特許 7274419 太陽光発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-08

(45)【発行日】2023-05-16

(54)【発明の名称】太陽光発電システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/042 20140101AFI20230509BHJP

   H02S 40/32 20140101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 500

H02S40/32

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019540074

(86)(22)【出願日】2018-01-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-02-20

(86)【国際出願番号】 IL2018050108

(87)【国際公開番号】W WO2018142398

(87)【国際公開日】2018-08-09

【審査請求日】2021-01-28

(31)【優先権主張番号】62/452,389

(32)【優先日】2017-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/584,933

(32)【優先日】2017-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512190295

【氏名又は名称】ソーラーワット リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ファテルマッハー ボリス

(72)【発明者】

【氏名】パズ ガビ

【審査官】桂城 厚

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０６３２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６９５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９６３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３８８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１２１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１８４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５２６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０００９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１４０７１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２５２１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４６２３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０

Ｈ１０Ｋ ３０／００－３０／５７

Ｈ１０Ｋ ３０／８０－３９／１８

Ｈ０２Ｓ １０／００－１０／４０

Ｈ０２Ｓ ３０／００－９９／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の動作電力レベルおよび所定の動作電圧レベルの要件を提供する太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法であって、
少なくとも１つの通常の太陽電池セル（２１０）を複数の太陽電池サブセル（３２０）に分割することであって、前記通常の太陽電池セル（２１０）が、１５ｃｍ×１５ｃｍの四角形であり、前記太陽電池サブセル（３２０）の各々が、前記通常の太陽電池セル（２１０）より面積が少なくとも５０％小さい四角形の太陽電池セルである、分割することと、
前記太陽電池サブセル（３２０）のストリング（３３０）を形成するために、事前設定される数の前記太陽電池サブセル（３２０）を直列に電気的に接続することであって、前記太陽電池サブセル（３２０）の前記ストリング（３３０）における前記太陽電池サブセル（３２０）の数は、第１のＤＣ出力電圧レベルを生成する所定の動作電圧レベルの要件により決定される、接続することと、
前記太陽電池サブセル（３２０）のアレイを形成するために、前記太陽電池サブセル（３２０）の事前設定される数の前記ストリング（３３０）を並列に電気的に接続することであって、前記太陽電池サブセル（３２０）の前記アレイにおける前記太陽電池サブセル（３２０）の前記ストリング（３３０）の数は、前記所定の動作電力レベルにより決定される、接続することと、
前記太陽電池サブセル（３２０）の前記アレイの十字交差マトリクス構造を形成するために、前記太陽電池サブセル（３２０）の前記ストリング（３３０）の各々を並列に電気的に接続することであって、前記太陽電池サブセル（３２０）の各々は、属するストリング（３３０）以外のすべての他のストリング（３３０）の隣接する前記太陽電池サブセル（３２０）に接続される、接続することと、
前記太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）の太陽電池パネルの電力発生量を最大にするために、前記太陽電池サブセル（３２０）の前記アレイの第１のＤＣ出力を、最大電力点追従制御装置（ＭＰＰＴ）オプティマイザ（５５２）によって調整することと、
通信ユニット（５５４）を使用して、前記ＭＰＰＴオプティマイザ（５５２）と遠隔のコンピュータ化されたユニットとの間で通信することと、
前記太陽電池パネルのストリングを形成するために、ＭＰＰ調整される複数の前記太陽電池パネルを、直列に電気的に接続することであって、前記太陽電池パネルの複数の前記ストリングが並列に接続されている、接続することと、を含み、
前記太陽電池サブセル（３２０）の前記アレイは、正常に機能していない前記太陽電池サブセル（３２０）を電流が迂回することを可能にし、したがって前記太陽電池サブセル（３２０）の通常のストリング配列と比較してシステムの性能が向上し、製造された太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）はＤＣ／ＤＣコンバータを含んでいない、
太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項2】

前記太陽電池サブセル（３２０）のストリング（３３０）を形成するために、事前設定される数の前記太陽電池サブセル（３２０）を直列に電気的に接続することは、前記太陽電池サブセル（３２０）の前記ストリング（３３０）の各々において同じ数の前記太陽電池サブセル（３２０）を必要とする、請求項１に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項3】

複数のバイパスダイオードを、前記太陽電池パネルを構成する前記アレイの前記太陽電池サブセル（３２０）の事前設定される数の行に並列に電気的に接続すること、をさらに含む、請求項１に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項4】

前記太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を構成する複数の前記太陽電池パネルを並列に電気的に接続することと、
前記太陽電池パネルの第１のＤＣ出力電圧をＡＣ電圧に変換するために、並列に電気的に接続された複数の前記太陽電池パネルをパネルＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に電気的に結合して動作することと、をさらに含む、請求項１に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項5】

並列に接続されている前記太陽電池パネルのアレイを、充電装置（５９０）に直列に電気的に接続することと、
前記充電装置（５９０）を、前記ＭＰＰＴオプティマイザ（５５２）に選択的に結合して動作することと、をさらに含む、請求項４に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項6】

前記太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）の前記太陽電池パネルのストリングを形成するために、複数の前記太陽電池パネルを直列に電気的に接続することであって、前記太陽電池パネルの複数の前記ストリングが並列に接続されている、接続することと、
ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に並列に接続される前記太陽電池パネルの複数の前記ストリングのアレイを直列に電気的に接続することと、を含む、請求項１に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項7】

前記太陽電池パネルの前記ストリングのそれぞれを、並列に相互接続される前に、前記ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に直列に電気的に接続すること、をさらに含む、請求項６に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項8】

前記アレイの前記第１のＤＣ出力を、ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に直列に電気的に接続すること、をさらに含む、請求項１に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項9】

ＭＰＰ調整される複数の前記太陽電池パネルを、並列に電気的に接続すること、をさらに含む、請求項１に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項10】

前記太陽電池パネルのそれぞれを、並列に相互接続される前に、ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に直列に電気的に接続すること、をさらに含む、請求項９に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項11】

前記太陽電池パネルのそれぞれを前記ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に直列に電気的に接続することと、
前記太陽電池パネルを、前記ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に直列に接続される前と、前記ＤＣ／ＡＣインバータ（９５０）に直列に接続された後とに、並列に電気的に接続することと、をさらに含む、請求項１０に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【請求項12】

並列の接続において接続された前記太陽電池パネルのそれぞれの間で、前記電気的な接続を切替すること、をさらに含む、請求項１０に記載の太陽光発電システム（５０２，５０３，５０４，５０６，５０７，５０９，９００）を製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力を発生させる太陽電池アレイモジュールシステム（solar array module system）に関し、より詳細には、十字交差構造（crisscross configuration）において相互接続されている太陽電池サブセルを有する非一体構造（non-monolithic）の太陽電池アレイモジュールシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

直列に相互接続されたより小さいサブセルに分割されている非一体構造の太陽電池（ＰＶ）セルが、この技術分野において公知である。

【0003】

十字交差電気マトリクス（crisscross electrical matrix）において相互接続された太陽電池を有する太陽電池アレイモジュールも、この技術分野において公知である。例えば、本出願と発明者が同一であり、所有者が共通する２０１１年１月２３日出願の特許文献１および２０１３年３月３０日出願の特許文献２（これらはその全体が参照により本明細書に援用される）を参照されたい。

【0004】

太陽電池セルにおいて生成される電流は、以下に起因する電力損失をもたらす。
１． 各太陽電池のバスバー
２． 太陽電池セルと外部導体の間のはんだ箇所、および他のはんだ付け箇所
３． 太陽電池セルを相互接続してセルのストリングにする導体
４． 太陽電池セルのストリングをそれぞれの接続箱に接続する導体
これらの電力損失全体によって、太陽電池パネルの出力電力が減少する。

【0005】

一般的な非一体構造の太陽電池パネルは、数十個の二次太陽電池セルから構成されている。一般的な二次太陽電池セルのサイズは、約１５ｃｍ×１５ｃｍであり、およそ次の電力を提供する（すべての数値は一例として示してあるにすぎず、本発明を制限しない）。

【0006】

【数1】

【0007】

図面を参照し、図１は、太陽電池セルの等価回路２０を示しており、太陽電池によって生成される電流Ｉ（８０）は、電流源７０によって生成される電流から、ダイオード３０を流れる電流と、分路抵抗器４０を流れる電流とを差し引いた電流、に等しい。

【0008】

【数2】

式中、
・ Ｉ（８０）＝出力電流（アンペア）
・ Ｉ_Ｌ（８２）＝光生成電流（アンペア）
・ Ｉ_Ｄ（８４）＝ダイオード電流（アンペア）
・ Ｉ_ＳＨ（８６）＝分流（アンペア）
・ Ｒ_Ｓ（５０）＜＜Ｒ_ＳＨ（４０）

【0009】

Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｄ、Ｒ_Ｓ、Ｒ_ＳＨの値は、太陽電池の物理的なサイズに依存する。サイズ以外は同じ技術の太陽電池を比較するとき、第２のセルの２倍の接合（受光）面積を有する第１のセルは、２倍のＩ_Ｌを生成し、Ｉ ８０も約２倍大きい。

【0010】

セルの出力電圧６０は、太陽電池セルのサイズにかかわらず、ほぼ変化しない。

【0011】

例えば、通常の１５ｃｍ×１５ｃｍ（近似寸法）の二次セル（以下では、「通常サイズの太陽電池」、「通常の太陽電池セル」、「通常の太陽電池」、「通常セル」とも称する）の代わりに、それぞれサイズ１５ｃｍ×７．５ｃｍの２個のセル、またはそれぞれサイズ１５ｃｍ×５ｃｍの３個のセル（または、組み合わせたときに合計で１５ｃｍ×１５ｃｍの領域になり、したがって通常の１５ｃｍ×１５ｃｍ二次セルの電力と、組み合わされたサブセルの電力の和が等価である、より小さい別の（サブ）サイズのセル）が使用される場合（サブセルのさらに小さい電力損失および改善されるフィルファクタは考慮せず、なぜならこれらはより高い電力発生量を実際に生成するためである）、１５ｃｍ×７．５ｃｍの小さいサイズのセルは、約０．５Ｖの電圧を生成するが、大きいセル（１５ｃｍ×１５ｃｍ）の半分の大きさの電流（すなわちＩ＝８Ａ／２＝４Ａ）を生成する。

【0012】

同様に、１５ｃｍ×５ｃｍのサブセルは、電流Ｉ＝８Ａ／３＝２．６６Ａを生成する。したがって、セルの同じはんだ付け箇所、太陽電池の同じバスバー、太陽電池セルを相互接続してセルのストリングにする同じ導体、太陽電池セルのストリングを指定される接続箱に接続している同じ導体、における、サイズが１／３である太陽電池の出力電流に起因する電力損失は、以下の式によれば、より大きいサイズのセルの、より大きい出力電流によってもたらされる電力損失よりも著しく小さい。

【0013】

【数3】

式中、Ｒは、上記の導体およびはんだ付け箇所すべての全抵抗である。

【0014】

下の表は、一例として、大きい太陽電池セルサイズを有する２５０Ｗパネルと、小さい太陽電池セルサイズを有する２５０Ｗパネルにおける電力損失を比較している。

【0015】

【表1】

【0016】

より小さいサイズのセルを、セルマトリクス接続（cells matrix connection）によって組み込むことによって、このタイプのセル接続のすべての利点が維持され、各セルから、およびパネル全体から、より高い電力発生量が提供される。

【0017】

したがって、十字交差電気マトリクスにおいて相互接続されている太陽電池を有する、電力を発生させる太陽電池アレイモジュールであって、通常サイズの太陽電池の少なくともいくつかが、等価の複数のサブセルに「置き換えられている」、太陽電池アレイモジュール、のニーズが存在し、かつこのような太陽電池アレイモジュールを有することは有利であり、マトリクス状の十字交差構造において相互接続されているサブセルの少なくともいくつかを有することは、さらに有利である。一般には、通常サイズの太陽電池が、等価の複数のサブセルに分割される（ただしこれに制限されない）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【文献】国際公開第２０１１／０８９６０７号

【文献】国際公開第２０１３／１４４９６３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明の主たる目的は、十字交差電気マトリクスにおいて相互接続されている太陽電池の非一体構造のアレイであって、通常サイズの太陽電池の少なくともいくつかが、同じ電圧を提供する複数のサブセルによって置き換えられており、太陽電池が小さいほど、発生する電力損失が小さい、アレイ、を提供することである。十字交差電気マトリクスは、個々の太陽電池が故障したときに電流の受動的な経路変更（passive rerouting）を提供する。本太陽光モジュールは、十字交差電気マトリクスにおいて相互接続されている太陽電池を含み、「通常の」サイズの太陽電池（約１５ｃｍ×約１５ｃｍ）の少なくともいくつかが、例えばこのような通常サイズの太陽電池を等価の複数のサブセルに分割することによって、置き換えられており、これらのサブセルが、マトリクス状の十字交差構造において相互接続されている。なお、「太陽電池サブセル」は、「通常の」サイズの太陽電池セルより小さい、より小さいサイズのセルにおいて製造されてもよいことに留意されたい。

【0020】

例えば、以下に制限されないが、それぞれが６個の通常の太陽電池セルからなる直列ストリング（serial string）を有する１０列の十字交差マトリクス構造に配置されている６０個の通常の（約１５ｃｍ×約１５ｃｍ）太陽電池セル２１０を有する一般的なパネル、を想定する。セル２１０の各直列ストリングは、８Ａ＊（０．５Ｖ＊６）＝２４Ｗの電力を提供する。したがって、通常のセル２１０の直列ストリングの電圧は、０．５Ｖ＊６＝３Ｖであり、パネルは、合計２４０Ｗを提供する。なお、３Ｖのパネル電圧は、一般に使用される通常のパネルの電圧を得るには適しておらず、パネルの出力電圧を昇圧するために追加の電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０（図３を参照）を必要とすることに留意されたい。通常の太陽電池セル２１０それぞれが、直列に接続された９個のサブセル（一般にはそれぞれサイズ１５ｃｍ×１．６７ｃｍ）のストリングに置き換えられる場合、電流Ｉは８／９＝０．８８８９Ａに低下するが、サブセルの直列ストリングの電圧は、０．５Ｖ＊６＊９＝２７Ｖである。したがって、合計出力電力は２４０Ｗのままである。このような場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０は必要なく、十字交差マトリクスセル接続によるパネルすべてを直列に直接接続してパネルのストリングを形成し、ストリングを並列に接続し、最大電力点追従制御装置（Maximum Power Point Tracker）（電力オプティマイザ（power optimizer））を使用して、または使用せずに、インバータに直接接続する、または、適切なパネル出力電圧を有する多数の上記のパネルの並列接続を形成し、このアレイを、ＭＰＰＴを使用して、または使用せずに充電装置に接続する、ことが可能である。

【0021】

十字交差マトリクスに配置されている複数のサブセルの利点としては、以下が挙げられる。
ａ． ＤＣ／ＤＣコンバータ２５０が必要なく、したがってパネルのコストが低減する。
ｂ． 電圧コンバータを使用する必要がないことにより、パネルのエネルギを約３％増大させることが可能である（コンバータの効率が９７％の場合）。
ｃ． 太陽電池セルの電流が小さいことにより、電力損失がさらに減少する。

【0022】

なお、「上部」、「底部」、「水平」、「垂直」、「上」、「より高い」、「下」、「低い」、「より低い」など、向きに関する説明では、以下に限定されないが、アレイの正（「＋」）側が、意図的にアレイの上側とみなされ（ただしこれに制限されない）、かつ、アレイの負（「－」）側が、意図的にアレイの底部側とみなされる（ただしこれに制限されない）ように、太陽電池モジュールが位置しているものと想定することに留意されたい。これに代えて、以下に限定されないが、アレイの負（「－」）側が、意図的にアレイの上側とみなされ（ただしこれに制限されない）、かつ、アレイの正（「＋」）側が、意図的にアレイの底部側とみなされる（ただしこれに制限されない）。

【0023】

さらに、本明細書で使用されている語「電気的な」または「電気的に配線されている」は、太陽光パネルにおける太陽電池の物理的な構造にかかわらず、マトリクスの電気的な構造を意味することに留意されたい。同様に、本明細書で使用されている語「物理的な」は、太陽電池の電気的な相互配線にかかわらず、モジュール／パネルにおける太陽電池の物理的な配置を意味することに留意されたい。さらに、太陽電池セルの接続、太陽電池パネル／モジュール／マトリクスの接続、ならびに、直列接続および並列接続は、電気的な接続を意味することに留意されたい。

【課題を解決するための手段】

【0024】

本発明の教示によれば、所定の動作電力レベルおよび所定の動作電圧レベルの要件を提供する太陽光発電システムであって、システムが、少なくとも１枚の太陽電池パネルを含み、少なくとも１枚の太陽電池パネルそれぞれが、多数の太陽電池サブセルを含み、事前設定される数の太陽電池サブセルが、直列に電気的に接続されて直列ユニットを形成している、または個々の直列ユニットそれぞれがただ１個の太陽電池サブセルを有し、事前設定される数の直列ユニットが、直列に電気的に接続されて直列ユニットのストリングを形成しており、直列ユニットのストリングが、第１の出力電圧レベルを生成するように促進される、太陽光発電システム、を提供する。

【0025】

事前設定される数の直列ユニットのストリングが、並列に電気的に接続されて太陽電池サブセルのアレイを形成する。直列ユニットのストリングそれぞれにおいて、直列ユニットそれぞれが、すべての他の直列ユニットのストリングの隣接する直列ユニットにも並列に接続され、直列ユニットの十字交差マトリクスアレイを形成する。太陽電池サブセルの十字交差マトリクスアレイは、第１の出力電力レベルを生成するように促進され、直列ユニットの十字交差マトリクスアレイは、正常に機能していない直列ユニットを電流が迂回することを可能にし、したがって本システムの性能が向上する。

【0026】

太陽電池サブセルそれぞれは、通常の太陽電池セルより物理的に小さく、約１５ｃｍ×１５ｃｍの通常の太陽電池セルは、四角形または最大４つの切り落とされた角を有する四角形であり（これらの構造の両方が、本明細書において「通常の四角形の太陽電池セル」と呼ばれる）、約０．５Ｖの電圧および約８Ａの電流を生成し、太陽電池サブセルは、通常の太陽電池セルより面積が少なくとも５０％小さい四角形の太陽電池セルである。通常の太陽電池セルは、切り落とされた角を有してもよく、したがって、四角形の太陽電池サブセルは、１つまたは２つの切り落とされた角を有してもよい（これらの構造のすべてが、本明細書において「四角形の太陽電池サブセル」と呼ばれる）ことに留意されたい。

【0027】

なお、通常の太陽電池セルによって生成される電圧と、等価の光起電性面積をカバーする太陽電池サブセルの組合せによって生成される電圧は、同じであるが、太陽電池サブセルの組合せによって生成される電流は、通常の太陽電池セルによって生成される電流よりも正比例的に小さく、したがって電力損失が最小限に抑えられ、ＤＣ／ＤＣコンバータが不要になることに留意されたい。

【0028】

任意選択で、直列ユニットのストリングそれぞれは、直列に電気的に接続される同じ数の太陽電池、通常の太陽電池セル、または太陽電池サブセルから構成される。

【0029】

任意選択で、本太陽光発電システムは、太陽電池パネルのマトリクスアレイのサブセルの事前設定される数の行に並列に接続される、複数の（ｆ個の）バイパスダイオード（Ｄ）をさらに含む。

【0030】

任意選択で、サブセルは、通常の太陽電池セルを分割することによってまたはより小さいサイズの太陽電池セルを製造することによって形成される。

【0031】

任意選択で、マトリクス構造において接続されている太陽電池サブセルを有する複数の太陽電池パネルは、並列に接続されており、太陽電池パネルのＤＣ出力電圧をＡＣ電圧に変換するためにパネルＤＣ／ＡＣインバータに結合されて動作する。

【0032】

任意選択で、マトリクス構造において電気的に接続されている太陽電池サブセルの並列に接続されている太陽電池パネルのアレイは、さらに充電装置に直列に接続される。好ましくは、充電装置は、最大電力点追従制御装置（ＭＰＰＴ）オプティマイザに結合されて動作し、複数の太陽電池パネルが並列に接続される。

【0033】

任意選択で、複数の太陽電池パネルは、直列に接続されて太陽電池パネルのストリングを形成しており、太陽電池パネルの複数のストリングが並列に接続されており、並列に接続されている太陽電池パネルの複数のストリングのアレイが、さらにＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続される。

【0034】

任意選択で、システムの太陽電池マトリクスアレイパネルから最大電力発生量を提供するために、太陽電池サブセルのマトリクスアレイのＤＣ出力が、ＭＰＰＴオプティマイザによって調整される。任意選択で、通信ユニットが、ＭＰＰＴオプティマイザと遠隔のコンピュータ化されたユニットとの間の通信を容易にする。

【0035】

任意選択で、太陽電池パネルの太陽電池サブセルのストリングそれぞれが、並列に相互接続される前に、ＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続される。

【0036】

任意選択で、太陽電池サブセルのマトリクスアレイのＤＣ出力は、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータに直列に接続される。

【0037】

任意選択で、本太陽光発電システムは、ＭＰＰＴオプティマイザと、入力／出力電圧／電流測定ユニットと、電力計算プロセッサと、をさらに含み、太陽電池サブセルの十字交差マトリクスの最大電力点（ＭＰＰ）が、測定ユニットによって得られて電力計算プロセッサによって分析される電圧／電流測定値に基づいて、ＭＰＰＴオプティマイザによって調整される。任意選択で、本太陽光発電システムは、中央処理装置を有する中央監視・制御サブシステムをさらに含み、マトリクスアレイパネルが、送信機および受信機をさらに含み、送信機が、入力／出力電圧／電流計測器から得られた測定データを中央処理装置に伝送するように構成され、受信機が、中央処理装置からの命令を受信するように構成され、電力計算プロセッサが、太陽電池サブセルの十字交差マトリクスの最大電力点（ＭＰＰ）が調整されるようにＭＰＰＴオプティマイザに調整データを提供するように、構成される。

【0038】

任意選択で、中央処理装置は、遠隔のプロセッサにデータを送信する、および／または、遠隔のプロセッサからデータを受信する、ようにさらに構成される。

【0039】

任意選択で、遠隔のプロセッサは、遠隔のコンピュータおよびスマートモバイル機器を含む群、から選択される。

【0040】

任意選択で、データは、パネルのエネルギ、電力、温度、電圧、電流、日時、無効化命令、および有効化命令、を含む群、から選択される。

【0041】

任意選択で、ＭＰＰ調整される太陽電池サブセルの複数の太陽電池パネルが、直列に接続されて太陽電池パネルのストリングを形成し、太陽電池パネルの複数のストリングが並列に接続される。

【0042】

任意選択で、ＭＰＰ調整される太陽電池サブセルの複数の太陽電池パネルが、並列に電気的に接続される。任意選択で、太陽電池パネルそれぞれが、並列に相互接続される前に、ＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続される。

【0043】

任意選択で、太陽電池サブセルの太陽電池パネルそれぞれがＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続され、これらの太陽電池パネルは、ＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続される前と、ＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続された後とに、並列に接続される。任意選択で、太陽電池パネルの並列接続は、ＤＣ／ＡＣインバータに直列に接続される前に、切替可能である。

【0044】

任意選択で、本太陽光発電システムは、中央処理装置を有する中央監視・制御サブシステムをさらに含み、マトリクスアレイパネルそれぞれが、プロセッサと、出力／入力電圧／電流計測器と、送信機と、受信機と、をさらに含み、送信機が、入力／出力電圧／電流計測器から得られた測定データを中央処理装置に伝送するように構成され、受信機が、中央処理装置からの命令を受信するように構成され、電力計算プロセッサが、マトリクスアレイパネルの太陽電池サブセルの十字交差マトリクスの最大電力点（ＭＰＰ）が調整されるようにＭＰＰＴオプティマイザに調整データを提供するように、構成される。

【0045】

任意選択で、太陽電池サブセルのマトリクスアレイのＤＣ出力は、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータに接続される。

【0046】

任意選択で、太陽電池サブセルのマトリクスアレイのＤＣ出力は、複数のＤＣ／ＤＣ電力コンバータに接続される。

【0047】

任意選択で、太陽電池サブセルのマトリクスアレイの直列ユニットのストリングそれぞれのＤＣ出力が、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータに直列に接続され、並列に接続されているＤＣ／ＤＣ電力コンバータが、ＭＰＰＴに直列に接続される。

【0048】

任意選択で、太陽電池サブセルのマトリクスアレイの直列ユニットのストリングそれぞれのＤＣ出力が、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータに直列に接続され、ＤＣ／ＤＣ電力コンバータそれぞれが、それぞれのＭＰＰＴに直列に接続される。

【0049】

本発明は、以下の詳細な説明および添付の図面から完全に理解されるであろう。図面は、図解を目的として単なる例として示してあり、したがって本発明をいかようにも制限しない。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】太陽電池セルの等価電気回路の概略図である（従来技術）。

【図2】十字交差構造において相互接続されている通常の太陽電池セルを有する太陽電池マトリクスの概略図である（従来技術）。

【図3】太陽電池モジュールの概略的な例であり、図２に示した太陽電池マトリクスの出力にＤＣ／ＤＣ電圧コンバータが接続されている（従来技術）。

【図4】一般的な太陽電池アレイモジュールの、さまざまなセル温度およびさまざまな照射量の場合における電流－電圧特性（最大電力点の調整領域の電圧範囲を含む）を示している（従来技術）。

【図5a】本発明のいくつかの実施形態に係る、十字交差構造において相互接続されている太陽電池セルユニットを有する太陽電池マトリクスの例の概略図であり、各太陽電池セルユニットが３個の太陽電池サブセルからなる。

【図5b】本発明のいくつかの実施形態に係る、十字交差構造において相互接続されている太陽電池セルユニットを有する太陽電池マトリクスの別の例の概略図であり、各太陽電池セルユニットが３個の太陽電池サブセルからなる。

【図6】本発明のいくつかの実施形態に係る、太陽電池サブセルのマトリクスの別の例の概略図であり、各太陽電池セルユニットは、Ｍ行Ｎ列の十字交差マトリクス構造において相互接続されている少なくとも１個の太陽電池サブセルからなる。

【図7a】太陽電池パネルの例の概略図であり、パネルの太陽電池サブセルのマトリクスは、図６に示した太陽電池マトリクスに類似している（ただしこれに制限されない）。

【図7b】図７ａに示した太陽電池パネルの例の概略図であり、２行のサブセルが日陰になっており、１個または複数個のバイパスダイオードが接続されており、このとき各ダイオードは、それぞれの太陽電池ユニットの１行または複数行の迂回路を形成している。

【図7c】本発明の実施形態に係る太陽光パネルアレイの例の概略図であり（この例では各パネルが、図７ａに示した太陽電池マトリクスパネルに類似している）、パネルが並列に接続されており、太陽電池マトリクスアレイパネルのＤＣ出力電圧をＡＣ電圧（例えば２２０Ｖまたは１１０Ｖ）に変換するために、太陽電池アレイパネルのアレイがパネルＤＣ／ＡＣインバータに結合されている。

【図7d】太陽光パネルアレイの例の概略図であり、このアレイは、図７ｃに示した太陽光パネルのアレイに類似しているが、最大電力点追従制御装置（ＭＰＰＴ）を有する充電装置の入力に直列に接続されている。

【図8a】 太陽電池サブセルの太陽電池マトリクスアレイパネルから最大電力発生量を提供するために、ＭＰＰＴ装置を有するパワーオプティマイザに結合されている、本発明の実施形態に係る太陽電池マトリクスアレイパネルの例の概略図である。

【図8b】監視・制御型の太陽電池マトリクスアレイパネルを形成するために、ＭＰＰＴ装置を有する電力オプティマイザに結合されている、本発明の実施形態に係る太陽電池サブセルの太陽電池マトリクスアレイパネルの別の例の概略図である。

【図8c】太陽電池マトリクスアレイパネルのＤＣ出力電圧をＡＣ電圧（例えば２２０Ｖまたは１１０Ｖ）に変換するために、パネルＤＣ／ＡＣインバータに結合されている、本発明の実施形態に係る太陽電池サブセルの太陽電池マトリクスアレイパネルの別の例の概略図である。

【図8d】本発明の実施形態に係る、太陽光パネルアレイの並列に接続されたストリングのアレイの別の例の概略図であり、図７ｃに示したように（ただしこの図に制限されない）、太陽光パネルアレイの各ストリングが、それらのＤＣ出力において並列に接続されているパネルＤＣ／ＡＣインバータに直列に結合されている。

【図9】太陽電池アレイモジュールの例を示す概略図であり、このモジュールは、太陽電池サブセルの十字交差網のアレイおよびＭＰＰＴオプティマイザと、入力／出力電圧／電流測定ユニットと、電力計算用のプロセッサとを含む。

【図10】太陽電池アレイモジュールの例を示す概略図であり、このモジュールは、太陽電池サブセルの十字交差網のアレイおよびＭＰＰＴオプティマイザと、入力／出力電圧／電流測定ユニットと、プロセッサと、送信機および受信機と、を含み、送信機および受信機は、測定データを太陽電池アレイモジュールから汎用システムの中央コントローラ（ＣＣ）に伝送し、中央コントローラ（ＣＣ）の命令を各太陽電池アレイモジュールに伝送し、任意選択で、各パネルまたはシステム全体の情報を、遠隔のコンピュータまたは遠隔のスマートモバイル機器に提供する。

【図11a】並列に接続されている、太陽電池サブセルの太陽電池アレイモジュールのいくつかのストリング、を有する太陽電池アレイシステムの例を示す概略図であり、太陽電池アレイモジュールそれぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザと、十字交差構造において接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセルを有する太陽電池ユニットのアレイとを含む。

【図11b】並列に接続されている、太陽電池サブセルのいくつかの太陽電池アレイモジュールを有する太陽電池アレイシステムの例を示す概略図であり、太陽電池アレイモジュールそれぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザと、十字交差構造において接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセルを有する太陽電池ユニットのアレイとを含む。

【図12a】並列に接続されている、太陽電池サブセルの太陽電池パネルのいくつかのストリング、を有する太陽電池アレイシステムの別の例を示す概略図であり、太陽電池アレイモジュールそれぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザと、通信装置と、十字交差構造において接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセルを有する太陽電池ユニットのアレイとを含み、すべての太陽電池アレイモジュールが、中央監視・制御システムによって制御され、データを顧客のＰＣまたは携帯電話に送信する。

【図12b】並列に接続されている、太陽電池サブセルのいくつかの太陽電池パネルを有する太陽電池アレイシステムの別の例を示す概略図であり、太陽電池アレイモジュールそれぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザと、通信装置と、十字交差構造において接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセルを有する太陽電池ユニットのアレイとを含み、すべての太陽電池アレイモジュールが、中央監視・制御システムによって制御され、データを顧客のＰＣまたは携帯電話に送信する。

【図13a】 太陽電池サブセルの太陽電池パネルのアレイを有する太陽電池アレイシステムの例を示す概略図であり、各パネルが太陽電池サブセルの十字交差マトリクスを含み、太陽電池アレイシステムがＤＣ／ＡＣインバータを含む。

【図13b】各太陽光モジュールが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび通信装置を備えた、太陽電池サブセルの太陽光パネルから構成されているときに、例えば複数の太陽光モジュールを有する太陽電池アレイシステムの例を示す概略図であり、各パネルが太陽電池サブセルの十字交差マトリクスを含み、各モジュールにＤＣ／ＡＣインバータが接続されている。

【図13c】各太陽光モジュールが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび通信装置を備えた、太陽電池サブセルの太陽光パネルから構成されているときに、例えば複数の太陽光モジュールを有する太陽電池サブセルマトリクスアレイシステムの例を示す概略図であり、各パネルが太陽電池サブセルの十字交差マトリクスを含み、各モジュールにＤＣ／ＡＣインバータが接続されている。さらにこの例では、太陽光モジュールが並列に相互接続されている。

【図13d】各太陽光モジュールが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび通信装置を備えた、太陽電池サブセルの太陽光パネルから構成されているときに、例えば複数の太陽光モジュールを有する太陽電池サブセルマトリクスアレイシステムの例を示す概略図であり、各パネルが太陽電池サブセルの十字交差マトリクスを含み、各モジュールにＤＣ／ＡＣインバータが接続されている。さらに、本発明の実施形態によれば、この例では太陽光モジュールが並列に相互接続されており、並列ＤＣ入力の接続が制御式に切替可能である。

【図14】本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池モジュールの例の概略図であり、図５ｂに示した太陽電池サブセルマトリクスの出力にＤＣ／ＤＣ電圧コンバータが接続されている。

【図15】本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池サブセルマトリクスモジュールの別の例の概略図であり、図５ｂに示した太陽電池マトリクスの出力に複数のＤＣ／ＤＣ電圧コンバータが接続されている。

【図16】本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池サブセルマトリクスモジュールの別の例の概略図であり、図５ｂに示したような太陽電池サブセルマトリクスの出力に複数のＤＣ／ＤＣ電圧コンバータがそれぞれ接続されており、並列出力を有するこれらのコンバータの出力にＭＰＰＴ装置が接続されている。

【図17】本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池サブセルマトリクスモジュールの別の例の概略図であり、図１６に示したような太陽電池サブセルマトリクスの出力に複数のＤＣ／ＤＣ電圧コンバータがそれぞれ接続されており、これらのコンバータそれぞれの出力に複数のＭＰＰＴ装置がそれぞれ接続されており、ＭＰＰＴ装置の出力が並列に電気的に接続されている。

【発明を実施するための形態】

【0051】

以下では、本発明の好ましい実施形態を示している添付の図面を参照しながら、本発明についてさらに完全に説明する。

【0052】

図面を参照する。図２は、十字交差構造において相互接続されている通常の太陽電池セル２１０を有する太陽電池マトリクス網２００の従来技術の概略図を示している。図３（従来技術）は、太陽電池モジュール２０５の概略的な例であり、太陽電池マトリクス２００の出力にＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ２５０が接続されている。このような実施形態は特許文献１に記載されている。なお、ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ２５０は、プッシュプルコンバータ、アップコンバータ、フォワードコンバータ、最大電力点追従制御装置（ＭＰＰＴ）、または他のタイプのコンバータ、またはこれらの組合せ、とすることができることに留意されたい。

【0053】

本発明の一態様は、電力の発生を最大にするために各太陽電池アレイモジュールを最大電力点（ＭＰＰ）において動作させるシステムを提供することである。太陽電池アレイシステムによって生成される電力は、セルの温度、システムに対する負荷、照射量によって影響される。図４は、太陽光モジュールの２つのグラフ（１１０，１２０）を描いており、さまざまなセル温度における電流－電圧特性のグラフ１１０と、さまざまな照射量における電流－電圧特性のグラフ１２０である。グラフ（１１０，１２０）それぞれにおいて、調整領域（１１４，１２４）の幅は、例えば日陰の条件の関数として、大幅に異なりうる。これに加えて、グラフ（１１０，１２０）それぞれにおいて、電流は、特定の電圧レベルにおいて急激に降下するまでは、電圧が増大するときにほぼ一定のままであり、膝の形の曲率を形成する。ある点において、膝部は太陽光モジュールの最大電力点（ＭＰＰ）に達したとみなされる。例えば、１０００Ｗ／ｍ^２の照射量では、ＭＰＰは点１２２（約２８Ｖ）によって表され、２５℃の温度では、ＭＰＰは点１１２（約２５Ｖ）によって示される。したがって、照射量または温度が変化すると、ＭＰＰが変わり、出力電力が減少する。

【0054】

図５ａは、本発明のいくつかの実施形態に係る、十字交差構造において相互接続されている太陽電池サブセル３２０の直列ユニット３１０を有する太陽電池マトリクス網３００の例の概略図であり、各直列ユニット３１０の、結合された光起電性面積は、この例では通常の太陽電池２１０（図３を参照）の光起電性面積と等価である（ただしこれに制限されない）。いくつかの実施形態においては、通常サイズの太陽電池セル２１０が、類似する寸法を有する所望の数のサブセルに分割される。

【0055】

図５ｂは、本発明のいくつかの実施形態に係る、別の十字交差構造において相互接続されている太陽電池サブセル３２０の直列ユニット３１０を有する太陽電池マトリクス網３０１の別の例の概略図であり、各直列ユニット３１０の、結合された光起電性面積は、この例では通常の太陽電池２１０の光起電性面積と等価である（ただしこれに制限されない）。いくつかの実施形態においては、通常サイズの太陽電池セル２１０が、類似する寸法を有する所望の数のサブセルに分割される。

【0056】

これらのマトリクス３００および３０１の例では、通常のセル（２１０）それぞれが３個のサブセルに分割されていることを示してある。なお、マトリクス（３００または３０１）におけるサブセル３２０の総数を「ｎ」で表すならば、サブセル３２０の総数は、０＜ｎ＜無数であることに留意されたい。

【0057】

図６は、別の例の太陽電池サブセルマトリクス４００の概略図であり、各太陽電池サブセルユニット３１０が、「ｎ個の」太陽電池サブセル３２０からなり、マトリクス４００のサブセル３２０の数は、任意の多数の「ｎ個の」サブセル３２０を含むことができ、太陽電池サブセル３２０は、十字交差構造において相互接続されている。

【0058】

十字交差構造においては、事前設定される数の太陽電池サブセル３２０（少なくとも１個の太陽電池サブセル３２０である）が、直列に電気的に接続されて直列ユニット３１０を形成しており、事前設定される数の直列ユニット３１０が、直列に電気的に接続されて直列ユニットのストリング３３０を形成しており、直列ユニットのストリング３３０は、第１の出力電圧レベルを生成するようにされている。事前設定される数の直列ユニットのストリング３３０は、並列に電気的に接続されて太陽電池サブセル３２０のモジュールアレイ（３００，３０１，４００）を形成しており、モジュールアレイ（３００，４００）は、第１の出力電力レベルを生成するようにされている。

【0059】

さらに、直列ユニットのストリング３３０それぞれの各直列ユニット３１０は、すべての他の直列ユニットのストリング３３０の隣接する直列ユニット３１０にも並列に接続されて、直列ユニット３１０の行３１５と、直列ユニット３１０の十字交差マトリクスアレイ（３００，３０１，４００）を形成している。直列ユニット３１０の十字交差マトリクスアレイ（３００，３０１，４００）は、正常に機能していない直列ユニット３１０を電流が迂回することを可能にし、したがってマトリクスアレイ（３００，３０１，４００）およびそのシステムの性能が向上する。

【0060】

マトリクスアレイ（３００，３０１，４００）は、直列に接続されている太陽電池サブセル３２０の、さまざまなサイズの直列ユニット３１０の行３１５の混合を含むことができる。例えば、図５ａは、３個の太陽電池サブセル３２０の直列ユニット３１０を示しており、図６は、４個の太陽電池サブセル３２０の直列ユニットと、５個の太陽電池サブセル３２０の直列ユニットとを示している。

【0061】

次に図７ａをさらに参照し、図７ａは、太陽電池サブセルパネル５００の例を概略的に示しており、パネル５００の太陽電池サブセル３１０／３２０のマトリクスは、例えば太陽電池サブセルマトリクス４００に類似している（ただしこれに制限されない）。

【0062】

図７ｂは、部分的に日陰になっている太陽光パネル５０２を示しており、２行のサブセル３２０が日陰になっている。太陽光パネル５０２は、太陽電池サブセルマトリクスパネル５００と同様に、十字交差構造において相互接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセルを含み、太陽電池サブセル３２０および／または直列ユニット３１０の、事前設定される数の行３１５に、１個または複数個のバイパスダイオードが並列に接続されている。

【0063】

このような部分的な日陰の場合、サブセル３２０は電力を提供することを停止し、このためパネル５０２全体のエネルギ発生量が低下する。図７ｂに示した例においては、日陰になった領域（サブセル３２０の行全体にわたる）によって、サブセルのそれぞれのストリングにおける照らされているサブセル３２０を電流が流れることが妨げられる。このような問題を解決する目的で、図６に示したような太陽電池マトリクスアレイ４００のサブセルの、事前設定される数の行３１５に、多数の「ｆ」個のバイパスダイオードＤが並列に接続されている。ｆは、マトリクスアレイ４００の１つまたは複数の行３１５に接続されている１個のバイパスダイオードＤ、ないし３個のバイパスダイオードＤ、ないし６０個のバイパスダイオードＤ、または任意の別の数のバイパスダイオードＤとすることができる。ダイオードＤは、サブセル３２０の１つまたは複数の行３１５に、または直列ユニット３１０の１つまたは複数の行３１５に、接続することができ、例えばバイパスダイオードＤ１を見ると、日陰になっているサブセル３２０の行を含む、直列ユニット３１０の行３１５に接続されており、したがってストリングの電流が流れ続けることを可能にする。

【0064】

マトリクス太陽電池アレイ４００のサブセル３２０は、バイパスダイオードＤあり、またはなしで、太陽光パネル内に配置することができ、さらに、パネルのストリングの中に接続されているパネル５００の間の不整合（mismatch）を回避する目的で、ＭＰＰＴ装置に動作可能に結合することができる。このような不整合は、上述したように（例えば図７ｂを参照）、または本出願人の先行する特許／特許出願に記載されているように、１枚または複数枚のパネル５００が正常に機能していないとき、または部分的に日陰になっているときに、発生しうる。

【0065】

図７ｃは、本発明の実施形態に係る太陽光パネルアレイ５０７の例の概略図であり（この例における各パネルは、太陽電池サブセルマトリクスパネル５００／５０２に類似している（ただしこれに制限されない））、パネル５００は並列に接続されており、太陽電池マトリクスアレイパネルのＤＣ出力電圧をＡＣ電圧（例えば２２０Ｖまたは１１０Ｖ）に変換するために、太陽電池パネルがパネルＤＣ／ＡＣインバータ９５０に結合されている。

【0066】

ＭＰＰが変化する結果としての電力損失の問題に対処し、各太陽電池アレイモジュールをそれぞれのＭＰＰにおいて、またはＭＰＰの近くで動作させる目的で、図７ｄ、図８ａ、および他の図に示したように、ＭＰＰ追従制御装置５５２などが使用される。図７ｄは、太陽光パネルアレイ５０９の例の概略図であり、アレイ５０９は太陽光パネルのアレイ５０７に類似しているが、一般に最大電力点追従制御装置（ＭＰＰＴ）オプティマイザ５５２を有する充電装置５９０の入力に、直列に接続されている。

【0067】

さらに図８ａを参照し、図８ａは、太陽電池サブセルマトリクスアレイパネル５０４を形成するために、ＭＰＰＴ ５５２を有する電力オプティマイザ５５０に結合されている太陽電池サブセルマトリクスアレイパネル５０４の例を示している。ＭＰＰＴ ５５２に基づくオプティマイザ５５０は、太陽電池マトリクスアレイパネルから最大電力発生量を提供するように構成されている。太陽光パネル５０４の太陽電池アレイマトリクス４００のサブセルの行は、バイパスダイオードＤなしで、かつ通信ユニットなしで、配置されている。

【0068】

図８ｂは、太陽電池サブセルマトリクスアレイパネル５０６を形成するために、ＭＰＰＴ ５５２および通信ユニット５５４を有する電力オプティマイザ５５１に結合されている太陽電池サブセルマトリクスアレイパネル５０６の例を示している。太陽光パネル５０６の太陽電池アレイマトリクス４００のサブセルの行は、バイパスダイオードＤなしで配置されている。

【0069】

図８ｃは、マトリクス太陽電池アレイ（マトリクス太陽電池アレイ４００など）から構成されている太陽電池サブセルマトリクスアレイパネル５０３の例の概略図であり、マトリクス太陽電池アレイは、ＤＣ電圧を提供し、また、ＤＣ電圧をＡＣ電圧（例えば供給網に適合する電力）に変換するインバータ９５０に直列に結合されている。

【0070】

図８ｄは、太陽光パネルアレイ（この例では、直列に接続されている太陽光パネル５００のアレイ）の、並列に接続されているストリング５０１、から構成される太陽電池アレイシステム５１１の例の概略図であり、太陽光パネルの並列に接続されているストリング５０１のアレイが、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータ９５０にＤＣ電圧を提供する。

【0071】

図９は、太陽電池アレイシステムモジュール６００の例を示す概略図であり、このモジュール６００は、電子ＭＰＰＴオプティマイザと、出力／入力電圧／電流測定ユニット６３０と、太陽電池サブセルアレイ４００_ｉの十字交差マトリクスのＭＰＰを調整するプロセッサ６２０とを含み、アレイ４００_ｉは、例えば、太陽光パネルシステム５０４および／または５０６の一部である（ただしこれに制限されない）。結果の測定値が、ＭＰＰに基づくオプティマイザ６５２からプロセッサ６２０によって得られ、したがってプロセッサ６２０は、太陽電池パネル５０４／５０６などの太陽電池パネルの出力電圧を変化させることができる。

【0072】

図１０は、太陽電池アレイシステムモジュール６０２の例を示す概略図であり、このモジュール６０２は、例えば太陽電池サブセルの十字交差マトリクス４００_ｉを有する太陽電池パネル５０６などのマトリクスアレイパネルを含み、太陽電池パネル５０６は、中央監視・命令／制御サブシステム７００に結合されて動作する。

【0073】

マトリクスアレイパネル５０６は、ＭＰＰＴオプティマイザ６５２と、入力／出力電圧／電流測定ユニット６３０と、プロセッサ６２０と、をさらに含む。太陽電池アレイシステムモジュール６０２は、中央監視サブシステム７００との通信を促進する送信機６４０をさらに含み、中央監視サブシステム７００は、太陽光パネルアレイの個々の太陽電池アレイモジュール６０２それぞれおよびシステム全体の制御に介入することができる。個々の太陽電池アレイモジュール６０２それぞれは、出力／入力電圧／電流計測器６３０から得られた測定データを中央制御サブシステム７００の中央コントローラ／プロセッサ７１０に伝送する送信機６４０、をさらに含む。個々の太陽電池アレイモジュール６０２それぞれは、中央処理装置７１０からの制御命令を受信する受信機６４２をさらに含む。

【0074】

任意選択で、中央制御サブシステム７００は、各パネルまたはシステム６０２全体の特性（パネルのエネルギ、電力、温度など）に関する情報を、パーソナルコンピュータまたはスマートモバイル機器７５０にさらに提供し、また、中央制御サブシステム７００を、動作可能に結合されている遠隔のコンピュータまたは遠隔のスマートモバイル機器７５０から情報を受信し、例えば、特定のパネル５０６、またはパネルのシステム（アレイ）全体を無効にする、または有効にするなどの命令を与えるように、さらに構成することができる。

【0075】

さらに図１１ａを参照し、図１１ａは、太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１（それぞれ任意選択で前述したように特徴付けることができる）のいくつかのストリング８４０を有する太陽電池アレイシステム８００の例を示す概略図であり、太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１のストリング８４０は並列に相互接続されている。太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１それぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび監視・命令／制御サブシステムを有することができる。太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１それぞれが、十字交差構造において相互接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセル３２０を有する直列ユニット３１０のアレイを含む。

【0076】

図１１ｂは、並列に接続されているいくつかの太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１（それぞれ任意選択で前述したように特徴付けることができる）を有する太陽電池アレイシステム８０１の例を示す概略図である。太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１それぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび監視・命令／制御サブシステムを有することができる。太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１それぞれが、十字交差構造において相互接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセル３２０を有する直列ユニット３１０のアレイを含む。

【0077】

なお、システムレベルにおける調整は、依然としてＤＣ／ＡＣインバータ（図示せず）によって、または上述した実施形態のいずれかによって、実行できることにさらに留意されたい。

【0078】

さらに図１２ａを参照し、図１２ａは、太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１（それぞれ任意選択で前述したように特徴付けることができる）のいくつかのストリング８４０を有する太陽電池アレイシステム８０２の別の例を示す概略図であり、太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１のストリング８４０は、並列に相互接続されている。太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１それぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび監視・命令／制御通信サブシステムを有する。太陽電池パネル５０４／５０６／５０９／５１１それぞれが、十字交差構造において相互接続されている複数の太陽電池サブセル３２０を有する直列ユニット３１０のアレイを含む。

【0079】

中央処理装置７１０を有する中央制御サブシステム７００は、太陽電池パネル５０６／５０９／５１１の各ストリング８４０の電圧と、太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれの電圧、電流、および出力電力とに関する測定データを受信する。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１からのデータを受信機７４２を通じて受信した後、中央処理装置７１０は、監視データを送信機７４０を通じて顧客のＰＣおよび電話に送る。

【0080】

中央制御サブシステム７００は、動作可能に結合されている遠隔のコンピュータまたは遠隔のスマートモバイル機器（７５０）からの情報（例えば、特定のパネル５０６／５０９／５１１または太陽光パネルのアレイ全体を有効にする、または無効にするなどの命令、および／または、別の命令もしくは情報）を受信するように、さらに構成することができる。

【0081】

なお、中央制御サブシステム７００は、太陽電池アレイモジュール５０６／５０９／５１１それぞれと、無線を通じて、または有線通信手段を通じて、通信することができることに留意されたい。

【0082】

なお、システムレベルにおける調整は、依然としてＤＣ／ＡＣインバータ（図示せず）によって、または上述した実施形態のいずれかによって、実行できることにさらに留意されたい。

【0083】

図１２ｂは、並列に接続されているいくつかの太陽電池パネル５０６／５０９／５１１（それぞれ任意選択で前述したように特徴付けることができる）を有する太陽電池アレイシステム８０３の例を示す概略図である。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれが、ＭＰＰＴオプティマイザおよび監視・命令／制御サブシステムを有することができる。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれが、十字交差構造において相互接続されている「ｎ個の」太陽電池サブセル３２０を有する直列ユニット３１０のアレイを含む。

【0084】

中央処理装置７１０を有する中央制御サブシステム７００は、太陽電池パネル５０６／５０９／５１１の各ストリング８４０の電圧と、太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれの電圧、電流、および出力電力とに関する測定データを受信する。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１からのデータを受信機７４２を通じて受信した後、中央処理装置７１０は、監視データを送信機７４０を通じて顧客のＰＣおよび電話に送る。

【0085】

中央制御サブシステム７００は、動作可能に結合されている遠隔のコンピュータまたは遠隔のスマートモバイル機器７５０からの情報（例えば、特定のパネル５０６／５０９／５１１または太陽光パネルのアレイ全体を有効にする、または無効にするなどの命令、および／または、別の命令もしくは情報）を受信するように、さらに構成することができる。

【0086】

なお、中央制御サブシステム７００は、太陽電池アレイモジュール５０６／５０９／５１１それぞれと、無線を通じて、または有線通信手段を通じて、通信することができることに留意されたい。

【0087】

なお、システムレベルにおける調整は、依然としてＤＣ／ＡＣインバータ（図示せず）によって、または上述した実施形態のいずれかによって、実行できることにさらに留意されたい。

【0088】

照射量の条件（すなわち太陽電池サブセルへの光の照射）および／または温度が変わることに起因してＭＰＰが変化する結果としての、システムのパネルアレイの電力損失の問題に対処するため、図１３ａおよび図１３ｂに示したように、ＭＰＰ追従制御装置を有するＤＣ／ＡＣインバータ９５０が使用される。

【0089】

図１３ａは、例えばｍ＊ｎ枚の太陽電池パネル５００／５０２／５０３／５０４／５０６（各パネルが太陽電池サブセル３１０／３２０の十字交差マトリクスを含む）を有する太陽電池アレイシステム９００の例を示す概略図であり、太陽電池アレイシステム９００は共通のＤＣ／ＡＣインバータ９５０を含む。しかしながらこの解決策は、太陽光システムのレベルで機能し、太陽電池アレイモジュールのレベルでは機能しない。したがってこの解決策では、各太陽電池アレイモジュールをそのＭＰＰにおいて動作させる（これによりシステム全体にわたり、より高い効率が提供される）ことは可能にならない。

【0090】

図１３ｂは、例えば並列に接続されている太陽電池パネル５０６／５０９／５１１（各パネルが太陽電池サブセル３１０／３２０の十字交差マトリクスを含む）を有する太陽電池アレイシステム９０２の例を示す概略図である。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれは、並列に相互接続される前に、ＤＣ／ＡＣインバータ９５０に直列に接続されている。

【0091】

図１３ｃは、例えば並列に接続されている太陽電池パネル５０６／５０９／５１１を有する太陽電池アレイシステム９０４の例の概略図であり、太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれが、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する直列に結合されたインバータ９５０に、ＤＣ電圧を提供する。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１は、それぞれのＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換される前と、それぞれのＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換された後の両方に、並列に接続されている。

【0092】

図１３ｄは、例えば並列に接続されている太陽電池パネル５０６／５０９／５１１を有する太陽電池アレイシステム９０６の例の概略図であり、太陽電池パネル５０６／５０９／５１１それぞれが、ＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する直列に結合されたインバータ９５０に、ＤＣ電圧を提供する。太陽電池パネル５０６／５０９／５１１は、それぞれのＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換される前と、それぞれのＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換された後の両方に、並列に接続されている。しかしながら、太陽電池アレイシステム９０４とは異なり、それぞれのＤＣ電圧がＡＣ電圧に変換される前に並列に接続されている太陽電池パネル５０６／５０９／５１１の並列接続それぞれが、スイッチ５１２（一般には制御可能スイッチ）によって切替可能である。

【0093】

本発明の別のバリエーションを、図１４～図１６に示す。図１４は、本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池サブセルマトリクスモジュール３０５ａの概略図であり、低いパネル電圧を所望のパネル出力電圧レベルまで昇圧する、またはＭＰＰを調整するためのＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ３５０が、太陽電池サブセルマトリクス（３００，３０１）の出力に接続されている。図１５は、本発明の別の実施形態に係る別の太陽電池サブセルマトリクスモジュール３０５ｂの概略図であり、低いパネル電圧を所望のパネル出力電圧レベルまで昇圧する、またはＭＰＰを調整するための複数のＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ３５０が、太陽電池サブセルマトリクス（３００，３０１）の出力に接続されている。なお、ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ３５０は、プッシュプルコンバータ、アップコンバータ、フォワードコンバータ、最大電力点追従制御装置（ＭＰＰＴ）３５２、または他のタイプのコンバータ、またはこれらの組合せ、とすることができることに留意されたい。

【0094】

太陽電池サブセル３１０の十字交差構造により、いずれかの太陽電池サブセル３２０が故障しているときに太陽電池サブセルモジュール３０５ａ／３０５ｂ（３０５）の電力損失が最小になる一方で、それら故障したサブセルに直列に接続されているサブセルによって生成される電流は失われず、故障したサブセルを迂回するように経路変更される。通常の太陽電池セル２１０ではなく太陽電池サブセル３２０を使用することによって、太陽電池モジュール３０５の中で生成される電流が相当に減少し、したがって、太陽電池セル３２０（または３１０）と外部導体２０４／３０４との間のはんだ箇所２１２／３１２における導電性損失に起因する電力損失と、太陽電池セル３２０の間の導体接続部、太陽電池のバスバー、太陽電池セルをセルのストリングに接続している導体、および太陽電池セルのストリングを接続箱に接続している導体、における導電性損失に起因する電力損失とが、が相当に減少する。

【0095】

したがって、太陽電池モジュール３０５の全体的な電力損失を低減することによって、太陽電池モジュール３０５の出力電力が最大になる。

【0096】

図１６は、本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池モジュール３０６の別の概略的な例であり、太陽電池マトリクス３００ａ’の出力に複数のＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ３５０が接続されている。太陽電池セル２１０および／または太陽電池サブセル３１０／３２０の多数の異なる組合せによって、太陽電池サブセルマトリクス３００’を有するさまざまな他の太陽電池モジュールを構成することができ、これらはすべて本発明の範囲内である。

【0097】

図１７は、本発明のいくつかの実施形態に係る太陽電池モジュール３０８の別の例の概略図であり、図１６に示したような太陽電池サブセルマトリクス３００’の出力に複数のＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ３５０が接続されており、これらのコンバータそれぞれの出力に複数のＭＰＰＴ装置３５２が接続されており、ＭＰＰＴ装置３５２の出力が並列にされている。

【0098】

本発明は、いくつかの実施形態および例に基づいて説明されているが、これの実施形態および例をさまざまに変化させ得ることが理解されるであろう。このようなバリエーションは、本発明の趣旨および範囲からの逸脱としてみなされるものではなく、当業者に明らかであろう修正すべてが企図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図7c】

【図7d】

【図8a】

【図8b】

【図8c】

【図8d】

【図9】

【図10】

【図11a】

【図11b】

【図12a】

【図12b】

【図13a】

【図13b】

【図13c】

【図13d】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】