２８】
データ制御器７０は、情報をリアルタイムで監視し、各太陽光装置から最大電力を出力できない場合、最大電力点を追跡するように太陽光装置を制御することができる。
【００２９】
しかし、上記のように有線を利用した太陽光装置は、別途の通信専用ケーブル線を必要とするので、コスト上昇、設置及びメンテナンスが困難であるという問題がある。
【００３０】
図３は、本発明の一実施例に係る直流コンバータのブロック図である。直流コンバータ２０は、入力電圧検出器２１ａ及び入力電流検出器２１ｂを含む入力検出器２１、出力電圧検出器２３ａ及び出力電流検出器２３ｂを含む出力検出器２３、第１〜第４アナログ/デジタルコンバータ２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、制御部２５、最大電力追跡部２６、スイッチドライバー２７、スイッチング回路２８を含む。
【００３１】
入力電圧検出器２１ａは、太陽光モジュール１０から出力されてスイッチング回路２８に入力される電圧を検出する。入力電流検出器２１ｂは、太陽光モジュール１０から出力されてスイッチング回路２８に入力される電流を検出する。第１アナログ/デジタルコンバータ２２ａは、スイッチング回路２８に入力される入力電圧値をデジタル値に変換する。第２アナログ/デジタルコンバータ２２ｂは、スイッチング回路２８に入力される入力電流値をデジタル値に変換する。出力電圧検出器２３ａは、スイッチング回路２８から出力する電圧を検出する。出力電流検出器２３ｂは、スイッチング回路２８から出力する電流を検出する。第３アナログ/デジタルコンバータ２４ａは、スイッチング回路２８から出力する出力電圧値をデジタル値に変換する。第４アナログ/デジタルコンバータ２４ｂは、スイッチング回路２８から出力する出力電流値をデジタル値に変換する。最大電力追跡部２６は、入力電源値と出力電源値を用いて、太陽光モジュール１０が出力できる最大電力点を追跡する。
【００３２】
スイッチング回路２８は、太陽光モジュール１０から負荷に入力される電源の大きさを変換することができる。一実施例で、スイッチング回路２８は、トランジスター、例えばFET、MOSFETあるいはIGBTからなることができる。
【００３３】
制御部２５は、直流コンバータ２０の全般的な動作を制御することができる。制御部２５は、入力電圧値、入力電流値のいずれか１つを用いて、または、入力電圧値及び入力電圧を用いて、最大電力点を出力するようにする制御信号を生成して、最大電力追跡部２６に伝送することができる。
【００３４】
制御部２５は、出力電圧値、出力電流値のいずれか１つを用いて、または、出力電圧値及び出力電圧を用いて、最大電力点を出力するようにする制御信号を生成して、最大電力追跡部２６に伝送することができる。
【００３５】
制御部２５は、入力電源値及び出力電源値を用いて、最大電力点を出力するようにする制御信号を生成して、最大電力追跡部２６に伝送することができる。
【００３６】
制御部２５は、最大電力追跡部２６で追跡した最大電力値を出力するように、スイッチング回路２８を制御することができる。スイッチング回路２８は、制御部２５の制御によって、太陽光モジュール１０から負荷に入力される電圧値及び電流値の大きさを変換することができる。
【００３７】
上記のように、直流コンバータ２０は最大電力点を追跡するための構成を有するが、入力と出力に対する電流値及び電圧値に対する検出器を必要とするので、４個のアナログ/デジタルコンバータが要求されるなど、複雑で多くの構成品が使われて、コスト上昇の主な要因として作用する。
【００３８】
また、図１〜図３に記載された太陽光装置では、各太陽光モジュール１０と各直流コンバータ２０で流れる電流は同一なので、各直流コンバータ２０から電流を直接検出する方法は非効率的であり、電流検出には高価な方式が使われるので、全体として太陽光装置のコストを上昇させることになる。よって、全体の太陽光装置のコスト削減及び設置、メンテナンスを効率的にできる方案が必要である。
【００３９】
図４は、本発明の他の実施例に係る太陽光装置の構成図である。図４に示すように各太陽光装置は、太陽光モジュール１００、直流コンバータ２００、インターフェース部３００、データ結合器４００、データ合成器５００、データ制御器６００、直流/交流コンバータ７００を含むことができる。
【００４０】
図４に示すように、各太陽光モジュールの構成要素は直列方式で連結され、各太陽光モジュール１００は並列に連結されて一つのアレイを構成することができる。
【００４１】
一実施例では、太陽光モジュール１００は、太陽エネルギーを吸収するためのモジュールとして太陽電池からなることができる。一実施例では、太陽光モジュール１００はシリコンで構成されたウェハからなることができる。各太陽光モジュール１００は、各太陽光装置の日照条件や温度条件に応じてその位置を変えることができる。太陽光モジュール１００は太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。
【００４２】
直流コンバータ２００は、太陽光モジュール１００の出力電圧及び直流コンバータ２００の出力電圧を用いて、後述するデータ制御器６００によって最大電力点による出力電圧を生成して出力する。ここで、最大電力点とは、太陽光モジュール１００が負荷に供給できる最大電力値を意味する。
【００４３】
図４に示すように、各太陽光モジュール１００が出力する電圧値は、Vm１、Vm２、…、Vmnのように示しており、各太陽光モジュール１００と直列連結された直流コンバータ２００を介して最大電力を負荷に供給できるように電圧値を出力する。直流コンバータ２００から出力する出力電圧値は、Vo１、Vo２、…、Vonのように示している。
【００４４】
インターフェース部３００は、直流コンバータ２００で検出した入力電圧値及び追跡された最大電力点に対するデータを、直流コンバータ２００からデジタル値として受信して、後述するデータ結合器４００に伝送することができる。
【００４５】
データ結合器４００は、インターフェース部３００から受信したデータに、太陽光モジュール１００に対するデータを含ませて伝送する。
【００４６】
データ合成器５００は、各データ結合器４００から受信したデータから直流電圧オフセットを除去し、直流電圧オフセットが除去されたデータをデータ制御器６００に伝送する。
【００４７】
データ制御器６００は、直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を検出することができる。最大電力点は、全体としての太陽光装置が負荷に最大電力を供給するための点として、特定電圧に対応する最大電力値を意味し、特定電流に対応する最大電力値を意味する。
【００４８】
直流/交流コンバータ７００は、最大電力点に該当する最大電力を交流形態に変換して負荷に提供する。
【００４９】
図５は、本発明の一実施例に係る直流コンバータ２００のブロック図である。図５に示すように、直流コンバータ２００は、入力電圧検出器２１０、出力電圧検出器２３０、入力アナログ/デジタル変換部２２０、出力アナログ/デジタル変換部２４０、スイッチドライバー２５０、スイッチング回路２６０を含むことができる。
【００５０】
入力電圧検出器２１０は、太陽光モジュール１００から出力されてスイッチング回路２６０に入力される入力電圧を検出する。入力アナログ/デジタルコンバータ２２０は、検出された入力電圧をデジタル信号に変換する。出力電圧検出器２３０は、直流コンバータ２００の出力電圧を検出する。出力アナログ/デジタルコンバータ２４０は、検出された入力電圧をデジタル信号に変換する。
【００５１】
デジタル信号に変換された入力電圧及び出力電圧は、後述するデータ制御器６００によって最大電力点の追跡に利用され、最大電力点に対する追跡制御信号がスイッチドライバー２５０に伝達される。
【００５２】
スイッチドライバー２５０は、最大電力点に対応する電圧値を出力するようにスイッチング回路２６０を駆動する駆動信号を生成してスイッチング回路２６０に伝送する。スイッチング回路２６０は、スイッチドライバー２５０から駆動信号を受信して、最大電力点に対応する電圧値を出力するように作動する。
【００５３】
図６ａ〜図６ｄは、本発明の一実施例に係るデータ結合器４００の多様な実施例である。
【００５４】
データ結合器４００は、受信した各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータから直流電圧オフセットを除去し、各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合してデータ制御器６００に伝送、またはデータ制御器６００からデータを受信してインターフェース部３００に伝送する。
【００５５】
結合のために図６ａ〜図６ｄの実施例を利用する。
【００５６】
図６ａは、キャパシターを用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００５７】
図６ｂは、トランスフォーマーを用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００５８】
図６ｃは、ミキサー(Mixer)を用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００５９】
図６ｄは、マルチプレクサ(MUX：Multiplexer)を用いて各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータと各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを結合する例を示す。
【００６０】
図７は、本発明の一実施例に係るデータ制御器６００の構成図である。図７に示すように、データ制御器６００は電流検出器６１０、アナログ/デジタルコンバータ６２０、制御部６３０、最大電力追跡部６４０を含む。
【００６１】
電流検出器６１０は、直流コンバータ２００から出力された電流を検出する。アナログ/デジタルコンバータ６２０は、検出された出力電流をデジタル信号に変換する。
【００６２】
制御部６３０は、各直流コンバータ２００(１〜N)の出力電圧(V０１〜ON)を、電流検出器で検出された電流値(I)と乗じて、各太陽光モジュール１００が出力する電力値(PM１〜PMN)を計算する。また、各太陽光モジュール１００が出力する出力電圧値及び各太陽光モジュール１００に対する情報を収集して、最大電力点を追跡するように後述する最大電力追跡部６４０を制御する。
【００６３】
最大電力追跡部６４０は、最大電力追跡アルゴリズムを用いて各直流コンバータ２００に含まれたスイッチング回路のデューティ比を決めて、最大電力点を追跡することができる。
【００６４】
図８は、本発明の一実施例に係る各太陽光モジュール１００に対する情報が、データ結合器４００によって直流ケーブル線を介して伝達される方式を示す図である。
【００６５】
一実施例では、太陽光モジュール１００から出力された電圧は、直流コンバータ２００で検出され、アナログ/デジタルコンバータによってデジタル信号に変換され、インターフェース部３００によって識別番号(ID)を与えられ、情報N１〜NKとフレームNに定型化(formatted)される。一実施例では、情報N１〜NKは、太陽光モジュール１００の出力電圧VMN、直流コンバータ２００の出力電圧VON、太陽光モジュール１００の表面温度などに対する情報を意味するが、これに限定されるものではない。
【００６６】
定型化されたフレームNは、デジタルまたはアナログ信号に変調され、データ結合器４００によってVONの直流電圧オフセット(DC offset)を有し、T１の時間の間結合される。他の太陽光モジュール１００のフレームも、上記と同様な方式でインターフェース部３００によって順次定型化され、各データ結合器４００によって直流電圧オフセット(DC offset)を有し、一定時間の間結合される。一番高い電位を有する直流コンバータ２００にはVO１〜VONが合わされた電位がかかり、データ結合器４００はフレーム１からフレームNまでのすべてのデータを合わせて、直流ケーブル線を介してデータ合成器５００に伝送する。
【００６７】
データ合成器５００は、受信した各直流コンバータ２００の出力電圧値を含むデータから直流電圧オフセットを除去し、各太陽光モジュール１００に対する情報を含むデータを合成してデータ制御器６００に伝送する。各太陽光モジュール１００に対する情報は、各太陽光モジュール１００の出力電圧、識別番号、各太陽光モジュール１００の表面温度、日照時間などを含むことができる。
【００６８】
データ制御器６００は、受信したデータがアナログ信号である場合、復調する過程を行い、受信したデータがデジタル信号である場合、復調過程を行わない。
【００６９】
一実施例では、直流ケーブル線を介してデータ合成器５００にデータを伝送する際、アナログ信号とデジタル信号のいずれかで伝送するかは、太陽光装置に応じて選択的に適用することができる。
【００７０】
データ制御器６００は、直流電圧オフセットが除去されたデータを制御部によって読み取り、電流検出器によって電流を検出する。データ制御器６００は、各太陽光モジュール１００の出力電圧であるVM１〜VMN、または各直流コンバータ２００(１〜N)の出力電圧(V０１〜ON)を、電流検出器で検出された電流値(I)に乗じて、各太陽光モジュール１００が出力する電力値(PM１〜PMN)を計算する。各太陽光モジュール１００が出力する電力値及び出力電圧値などに対する情報は、使用者や管理者が監視するために用いることができる。
【００７１】
最大電力追跡部６４０は、情報及び最大電力追跡アルゴリズムを用いて、各直流コンバータ２００の内部スイッチング回路２６０のデューティ比を決めることができる。ここで、デューティ比とは、デジタル信号のある周期内の波形の１と０の値の比率を意味し、スイッチング回路２６０がONまたはOFFになる時間間隔を意味する。
【００７２】
制御部６３０は、各直流コンバータ２００(１〜N)内に含まれた各スイッチング回路２６０のデューティ比に関する情報或いは必要な制御信号などを、図８に図示したようにN１〜NK形態にフレーム化して、デジタルまたはアナログ信号としてデータ結合器４００に伝送する。データ結合器４００は、直流ケーブル線を介して各データ結合器４００(１〜N)にフレーム化されたデータを伝送し、各データ結合器４００(１〜N)は、フレーム化されたデータから直流成分をオフセットする。デジタル形態で転送されたデータは復調過程なしに読み取られるが、アナログ信号に変調した情報は復調されてから読み取られる。各インターフェース部３００(１〜N)は、固有の識別情報(ID)に該当する信号のみ認識し、残りは無視する。各直流コンバータ２００は、認識された情報に応じて命令を遂行する。例えば、各直流コンバータ２００の内部スイッチング回路２６０のデューティ比によって、各太陽光モジュール１００の出力電圧(VM１〜VMN)と各直流コンバータ２００の出力電圧(VO１〜VO２)が再調整されると共に再検出される。再検出された値は、各インターフェース部３００、各データ結合器４００、直流ケーブル線を介してデータ合成器５００に転送され、データ制御器６００で再解釈される。再解釈された情報によって、再び最大電力追跡アルゴリズムによって各スイッチング回路２６０のデューティ比が決定され、再び各直流コンバータ２００を制御して各太陽光モジュール１００の出力電圧と各直流コンバータ２００の出力電圧を調整し、所望の最大電力点に達するまでこの過程は繰り返される。
【００７３】
図９〜図１１は、本発明の他の実施例に係る太陽光装置の動作推移を示した図である。図９は、本発明の一実施例の太陽光装置が、理想的に動作した時の状態を示したものとして、各太陽光モジュール１００は等しく最大電力値である１００Wだけ電力を出力し(内部消耗電力を無視するとする)、各直流コンバータ２００の出力電圧は３０Vとして同一であり、各太陽光モジュール１００に流れる電流は３.３３Aとして同一であると仮定する。
【００７４】
図１０は、太陽光装置の状態が変化した場合の状態を図示した図である。特に、太陽光モジュール１００が合計１０個であり、そのうちの太陽光モジュール１００の状態が変化した場合を想定した図である。
【００７５】
一実施例では、太陽光装置の状態が変化した場合とは、太陽光モジュール１００に陰が発生した場合、または、その他外部の原因によって状態が変化した場合を意味する。図１０に示すように、太陽光モジュール１００の状態が変化した場合、太陽光モジュール１００(１〜９)まで各直流コンバータ２００の出力電圧は３０Vから３４Vに、太陽光モジュール１００の電圧は２０Vに変わり、太陽光モジュール１００に流れる電流が３.３３Aから１.５Aに減少して、全体の太陽光装置に流れる電流に影響を与えることになる。すなわち、全体の太陽光装置に流れる電流が１.５Aに減少することになる。
【００７６】
よって、太陽光モジュール１００(１〜９)が出力する電力値は５１Wになり、太陽光モジュール１００が出力する電力は３０Wになって、太陽光モジュール１００(１〜１０)が出力する全体の出力値は４８９Wとして、図９の全体の太陽光装置に比べて５１１W減少した電力値を出力する。
【００７７】
この場合、図８で説明した方法では、各直流コンバータ２００の出力電圧及び各太陽光モジュール１００に流れる電流値に対する情報を伝送し、データ制御器６００によって太陽光モジュール１００の最大電力点を追跡できるまで命令と情報をやり取りすることになる。
【００７８】
図１１は、太陽光モジュール１００の最大電力点が検出された場合の全体の太陽光装置の状態を示した図である。図１１に示すように、最終的に太陽光モジュール１００の最大電力点は直流コンバータ１０によって１９Vと２.９Aに再調整され、残りの太陽光モジュール１００(１〜９)は２.９Aから最大電力点を得るために３４.４８Vに再調整されて、合計電力は９５５.１Wに増加する。
【００７９】
即ち、異常が生じた太陽光モジュール１００を除いた残りの太陽光モジュール１００は１００Wに復帰して、全体の太陽光装置が図１０のように出力電力値が低下することを防止することがある。
【００８０】
このような方法で、各太陽光モジュール１００の不整合(mismatch)や特定の太陽光モジュール１００に異常が生じて効率が減少し、全体システムの効率を減少させる問題を解消できるので、既存の最大電力追跡システム方式に比べて、単純且つ効率的に運営することができる。これと同じ方法で、各太陽光モジュール１００と各直流コンバータ２００の温度測定データ、過電圧及び過電流保護などの情報を受けて命令を再伝達することで、全体の太陽光装置を監視及び保護することができる。
【００８１】
図１２は、本発明の一実施例に係る太陽光モジュール１００をバッテリーセルに代替した太陽光装置の構成図である。
【００８２】
図４で、各太陽光モジュール１００は電気自動車または太陽光充電用電池のバッテリーセル(Cell)に代替することができ、これによって、追加的なシステムを用いることなくバッテリー運営システムに適用することもできる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施例に対して説明したが、本発明は上述の特定の実施例に限定されるものではなく、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなくいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する太陽光モジュールと、
前記太陽光モジュールから出力された入力電圧を検出し、前記検出された入力電圧を通じて最大電力点に対応する直流電圧を出力する直流コンバータと、
前記直流コンバータで検出した入力電圧及び前記最大電力点に対応する直流電圧を含むデータを伝送するインターフェース部と、
前記インターフェース部から受信したデータに前記太陽光モジュールに対するデータを結合して伝送するデータ結合器と、
前記データ結合器から受信したデータから直流電圧オフセットを除去するデータ合成器と、
前記直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を追跡するデータ制御器と、
を含む太陽光装置。
【請求項２】
前記直流コンバータ、前記インターフェース部、前記データ結合器、前記データ合成器及び前記データ制御器は、直流ケーブル線によって連結された、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項３】
前記太陽光モジュール、前記直流コンバータ、前記インターフェース部及び前記データ結合器は、複数個に構成される、請求項２に記載の太陽光装置。
【請求項４】
前記追跡された最大電力点に該当する最大電力を交流電力に変換して負荷に提供する直流/交流コンバータをさらに含む、請求項２に記載の太陽光装置。
【請求項５】
前記太陽光モジュールは、日照条件または温度条件に応じて配置された、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項６】
前記直流コンバータは、
前記太陽光モジュールから出力されて前記直流コンバータに入力される電圧を検出する入力電圧検出器と、
前記直流コンバータから出力される電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記入力電圧及び出力電圧を用いて前記最大電力点に対応する直流電圧を出力するスイッチング回路と、を含む、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項７】
前記太陽光モジュールに対するデータは、前記太陽光モジュールの出力電圧、前記太陽光モジュールの識別番号を含む、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項８】
前記データ制御器は、前記太陽光モジュールに流れる電流を検出する電流検出器と、
前記直流コンバータの出力電圧と前記検出された電流を用いて最大電力点を生成する制御信号を出力する制御部と、
前記出力された制御信号を受信して最大電力点を追跡する最大電力追跡部と、を含む、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項９】
前記データ結合器は、キャパシターを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１０】
前記データ結合器は、トランスフォーマーを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１１】
前記データ結合器は、ミキサーを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１２】
前記データ結合器は、マルチプレクサを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１】
太陽エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する太陽光モジュールと、
前記太陽光モジュールから出力された入力電圧を検出し、前記検出された入力電圧を通じて最大電力点に対応する直流電圧を出力する直流コンバータと、
前記直流コンバータで検出した入力電圧及び前記最大電力点に対応する直流電圧を含むデータを伝送するインターフェース部と、
前記インターフェース部から受信したデータに前記太陽光モジュールに対するデータを結合して伝送するデータ結合器と、
前記データ結合器から受信したデータから直流電圧オフセットを除去するデータ合成器と、
前記直流電圧オフセットが除去されたデータを用いて最大電力点を追跡するデータ制御器と、
を含む太陽光装置。
【請求項２】
前記直流コンバータ、前記インターフェース部、前記データ結合器、前記データ合成器及び前記データ制御器は、直流ケーブル線によって連結された、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項３】
前記太陽光モジュール、前記直流コンバータ、前記インターフェース部及び前記データ結合器は、複数個に構成される、請求項２に記載の太陽光装置。
【請求項４】
前記追跡された最大電力点に該当する最大電力を交流電力に変換して負荷に提供する直流/交流コンバータをさらに含む、請求項２に記載の太陽光装置。
【請求項５】
前記太陽光モジュールは、日照条件または温度条件に応じて配置された、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項６】
前記直流コンバータは、
前記太陽光モジュールから出力されて前記直流コンバータに入力される電圧を検出する入力電圧検出器と、
前記直流コンバータから出力される電圧を検出する出力電圧検出器と、
前記入力電圧及び出力電圧を用いて前記最大電力点に対応する直流電圧を出力するスイッチング回路と、を含む、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項７】
前記太陽光モジュールに対するデータは、前記太陽光モジュールの出力電圧、前記太陽光モジュールの識別番号を含む、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項８】
前記データ制御器は、前記太陽光モジュールに流れる電流を検出する電流検出器と、
前記直流コンバータの出力電圧と前記検出された電流を用いて最大電力点を生成する制御信号を出力する制御部と、
前記出力された制御信号を受信して最大電力点を追跡する最大電力追跡部と、を含む、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項９】
前記データ結合器は、キャパシターを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１０】
前記データ結合器は、トランスフォーマーを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１１】
前記データ結合器は、ミキサーを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【請求項１２】
前記データ結合器は、マルチプレクサを用いて各直流コンバータの出力電圧に対するデータと各太陽光モジュールに対するデータを結合する、請求項１に記載の太陽光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１１４６９３（Ｐ２０１３−１１４６９３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５９５００（Ｐ２０１２−２５９５００）
【出願日】平成２４年１１月２８日（２０１２．１１．２８）
【出願人】（５９３１２１３７９）エルエス産電株式会社 (221)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．， ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２８日（２０１２．１１．２８）
【出願人】（５９３１２１３７９）エルエス産電株式会社 (221)
【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．， ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
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