特許 7362795 太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュール

(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】2023-10-06

(45)【発行日】2023-10-17

(54)【発明の名称】太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H02S 40/34 20140101AFI20231010BHJP

   H01L 31/05 20140101ALI20231010BHJP

   H02S 40/36 20140101ALI20231010BHJP

【ＦＩ】

H02S40/34

H01L31/04 570

H02S40/36

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2022001693

(22)【出願日】2022-01-07

(62)【分割の表示】P 2020020383の分割

【原出願日】2014-07-02

(65)【公開番号】P2022043315

(43)【公開日】2022-03-15

【審査請求日】2022-01-31

(31)【優先権主張番号】1312207.2

(32)【優先日】2013-07-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】514138145

【氏名又は名称】アールイーシー ソーラー プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100152984

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 秀明

(72)【発明者】

【氏名】スリダラ， シャンカー ゴウリ

(72)【発明者】

【氏名】ディエスタ， ノエル ジー．

(72)【発明者】

【氏名】ロスタン， フィリップ ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】ワド， ロバート

【審査官】桂城 厚

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２３５１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１３５８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１１１０５０１９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２８４０５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０２５８５４８１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０２６５１１４４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００５／１１２１３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３３９０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３４７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１６８５１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２４５１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１６１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０１８５９８７７（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０７８

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

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池アセンブリを備える太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池アセンブリは、
第１太陽電池ユニットと、
前記第１太陽電池ユニットと直列に接続される第２太陽電池ユニットと、を有し、
前記第１太陽電池ユニットは、
直列に接続される複数の太陽電池を含む第１太陽電池直列体と、
前記第１太陽電池直列体と並列に連結され、直列に接続される複数の太陽電池を含む第２太陽電池直列体と、
前記第１太陽電池直列体、および前記第２太陽電池直列体と並列に連結される第１バイパスダイオードと、を有し、
前記第２太陽電池ユニットは、
直列に接続される複数の太陽電池を含む第３太陽電池直列体と、
前記第３太陽電池直列体と並列に連結され、直列に接続される複数の太陽電池を含む第４太陽電池直列体と、
前記第３太陽電池直列体、および前記第４太陽電池直列体と並列に連結される第２バイパスダイオードと、を有し、
前記第１バイパスダイオードは、前記太陽電池モジュールの裏面側に配置される接続箱内に取り付けられ、前記第２バイパスダイオードは、前記太陽電池モジュールの内部に一体的に統合されており、
前記第１バイパスダイオードおよび前記第２バイパスダイオードは、前記太陽電池アセンブリの中心線に配置され、
前記第２バイパスダイオードは、前記太陽電池アセンブリの中央に配置され、前記第１バイパスダイオードは、前記第２バイパスダイオードより前記太陽電池アセンブリの端部の近くに配置される太陽電池モジュール。

【請求項2】

さらに、前記第１および第２太陽電池ユニットと直列に接続される第３太陽電池ユニットを有し、
前記第３太陽電池ユニットは、
直列に接続される複数の太陽電池を含む第５太陽電池直列体と、
前記第５太陽電池直列体と並列に連結され、直列に接続される複数の太陽電池を含む第６太陽電池直列体と、
前記第５太陽電池直列体、および前記第６太陽電池直列体と並列に連結される第３バイパスダイオードと、を有し、
前記第３バイパスダイオードは、別の接続箱に搭載され、前記第２バイパスダイオードは、前記太陽電池アセンブリの中央に配置され、前記第１バイパスダイオードおよび前記第３バイパスダイオードは、前記第２バイパスダイオードより太陽電池の端部の近くに配置される請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記第１バイパスダイオード、前記第２バイパスダイオード、および前記第３バイパスダイオードは、前記太陽電池アセンブリの中心線に配置されている請求項２に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

さらに、前記第２バイパスダイオードを隣接するバイパスダイオードに接続するための少なくとも１つのクロスコネクタを含む請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項5】

前記接続箱は、外部デバイスまたは他の太陽電池アセンブリに接続するクロスコネクタを収容する請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項6】

前記第１太陽電池ユニット、および前記第２太陽電池ユニットは、太陽電池モジュールを形成する請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項7】

前記第１太陽電池ユニット、および前記第２太陽電池ユニットは、太陽電池モジュールの一部を形成する請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項8】

前記第１太陽電池直列体は、前記第１太陽電池ユニット内の前記第２太陽電池直列体と同じ開回路電圧Ｖｏｃを有し、前記第３太陽電池直列体は、前記第２太陽電池ユニット内の前記第４太陽電池直列体と同じ開回路電圧Ｖｏｃを有する請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項9】

前記第１太陽電池直列体、および前記第２太陽電池直列体は、前記第１バイパスダイオードに対して互いに鏡像であり、前記第３太陽電池直列体、および前記第４太陽電池直列体は、前記第２バイパスダイオードに対して互いに鏡像である請求項１～８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項10】

前記第１太陽電池直列体、および前記第２太陽電池直列体は、第１クロスコネクタを介して前記第１バイパスダイオードと連結される請求項１～９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項11】

前記第１バイパスダイオードは、アノード、およびカソードを有し、前記第１バイパスダイオードの前記アノード、および前記カソードは、前記第１クロスコネクタに連結される請求項１０に記載の太陽電池モジュール。

【請求項12】

前記第１クロスコネクタは、前記第１バイパスダイオード、および前記第１バイパスダイオードと前記第１クロスコネクタとの間の機械的接続に、電気的あるいは機械的な過大応力による亀裂が発生するのを防ぐためのストレス緩和としてコルゲーション構造体を有する請求項１０、または１１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項13】

前記第３太陽電池直列体、および前記第４太陽電池直列体は、第２クロスコネクタを介して前記第２バイパスダイオードと連結される請求項１～１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項14】

前記第２バイパスダイオードは、アノード、およびカソードを有し、前記第２バイパスダイオードの前記アノード、および前記カソードは、前記第２クロスコネクタに連結される請求項１３に記載の太陽電池モジュール。

【請求項15】

前記第２クロスコネクタは、前記第２バイパスダイオード、および前記第２バイパスダイオードと前記第２クロスコネクタとの間の機械的接続に、電気的あるいは機械的な過大応力による亀裂が発生するのを防ぐためのストレス緩和としてコルゲーション構造体を有する請求項１３、または１４に記載の太陽電池モジュール。

【請求項16】

更に、前記第１太陽電池直列体、および前記第２太陽電池直列体と、前記第１バイパスダイオードとを連結する第１クロスコネクタ、および前記第３太陽電池直列体、および前記第４太陽電池直列体と、前記第２バイパスダイオードとを連結する第２クロスコネクタを、単一のアセンブリとして結合する中心クロスコネクタアセンブリを有する請求項１０～１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項17】

前記中心クロスコネクタアセンブリは、前記太陽電池アセンブリの中心線内に配置される請求項１６に記載の太陽電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は、太陽電池アセンブリおよびこのような太陽電池アセンブリを含む太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

太陽電池は、光起電力効果を使用して、太陽光を電気に変換するために使用される。図１ａに示されるように、結晶シリコン系太陽電池を基礎とする太陽電池モジュール１００は通常、相互接続された６つの平行な太陽電池ストリング内に配置可能な、寸法が１５．６×１５．６ｃｍ^２の太陽電池１０４を６×１０個含んでいてもよい。各ストリングは、銅リボン１０６によって直列に接続される１０個あるいは１２個の単結晶あるいは多結晶系太陽電池を含んでいてもよい。ストリングは、次に、モジュール内の全ての太陽電池が直列に接続されるように、いわゆるクロスコネクタ１０５によってさらに直列に接続されてもよい。同型の構成の太陽電池を、例えば４×９個、６×８個、あるいは６×１２個備えた太陽電池モジュールもまた一般的である。

【0003】

正常な動作状態において、全ての太陽電池は光に当てられ、約０．５Ｖのその最大電力点で動作することができる。したがって、太陽電池が６×１０個の太陽電池モジュールでは、モジュール電圧の合計は約３０Ｖになる。しかしながら、特定の状況においては、モジュールに部分日陰が生じ得る。太陽電池が日陰になる場合、生成される電流は、照光レベルに比例して減少する。直列接続により、最も低い電流の太陽電池が、モジュール内の総電流を決定する。１つの太陽電池のみが陰になる状況において、これは、モジュール全体の完全な電力損失を招くおそれがある。

【0004】

このような完全な電力損失を避けるために、いわゆるバイパスダイオード１０１がモジュール内に組み込まれてもよい。バイパスダイオードは、一定数の太陽電池と並列に接続される。陰が生じる場合に、陰になる太陽電池と同じバイパスダイオードと並列である太陽電池のみが電力損失による影響を受ける可能性がある。１モジュール当たりのバイパスダイオードの数は、部分陰による影響を受ける太陽電池の数とバイパスダイオードを組み込むための費用との間の妥協である。通常は、最大で２０個の太陽電池を含む２つのストリングが、１つのバイパスダイオードに接続される。バイパスダイオードは、モジュールを隣接するモジュールに接続するのに使用されるケーブルの固定具としての役割を果たす接続箱１０２内に配置されてもよい。図１ｂは、接続箱１０２内に搭載される３つのバイパスダイオード１０１を備える典型的なモジュール１００の電気概略図を示す。ストリングは、クロスコネクタ１０３によって接続箱に接続されており、その反対側で、ストリングは、クロスコネクタ１０５によって互いに直列に接続されている。

【0005】

部分陰が生じる状況において、１つの太陽電池１０４のみが完全に陰になる場合、バイパスダイオードは、そのダイオードに並列に接続されている太陽電池の全てを短絡する。この状況において、照明されている太陽電池は、まだ、それぞれがその最大電力点とその開回路電圧の間の、約０．５～０．６Ｖで動作しているのに対して、陰になった太陽電池は、電圧を生成しない。その一方、照射された太陽電池の合成電圧は、約０．５～０．６Ｖの１９倍で、最大約１１．４Ｖの電圧となり、これは陰になった太陽電池に逆バイアス方向に印加される。

【0006】

太陽電池のダイオード特性によって、逆バイアス電圧が印加される場合には無視できる程度の逆方向飽和電流が流れるだけである。しかしながら、太陽電池は、急激な熱発生を引き起こし、最終的に太陽電池の破壊につながるかもしれないダイオードのアバランシェ降伏が起こる前に、一定の最大逆バイアスに耐えることができるだけである。破壊の前であっても、局所的シャントあるいは「ホットスポット」は、熱発生の増加につながる可能性があり、この熱発生の増加によりモジュールの封止に損傷を与え、火災さえ発生する可能性がある。

【0007】

したがって、最大印加逆バイアス電圧は、通常約１３Ｖの降伏電圧を超えるべきではない。正確な降伏電圧は、ウェハの材料および太陽電池の電池設計に依存する。太陽電池の所定の開回路電圧で、降伏電圧は、１つのバイパスダイオードに接続することができる太陽電池の数を限定する。

【0008】

上記の数値は、モジュールの狭小側でクロスコネクタおよび接続箱を備える一般的なモジュールレイアウト内において、１バイパスダイオード当たりの太陽電池の数がすでに最大に近づいていることを示している。

【0009】

モジュールの出力電力を増加させるためのアプローチは、リボン１０６によって太陽電池が相互接続される方向における太陽電池の長さを減らすことであり、これは太陽電池を半分に切断することで通常は達成される。このようにすることで、電池の長さに対して放物線状に依存する抵抗損失を効果的に減少させることができる。このアプローチにより、電力出力を約２％向上させることができる。しかしながら、各ストリング内の太陽電池の数は２倍になり、１バイパスダイオード当たりの太陽電池の数も２倍になる。

【0010】

別のアプローチは、半分に切断された太陽電池を使用して、各ストリングに付き１つのバイパスダイオードを使用すること、つまり、反対側においてストリングの１つの端部を接続箱に接続するためにコネクタリボンを組み込むことによるものである。この解決法の欠点は、コネクタリボン内でおよそ０．５％の電力損失があること、およびリボンについて実質的な追加の費用が生じること、ならびにシャントを避けるために、リボンが配置される場所に複数の裏面シート層を供給する必要性があることである。

【0011】

したがって、最大逆方向降伏電圧を超えないように、および過度の長さのコネクタリボンの使用を避けるように、太陽電池モジュールにおいて最適な太陽電池の構成を有することが望まれる。

【発明の概要】

【0012】

太陽電池アセンブリが提示される。太陽電池アセンブリは、直列に接続される１つ以上の太陽電池ユニットを含む。太陽電池ユニットは、並列に接続される第１太陽電池直列体および第２太陽電池直列体を含む。第１および第２太陽電池直列体は、それぞれ直列に接続される複数の太陽電池を含む。太陽電池アセンブリは、また、各太陽電池ユニットに接続されるバイパスダイオードを含み、該バイパスダイオードは、第１太陽電池直列体および第２太陽電池直列体のそれぞれに並列に接続される、つまり、前記バイパスダイオードは、各太陽電池ユニット内の第１および第２太陽電池直列体の間で共有されるものとして解釈されてもよい。

【0013】

目的、ならびに本願明細書に開示された本発明の利点および特徴は、以下の説明および添付図面を参照することによって明らかになるであろう。さらに、本願明細書に記載のさまざまな実施態様の特徴は相互に排他的ではなく、様々な組み合わせおよび順序で存在しうることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0014】

図面の簡単な説明
以下の図面においては、複数の異なる図面を通じて同じ参照符号は、概して、同じあるいは類似の部分を指す。また、図面は単に概略的に示されたものであり、必ずしも一定の縮尺ではなく、概して、本発明の原理を例示することに重点が置かれている。以下の説明において、様々な実施形態が、以下の図面を参照して説明される。

【図1a】太陽電池モジュールのレイアウトを示す。

【図1b】太陽電池モジュールのレイアウトを示す。

【図2a】太陽電池アセンブリレイアウトの一実施形態および対応する電気概略図を示す。

【図2b】太陽電池アセンブリレイアウトの一実施形態および対応する電気概略図を示す。

【図3a】太陽電池アセンブリレイアウトの別の一実施形態および対応する電気概略図を示す。

【図3b】太陽電池アセンブリレイアウトの別の一実施形態および対応する電気概略図を示す。

【図4a】太陽電池アセンブリレイアウトのさらに別の一実施形態および対応する電気概略図を示す。

【図4b】太陽電池アセンブリレイアウトのさらに別の一実施形態および対応する電気概略図を示す。

【図5】接続箱の一実施形態を示す。

【図6a】バイパスダイオードの一実施形態を示す。

【図6b】バイパスダイオードの一実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実施形態は、全体として、装置に関し、例えば、光のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置に関する。特に、該装置は、太陽電池素子、あるいは複数の太陽電池素子を含む太陽電池モジュールであってもよい。

【0016】

図２ａは、太陽電池アセンブリレイアウト２００の一実施形態を示し、図２ｂは、対応する電気概略図を示す。１つの実施形態において、太陽電池アセンブリは、太陽電池モジュールである。別の一実施形態において、太陽電池アセンブリは、太陽電池モジュールの一部である。太陽電池アセンブリは、１つ以上の太陽電池ユニット内に配置されてもよい太陽電池２０４を含んでいてもよい。図２ａに示されるように、太陽電池アセンブリ２００は、３つの太陽電池ユニットを含んでおり、例えば、第１太陽電池ユニット２１１、第２太陽電池ユニット２１２、および第３太陽電池ユニット２１３を含んでいる。別の数の太陽電池ユニットを含む太陽電池アセンブリもまた有用であろう。

【0017】

１つの実施形態において、太陽電池ユニットは、第１太陽電池直列体および第２太陽電池直列体を含む。例えば、第１太陽電池ユニット２１１は、第１太陽電池直列体２２１および第２太陽電池直列体２２２を含んでいてもよい。各太陽電池直列体内で、複数の太陽電池は、直列に接続されていてもよい。例えば、６×１０太陽電池モジュールの形式における太陽電池アセンブリについては、第１太陽電池直列体は、寸法が１５．６×１５．６ｃｍ^２の太陽電池を１０個含んでいてもよい。太陽電池直列体はまた、その他の数の太陽電池を含んでいてもよく、例えば、６×１２太陽電池モジュールについては、寸法が１５．６×１５．６ｃｍ^２の太陽電池を１２個含むこともまた有用であろう。別の一実施形態において、太陽電池ユニットは、複数部分に切断された太陽電池を含む。例えば、図２ａに示されるように、太陽電池は半分に切断され、各太陽電池直列体内で互いに直列に接続されている。太陽電池を半分に切断することによって、太陽電池の長さに対して放物線状に依存する抵抗損失を、効率的に低減することができる。電力出力は約２％向上することができる。

【0018】

１つの実施形態において、同じ太陽電池ユニット内の第１、および第２太陽電池直列体は、同じバイパスダイオードを共有する。バイパスダイオードは、２つの端子が取り付けられたシリコン等の半導体材料を含んでいてもよい。バイパスダイオードは、ホットスポット加熱の破壊的な影響を回避するのに使用されてもよい。１つの実施形態において、バイパスダイオードは、太陽電池あるいは直列に接続される太陽電池の一群に並列に接続されるが、逆極性に接続される。通常の動作において、一群内の各太陽電池は、順方向にバイアスされ、バイパスダイオードは、逆方向にバイアスされてもよい。しかしながら、太陽電池の一群の一部が陰になる場合、バイパスダイオードは順方向にバイアスされ、陰にならない部分によって生成された電流がバイパスダイオードに流れることを可能にすることによって、陰になる部分の高抵抗を避けて、ホットスポット加熱を防ぐことが可能になる。

【0019】

例えば、第１太陽電池ユニット内の第１および第２太陽電池直列体２２１および２２２は、第１バイパスダイオード２０１_１を共有してもよい。１つの実施形態において、第１太陽電池直列体は、第１太陽電池直列体と実質的に同じ開回路電圧Ｖｏｃを有してもよい第２太陽電池直列体と並列に接続されている。より具体的には、第１および第２太陽電池直列体は、第１バイパスダイオードに対する互いの鏡像であってもよい。同じＶｏｃを達成する、１つの太陽電池ユニット内の第１および第２太陽電池直列体のその他の構成も有用であろう。１つの実施形態において、第１バイパスダイオード、第１太陽電池直列体および第２太陽電池直列体は、互いに並列に接続されている。１つの実施形態において、第１バイパスダイオードのカソードは、第１および第２太陽電池直列体の両方の正のノードに接続されてもよく、第１バイパスダイオードのアノードは、第１および第２太陽電池直列体の両方の負のノードに接続されてもよい。その他の太陽電池ユニット内の第１および第２太陽電池直列体およびバイパスダイオードの構成は、第１太陽電池ユニット内のそれと類似していてもよい。

【0020】

１つの実施形態において、太陽電池直列体は、クロスコネクタ２０３を介してバイパスダイオードに接続されている。クロスコネクタは、例えば、銅、アルミニウム、銀、あるいはこれらの合金を含む金属等の導電性材料で作製されてもよい。例えば、クロスコネクタは、銅リボンであってもよい。その他の種類の導電性材料もまた、クロスコネクタに使用されてもよい。

【0021】

１つの実施形態において、太陽電池直列体内の太陽電池は、直列に接続される１つ以上のストリング内に配置されている。例えば、寸法が１５．６×１５．６ｃｍ^２の太陽電池を６×１０個有する太陽電池アセンブリについては、第１太陽電池ユニット内の第１太陽電池直列体は、２つのストリングを含んでいてもよく、各ストリングは、直列に接続される太陽電池を５個含んでいてもよい。その他の寸法のその他の数の太陽電池を備えるストリングも、また有用であろう。例えば、図２ａに示されるように、寸法が１５．６×７．８ｃｍ^２の半分に切断された太陽電池を６×２０個有する太陽電池アセンブリについては、第１太陽電池ユニット内の第１太陽電池直列体は、２つのストリングを含んでいてもよく、各ストリングは、直列に接続される半分に切断された太陽電池を１０個含んでいてもよい。第１太陽電池直列体内の２つのストリングは、クロスコネクタ２０５によって直列に接続されてもよい。

【0022】

太陽電池アセンブリ内のその他の太陽電池ユニットは、第１太陽電池ユニットのそれと類似の太陽電池の構成を有していてもよい。１つの実施形態において、太陽電池ユニットは、それらが互いに実質的に同じ出力電流を生成するならば、互いに直列に接続される。１つの実施形態において、アセンブリ内の一部、あるいは全ての太陽電池ユニットのクロスコネクタ２０３は、１つの中心クロスコネクタアセンブリとして結合され、図２ａに示されるように、太陽電池アセンブリ／モジュールの中心線内に実質的に配置される。太陽電池アセンブリの対称性により、それは電気装置構造に違いを生じさせないであろう。したがって、一般的な太陽電池アセンブリ／モジュールレイアウトと比較すると、わずかの量の追加のクロスコネクタが要求されるだけであり、クロスコネクタ２０３および２０５に必要な追加の面積が最小限に抑えられる。製造時において、モジュールの面積が増加しないことが重要であり、それによって、一般的なモジュールを製造するものと同じ装置を使用することができる。さらに、モジュール領域および標準照射パワーに正規化されるモジュール電力であるモジュール効率は犠牲にならないであろう。

【0023】

例えば、第１太陽電池ユニット２１１内の全ての太陽電池が正常に動作し、負荷に十分な電流を供給する場合、第１太陽電池ユニット２１１に接続される第１バイパスダイオード２０１_１は、逆方向にバイアスされてもよく、第１太陽電池ユニット内の全ての太陽電池は、最大電力点（ＭＰＰ）の近くで動作する。しかしながら、第１太陽電池ユニットの一部が負荷に対して十分な電流を生成することができなくなった場合、例えば、第１太陽電池直列体の一部が太陽から陰になっているあるいは損傷さえ受けている場合、陰になっているあるいは損傷を受けている部分は逆方向にバイアスされて、並列に接続されている第１バイパスダイオード２０１_１は、電流を流すために順方向にバイアスされてもよい。陰になっているあるいは損傷を受けている第１太陽電池直列体は、アセンブリの電力出力に貢献できない可能性があり、一方で陰になってないあるいは損傷していない第２太陽電池直列体はまだ、小さい程度にアセンブリの電力出力に貢献することが可能である。この実施形態は、バイバスダイオードが順方向にバイアスされる場合に、バイパスダイオードに並列に接続されている全ての太陽電池が、電力に貢献しないという太陽電池モジュールの一般的な構成よりも良好な性能を持つことが可能である。

【0024】

例えば、半分に切断された太陽電池を６×２０個含む太陽電池アセンブリについては、図２ａに示されるように、１０個の半分に切断された太陽電池が１つのストリング内で直列に接続されている。太陽電池アセンブリは、３つの太陽電池ユニットに分割され、１つの太陽電池ユニットに対して１つのバイパスダイオードが接続されているので、この構成は、最大印加逆バイアス電圧が降伏電圧を超えることなく、１バイパスダイオード当たり４０個の太陽電池を許可する。したがって、太陽電池の「ホットスポット」あるいは破壊を低減することができる。

【0025】

１つの実施形態において、バイパスダイオードは、１つ以上の接続箱内に収容されている。図５は、接続箱５５０の一実施形態を示す。接続箱は、少なくとも１つのバイパスダイオード５０１を含んでいてもよい。接続箱は、また、各太陽電池ストリングに電気的に接続するための入力端子５０３、および外部装置、例えば、パワーコンディショナに接続するための出力端子５０５を含んでいてもよい。１つの実施形態において、接続箱は、一部、あるいは全ての太陽電池ユニット内の太陽電池直列体の両方から電力を集めて、その電力を外部装置に出力する。

【0026】

１つの実施形態において、図２ａに示されるように、太陽電池アセンブリ内の全てのバイパスダイオードは、単一の接続箱内に搭載される。別の一実施形態において、複数の接続箱が使用され、各接続箱は、太陽電池ユニットに接続されるバイパスダイオードのサブセットを収納する。例えば、バイパスダイオードと同じ数の接続箱が使用されてもよく、各接続箱は、１つのバイパスダイオードを収容する。例として、３つのバイパスダイオードを収容するのに３つの接続箱が使用されてもよく、各接続箱は、１つのバイパスダイオードを収納する。その他の数の接続箱もまた使用されてもよい。例えば、２つの接続箱を使用して、第１の接続箱に２つのバイパスダイオードを収容して、第２の接続箱に１つのバイパスダイオードを収容してもよい。

【0027】

１つの実施形態において、接続箱は、太陽電池アセンブリの裏面側に配置されている。接続箱は、太陽電池アセンブリの裏面側の中心線内に実質的に配置されてもよい。例えば、全てのバイパスダイオードを収容する単一の接続箱を含む太陽電池アセンブリ／モジュールについては、接続箱は、太陽電池アセンブリ／モジュールの裏面側の中央に実質的に配置されてもよい。複数の接続箱を含む太陽電池アセンブリ／モジュールについては、接続箱は、太陽電池アセンブリの裏面側の中心線内に実質的に配置されてもよく、互いに、あるいはアセンブリ／モジュールの端部から実質的に等距離に配置されていてもよい。クロスコネクタの量を最小限にする接続箱のその他の配置もまた有用であろう。

【0028】

さらに別の一実施形態において、太陽電池アセンブリ内のバイパスダイオードのサブセット、あるいはその全ては、接続箱内に収容される代わりに、太陽電池アセンブリ／モジュールの積層体内に統合された統合バイパスダイオードを含む。１つの実施形態において、接続箱と統合バイパスダイオードとの組み合わせが使用される。例えば、３つのバイパスダイオードを含む太陽電池アセンブリについては、接続箱と統合バイパスダイオードとの組み合わせが使用されてもよい。より具体的には、第２バイパスダイオードは、太陽電池アセンブリ／モジュールの積層体内に統合された統合バイパスダイオードであってもよく、第１、および第３バイパスダイオードは、外部装置あるいはその他のアセンブリ／モジュールに接続するためのクロスコネクタと共に接続箱内に収容されてもよい。第２バイパスダイオードは、アセンブリ／モジュールの中央に実質的に配置されてもよく、第１、および第３バイパスダイオードは、アセンブリ／モジュールの端部近傍に配置されてもよい。

【0029】

図６ａ～６ｂは、積層体内に統合された統合バイパスダイオードユニット６５０の一実施形態を示す。１つの実施形態において、統合バイパスダイオードユニットは、統合バイパスダイオード６０１、および隣接するバイパスダイオードあるいは外部端子に接続するための２つのクロスコネクタ６０５を含む。クロスコネクタは、統合バイパスダイオードおよび統合バイパスダイオードとクロスコネクタとの機械的接続に、電気的あるいは機械的な過大応力による亀裂が発生するのを防ぐためのストレス緩和としてコルゲーション構造体６５５を含んでいてもよい。その他のストレス緩和目的の構造体も、また、統合バイパスダイオードユニット内に組み込まれてもよい。

【0030】

図３ａ～３ｂに示すように、太陽電池アセンブリ内の全てのバイパスダイオードを統合バイパスダイオードとすることも可能である。図３ａは、太陽電池アセンブリレイアウト３００の別の一実施形態を示し、図３ｂは、対応する電気概略図を示す。この実施形態における特徴は、図２ａ～２ｂに記載されているものと類似しているので、詳述しない。この実施形態において、太陽電池ユニットに接続される全てのバイパスダイオード３０１は、太陽電池アセンブリ／モジュールの積層体内に統合された統合バイパスダイオードを含む。このような場合において、モジュールの端部近傍にある２つの統合バイパスダイオードは、外部装置、あるいはその他のアセンブリ／モジュールに接続するために、２つの外部端子３０２にそれぞれ接続されてもよい。２つの外部端子は２つの端子箱内に配置されてもよい。

【0031】

このアプローチは、クロスコネクタの長さを減らして、クロスコネクタ内の電気的損失を減らすことで、モジュールの電力出力が増加するといった利点を有することができる。電力出力がより高くなることに加えて、モジュール領域もまた減少するので、モジュール効率がさらに増加する。このアプローチは、より少ない量のクロスコネクタ、より安価なコネクタ端子、およびより少ないポッティング剤を要求するだけなので、モジュールの製造コストを効果的に減らすことができる。コネクタ端子およびケーブルをモジュールの端部近傍に配置できるので、光起電力アレイ内でのモジュールの接続を容易に行うことができる。図２ａに示されるような接続箱を搭載するという解決法に比べて、ケーブルをより短くすることができる。これにより、ケーブル内の抵抗損失およびコストを減少させて、モジュールの設置時の取り扱いをより容易にすることが可能となる。ケーブルコネクタの代わりに、抵抗損失をさらに減らすために、モジュールフレームの側面にコネクタプラグを統合することも可能である。

【0032】

図４ａは、太陽電池モジュール４００の一実施形態を示し、図４ｂは、対応する電気概略図を示す。この実施形態における特徴は、図３ａ～３ｂに記載されているものと類似しているので、詳述しない。１つの実施形態において、太陽電池モジュールは、第１太陽電池アセンブリ４３１、および第２太陽電池アセンブリ４３２を含む。第１太陽電池アセンブリ４３１は、寸法が１５．６×３．９ｃｍ^２の太陽電池を含む。この太陽電池は、寸法が１５．６×１５．６ｃｍ^２の太陽電池を４分の１に切断することで得ることができる。第１太陽電池アセンブリは、第１太陽電池直列体４２１および第２太陽電池直列体４２２を有する１つ以上の太陽電池ユニット４１２を含んでいてもよい。太陽電池直列体内で、複数の太陽電池は直列に接続されてもよい。例えば、寸法が１５．６×３．９ｃｍ^２の太陽電池を６×２０個備える太陽電池アセンブリについては、第１太陽電池直列体は、このような太陽電池を２０個含んでいてもよい。第１太陽電池直列体は、また、その他の数の太陽電池を含んでいてもよく、例えば、寸法が１５．６×３．９ｃｍ^２の太陽電池を６×２４個備える太陽電池アセンブリについては、寸法が１５．６×３．９ｃｍ^２の太陽電池を２４個含んでいてもよい。太陽電池ユニットの構成は、図２ａ～２ｂおよび図３ａ～３ｂに記載されるものと類似していてもよい。例えば、実質的に同じＶｏｃを有する第１、および第２太陽電池直列体は、並列に接続されてもよく、第１バイパスダイオード４０１を共有してもよい。より具体的には、第１、および第２太陽電池直列体は、第１バイパスダイオード４０１に対する互いの鏡像であってもよい。１つの実施形態において、太陽電池直列体は、クロスコネクタ４０３を介して第１バイパスダイオードに接続される。第１太陽電池アセンブリ内の一部、あるいは全ての太陽電池ユニットのクロスコネクタ４０３は、１つの中心クロスコネクタアセンブリとして結合されてもよく、第１太陽電池アセンブリの中央線内に実質的に配置されてもよい。１つの実施形態において、コネクタ端子４０６は、クロスコネクタ、あるいは中央クロスコネクタアセンブリに接続するのに使用される。

【0033】

図４ａ～４ｂの太陽電池アセンブリ内に含まれるバイパスダイオードおよびクロスコネクタの構成は、図２ａ～２ｂおよび図３ａ～３ｂに示されるものと類似していてもよい。

【0034】

１つの実施形態において、図４ａ～４ｂに示されるように、２つの太陽電池アセンブリが１つの太陽電池モジュール内に含まれる。太陽電池およびモジュールの要求および構成によって、その他の数の太陽電池アセンブリもまた、太陽電池モジュール内に含まれていてもよい。１つの太陽電池モジュール内の太陽電池アセンブリは、１つのコネクタによって互いに接続されてもよく、この１つのコネクタは太陽電池アセンブリの第１端部と第２コネクタを接続し、この第２コネクタは太陽電池アセンブリの第２端部を接続するものである。これは、太陽電池モジュールの一般的な設計よりも陰になることに対する耐性をより強くすることができる設計である。

【0035】

本発明は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の特有の形態で実施することができる。したがって、上記の実施形態は、あらゆる点において、ここで記載される発明の限定ではなく例示を目的とすると見なされるものとする。したがって、本発明の範囲は、上記の説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の均等の意味および範囲内に入るあらゆる変更は、その中に包含されるものとする。

【0036】

特定の距離、あるいはサイズとともに使用される「約」等の用語は、その特定の距離あるいはサイズからの些細な偏差を除外しないものとして解釈されるものとし、例えば、最大２０％の偏差を含んでいてもよい。さらに、「実質的に平行」あるいは「実質的に直角」等の用語は、特定の配置からの些細な偏差を除外しないものと解釈されるものとし、例えば、最大２０°の偏差を含んでいてもよい。

【0037】

最後に、「有する」という用語は他の要素又は工程を排除するものではなく、また、単数形で記載されていても複数を排除するものではないことに留意すべきである。また、異なる実施形態に関連して説明した要素を組み合わせてもよい。また、請求項における参照符号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意すべきである。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6a】

【図6b】