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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-02-08
(54)【発明の名称】パワーレシーバエレクトロニクス
(51)【国際特許分類】
H01L 31/05 20140101AFI20240201BHJP
H01L 31/052 20140101ALI20240201BHJP
H01L 31/054 20140101ALI20240201BHJP
H02J 50/30 20160101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 570
H01L31/04 600
H01L31/04 620
H02J50/30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023544495
(86)(22)【出願日】2022-01-24
(85)【翻訳文提出日】2023-09-04
(86)【国際出願番号】 US2022013570
(87)【国際公開番号】W WO2022159843
(87)【国際公開日】2022-07-28
(31)【優先権主張番号】63/140,256
(32)【優先日】2021-01-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/286,516
(32)【優先日】2021-12-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】523278593
【氏名又は名称】レーザーモーティブ インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＳＥＲＭＯＴＩＶＥ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】６００４ Ｓ． １９０ｔｈ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｕｉｔｅ １０１， Ｋｅｎｔ， ＷＡ ９８０３２ （ＵＳ）
(74)【代理人】
【識別番号】100105131
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 満
(74)【代理人】
【識別番号】100105795
【弁理士】
【氏名又は名称】名塚 聡
(72)【発明者】
【氏名】ヌージェント，ジュニア．，トーマス ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】セイルズ，トーマス ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】バッシュフォード，デービット ジェイ．
(72)【発明者】
【氏名】バッシュフォード，トーマス
(72)【発明者】
【氏名】エルディーン， ドリュー シー．
【テーマコード（参考）】
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F251BA05
5F251EA06
5F251EA19
5F251JA02
5F251JA14
5F251JA22
5F251JA23
5F251JA29
5F251JA30
(57)【要約】
自由空間パワーレシーバは、パワービームがレシーバ上で移動又はプロファイルを変化させるときでさえ、電力の取り出しを最適化するように選択された光起電力セルのレイアウトを含む。レシーバはまた、開口を内部に有する回路基板を含み得、これによって光が光起電力セルに到達し得る。回路基板は光起電力セルを互いに、及び電力を取り出すための負荷に接続するための適切な配線を含み得る。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有する、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される、該電気配線と、
を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループの前記ＰＶセルは前記支持面上で互いに隣接しないように配置され、
前記複数の電圧グループは５％未満の電流ミスマッチを示し、
電流ミスマッチは、前記レシーバがパワービームにさらされたときの、最大出力電流と最小出力電流との差を平均出力電流で割ったものとして定義される、パワーレシーバ。
【請求項2】
前記パワービームは、レーザーパワービームである、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項3】
前記パワービームは、実質的にガウシアンビームプロファイルを有する、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項4】
前記パワービームは、スーパーガウシアンビームプロファイルを有する、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項5】
前記電流ミスマッチが４％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項6】
前記電流ミスマッチが３％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項7】
前記電流ミスマッチが２％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項8】
前記電流ミスマッチが１％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項9】
前記ＰＶセルは、矩形に配列される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項10】
前記ＰＶセルは、正方形に配置される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項11】
前記ＰＶセルは、角が切り取られた正方形に配置される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項12】
前記ＰＶアレイは、４つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項13】
前記ＰＶアレイは、５つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項14】
前記ＰＶアレイは、６つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
【請求項15】
ＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割される、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される、該電気配線と、
を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループの前記ＰＶセルは前記ＰＶアレイの第一軸に沿って繰り返しパターンで配置され、前記繰り返しパターンは前記ＰＶアレイの第二軸に沿ってオフセット値だけ互い違いに配置され、前記オフセット値は同じ電圧グループ内のＰＶセルが互いに隣接しないように選択される、パワーレシーバ。
【請求項16】
前記ＰＶセルは前記第一軸に沿って１つ又は複数の隣接するＰＶセルに直列に接続され、各電圧グループに属するＰＶセルが、追加の配線によって並列に接続される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項17】
前記追加の配線は、前記支持面内に配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
【請求項18】
前記追加の配線は、前記支持面の後ろに配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
【請求項19】
前記追加の配線は、光を通過させて前記ＰＶセルに達することを可能にするように配置された開口を有する回路基板内に配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
【請求項20】
前記ＰＶセルは、矩形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項21】
前記ＰＶセルは、正方形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項22】
前記ＰＶセルは、角が切り取られた正方形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項23】
前記ＰＶアレイは、４つの電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項24】
前記ＰＶアレイは、５つの電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項25】
前記ＰＶアレイは、６～１６個の電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
【請求項26】
ＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割される、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される該電気配線と、
を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループは、前記電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．４未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、パワーレシーバ。
【請求項27】
各電圧グループが、前記電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．３未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、請求項２６に記載のパワーレシーバ。
【請求項28】
複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、各ＰＶセルが、電力への変換のために光を受け取るように構成された活性表面と、
カソードコネクタ及びアノードコネクタであって、前記ＰＶセルの前記活性表面が光に曝されたときに、それらの間に電圧を生成するように構成された、該カソードコネクタ及びアノードコネクタと、を有する、該複数の光起電力セルと、
前記カソードコネクタ及びアノードコネクタのうちの少なくとも１つに接続された回路基板であって、内部に複数の開口を有する該回路基板と、
前記回路基板を負荷に電気的に接続するように構成された出力コネクタと、
を含むパワーレシーバであって、
各ＰＶセルは、前記回路基板内の前記複数の開口のうちの少なくとも１つを通過した光を受け取るように配置される、パワーレシーバ。
【請求項29】
前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられたリフレクタをさらに備え、前記リフレクタは、前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
【請求項30】
複数のリフレクタをさらに備え、各リフレクタは前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられ、各リフレクタは前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
【請求項31】
前記複数のリフレクタの少なくともいくつかのメンバーは、前記回路基板の前記開口内に配置される、請求項３０に記載のパワーレシーバ。
【請求項32】
前記回路基板は、前記ＰＶセルの第一サブセットを並列に接続するように構成された配線を含む、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
【請求項33】
前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された前記配線は、前記回路基板の第一層上に配置される、請求項３２に記載のパワーレシーバ。
【請求項34】
前記回路基板は前記ＰＶセルの第二サブセットを並列に接続するように構成された配線を含み、前記第二サブセット及び前記第一サブセットは共通のＰＶセルを有さない、請求項３２に記載のパワーレシーバ。
【請求項35】
前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された配線は前記回路基板の第一層上に配置され、前記ＰＶセルの前記第二サブセットを並列に接続するように構成された配線は前記第一層とは異なる前記回路基板の第二層上に配置される、請求項３４に記載のパワーレシーバ。
【請求項36】
前記回路基板が、前記第一サブセットを前記第二サブセットに直列に接続し、それによって、前記第一サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第一電圧と、前記第二サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第二電圧との合計にほぼ等しい電圧を生成するように構成された配線をさらに含む、請求項３４に記載のパワーレシーバ。
【請求項37】
前記複数のうちの異なるＰＶセル間の全ての電気接続は、前記回路基板内の配線を含む、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
【請求項38】
前記回路基板は、異なるＰＶセル間の接続を動的に変更するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
【請求項39】
前記ＰＶセルから廃熱を除去するように構成されたヒートシンクをさらに備える、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
【請求項40】
前記ヒートシンクは、前記パワーレシーバの光学部品を位置決めするための基準面として機能する面を有する、請求項３９に記載のパワーレシーバ。
【請求項41】
第一側と、第二側と、前記第一側から前記第二側へと通る開口部とを含むヒートシンクと、前記ヒートシンクの前記第一側と熱的に接触する集電デバイスと、
前記ヒートシンクの前記第二側に配置された電子部品と、
前記ヒートシンクの前記開口部内に配置された電気コネクタであって、前記電気コネクタは前記集電デバイスを前記電子部品に接続する、該電気コネクタと、を含むパワーレシーバ。
【請求項42】
前記ヒートシンクは、熱伝導性材料から製造される、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
【請求項43】
前記熱伝導性材料が、金属又はセラミックである、請求項４２に記載のパワーレシーバ。
【請求項44】
前記集電デバイスは、光起電力（ＰＶ）セルである、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
【請求項45】
前記ヒートシンクが、冷却流体の循環のために構成された内部チャネルを含む、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
【請求項46】
前記ヒートシンクが蒸気チャンバを含む、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
【請求項47】
前記ヒートシンクが前記第一側から前記第二側へと通る複数の開口部を含み、前記パワーレシーバが、前記ヒートシンクの前記開口部と共に配置された複数の電気コネクタをさらに備える、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
【請求項48】
前記ヒートシンクの前記第一側に取り付けられた複数の集電デバイスをさらに備え、前記複数の電気コネクタは、前記複数の集電デバイスのそれぞれひとつを前記ヒートシンクの前記第二側に取り付けられた前記電子部品に接続する、請求項４７に記載のパワーレシーバ。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は２０２１年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／１４０，２５６号、及び２０２１年１２月６日に出願された米国仮特許出願第６３／２８６，５１６号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、その各々は、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は２０２１年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／１４０，２５６号、及び２０２１年１２月６日に出願された米国仮特許出願第６３／２８６，５１６号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、その各々は、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
パワービーミングは、電磁エネルギーのビームを、それを電気に変換する特別に設計されたレシーバに送信することによって、ワイヤ（又は、電線）を使用してアクセスすることが困難又は不便である場所に電力を送信する、新興の方法である。パワービーミングシステムは自由空間パワー（ＦＳＰ）とすることができ（この場合、ビームが大気、真空、液体、又は他の非光学的に設計された媒体を介して送られる）、又はパワー・オーバー・ファイバ（ＰｏＦ）とすることができる（この場合、パワーは光ファイバを介して送信される）。後者はいくつかの状況では特定の欠点をワイヤと共有し得るが、伝送効率の向上、電気的絶縁、安全性、及び／又は質量の低減も提供し得る。ＦＳＰはより柔軟であり得るが、レシーバの正確なターゲティング、及びパワービームに侵入する反射及び物体などの危険を回避するためのより多くの課題を提供し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
「背景技術」の項で議論される主題の全ては、必ずしも先行技術ではなく、単に「背景技術」の項でのその議論の結果として先行技術であると想定されるべきではない。これらの線に沿って、背景技術のセクションで論じられた、又はそのような主題に関連する先行技術における問題の認識は先行技術であると明示的に述べられていない限り、先行技術として扱われるべきではない。代わりに、背景技術のセクションにおける任意の主題の議論は本発明者らの特定の問題に対するアプローチの一部として扱われるべきであり、それ自体が発明性を有する場合もある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一態様では、パワーレシーバ（又は、受電器／電力受信機／power receiver）が複数の光起電力（ＰＶ）セルを含み、各ＰＶセルは電力への変換のために光を受け取るように構成された活性表面と、ＰＶセルの活性表面が光に曝されたときにそれらの間に電圧を生成するように構成されたカソードコネクタ及びアノードコネクタとを有する。レシーバはカソードコネクタ及びアノードコネクタのうちの少なくとも１つに接続された回路基板をさらに含み、回路基板は、内部に複数の開口（又は、アパーチャ／aperture）を有し、回路基板を負荷に電気的に接続するように構成される出力コネクタを有する。各ＰＶセルは、回路基板内の複数の開口のうちの少なくとも１つを通過した光を受け取るように配置される。
【0005】
別の態様では、パワーレシーバが支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルを含み、ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有し、ＰＶセルを相互接続するための電気配線を有する。配線は電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される。各電圧グループのＰＶセルは、支持面上で互いに不連続になるように配置され、複数の電圧グループは５％未満の電流ミスマッチ（又は、不整合／mismatch）を示し、ここで、電流ミスマッチはレシーバがパワービームにさらされたとき、最大出力電流と最小出力電流との間の差を平均出力電流で割ったものとして定義される。
【0006】
別の態様では、パワーレシーバがＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルを含み、ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有し、ＰＶセルを相互接続するための電気配線を有する。配線は電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される。各電圧グループのＰＶセルはＰＶアレイの第一軸に沿って繰り返しパターンで配置され、繰り返しパターンはＰＶアレイの第二軸に沿ってオフセット値だけ互い違いに（又は千鳥状に／staggered）配置され、オフセット値は同じ電圧グループ内のＰＶセルが互いに隣接しないように選択される。
【0007】
別の態様では、パワーレシーバがＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルを含み、ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有し、ＰＶセルを相互接続するための電気配線を有する。配線は電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される。各電圧グループは、電圧グループ内のＰＶセルの位置のボロノイ図が１．４未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する。
【0008】
別の態様では、パワーレシーバが複数の光起電力（ＰＶ）セルと、複数の開口を内部に有する回路基板と、出力コネクタとを含む。各ＰＶセルは、電力への変換のために光を受け取るように構成された活性表面と、ＰＶセルの活性表面が光に曝されたときにそれらの間に電圧を生成するように構成されたカソードコネクタ及びアノードコネクタとを有する。回路基板はカソードコネクタ及びアノードコネクタのうちの少なくとも１つに接続され、出力コネクタは回路基板を負荷に電気的に接続するように構成される。前記複数のうちの各ＰＶセルは、回路基板内の複数の開口のうちの少なくとも１つを通過した光を受け取るように配置される。
【0009】
別の態様では、パワーレシーバが第一側と、第二側と、第一側から第二側へと通る開口部とを含むヒートシンクと、ヒートシンクの第一側と熱的に接触する集電デバイスと、ヒートシンクの第二側に配置された電子部品と、ヒートシンクの開口部内に配置された電気コネクタとを含む。電気コネクタは、集電デバイスを電子部品に接続する。
【0010】
この概要は、以下の発明を実施するための形態においてさらに説明される概念の選択を簡略化された形態で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の主要な特徴又は本質的な特徴を識別することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するために使用されることを意図するものでもない。さらに、特許請求される主題は、本開示の任意の部分に記載される任意の又はすべての欠点を解決する実装形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図面は、本教示による１つ又は複数の実装形態を、限定としてではなく、単なる例として示す。図面において、同様の参照番号は、同じ又は同様の要素を指す。さらに、図面は必ずしも縮尺通りではないことを理解されたい。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【0037】
【発明を実施するための形態】
【0038】
以下の詳細な説明では、関連する教示の完全な理解を提供するために、例として多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、本教示がそのような詳細なしに実施され得ることは明らかである。他の例では、周知の方法、手順、構成要素、及び／又は回路は、本教示の態様を不必要に不明瞭にすることを避けるために、詳細なしに、比較的高いレベルで説明されている。それにもかかわらず、当業者は、これらの方法、手順、構成要素、及び／又は回路の特徴、ならびにそれらが以下の説明においてどのように使用され得るかを理解するであろう。他の関連材料は以下のように、他の特許及び出願に見出すことができる。
これらの関連出願及び特許の各々は、本明細書と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。
【0039】
上述のように、パワービーミングは、ワイヤを走らせることが不便であるか又は困難である状況において、物体に電力を供給する実行可能な方法になりつつある。例えば、自由空間パワービーミング（又は、フリースペースパワービーミング／free-space power beaming）は、地上ベースのパワートランスミッタ（又は、送電器／電力送信機／power transmitter）を介して電力を送達して、遠隔センサーに電力を供給する、バッテリを再充電する、又はドローンコプターなどの無人航空機（ＵＡＶ）に電力を供給して無人航空機が長期間飛行中に留まることを可能にするために使用することができる。パワー・オーバー・ファイバ（ＰｏＦ）システムは通常、光ファイバ（又は同等物）を電源からレシーバまで走らせる必要があるが、光の代わりに電気を運ぶ従来の銅線を超える電気的絶縁及び／又は他の利点を提供し得る。
【0040】
「光源」という用語は、可視光だけでなく、エネルギーを伝達するために使用され得る電磁放射のすべての形態を包含することが意図されることが理解されるであろう。例えば、光源（例えば、ダイオードレーザー、ファイバレーザー、発光ダイオード、マグネトロン、又はクライストロン）は紫外線、可視、赤外線、ミリ波、マイクロ波、電波、及び／又は他の電磁波を放射することができ、これらのいずれも、本明細書では一般に「光」と称されてもよい。本明細書では用語「パワービーム」が本明細書では「光ビーム」と互換的に使用され、一般的に、本質的に方向性のある、高放射照度の伝送を意味し、これは、単一波長又は複数の波長の、コヒーレント又はインコヒーレントであってもよく、パルス又は連続であり得る。パワービームは、自由空間、ＰｏＦであってもよく、又はそれぞれの構成要素を含み得る。例えば、トランスミッタは自由空間パワービームをレシーバ表面に送信することができ、レシーバ表面は、それを光ファイバ上の光として、それを電気に変換する光起電力（ＰＶ）セルに伝導し得る。読みやすくするために、説明は光源を説明するために「レーザー」という用語を使用し得るが、それにもかかわらず、（限定はされないが）発光ダイオード、マグネトロン、又はクライストロンなどの他の光源も、文脈上別段の指示がない限り、企図され得る。
【0041】
多くの用途では、パワーレシーバが自由空間又はＰｏＦパワービームを受け取り、例えば、ＰＶセル又は光を電気に変換するための他の構成要素（例えば、マイクロ波電力を変換するためのレクテナ、又は光ビームによって生成された熱を電気に変換するための熱エンジン）を使用して、それを電気に変換するように構成される。読みやすくするために、本出願は本出願の範囲から逸脱することなく、同様の機能を有する他の構成要素（上記に列挙されたものなどであるが、これらに限定されない）を置き換えることができるという理解を伴って、「ＰＶセル」を指すことがある。
＜パワービーミングシステム＞
＜パワービーミングシステム＞
【0042】
図１は、パワービームトランスミッタ１０２及びレシーバ１０４の概略図である。レーザー１０６は、パワービーム１０８（図全体で点線で示す）を光学ユニット１１０に向け、光学ユニット１１０は、ビームをミラーアセンブリ１１２などのビームステアリングアセンブリに向ける。光学ユニット１１０は、以下でさらに説明するように、様々なレンズ、ミラー、その他の光学要素を含むことができる。ステアリングミラーアセンブリ１１２は、パワービーム１０８をパワーレシーバ１０４に向ける。任意選択のチラー（又は、冷却器／chiller）１１４は、レーザー１０６に接続されるように示されているが、トランスミッタ１０２の他の構成要素も、必要に応じて、独立した、又は接続された熱管理システムを有し得る。図１には、トランスミッタ１０２の一部として、トラッキングシステム１１６及び安全システム１１８も示されている。これらのシステムは、図では光学ユニット１１０の内部にあるように示されているが、当業者であれば、いくつかの実装形態では、それらは、光学ユニット１１０の外部、ステアリングミラーアセンブリ１１２の一部、またはトランスミッタシステムの他の場所にあってもよいことを認識するであろう。ＴＸコントローラ１２０、ユーザインターフェース１２２、及びＴＸ通信ユニット１２４も示されており、それらのすべてについては図２に関連して以下でさらに説明する。トランスミッタ１０２は、図を簡略化するために図１から省略されている、ビーム整形器、ガードビーム、または他の適切なアクセサリ要素などの他の要素を含み得ることが理解されるであろう。これらの要素のいくつかを以下の図２に概略的に示すが、当業者であれば、パワートランスミッタ内で光要素と制御要素をどのように組み合わせるか理解するであろう。
【0043】
図３のレシーバ１０４はＰＶアレイ１３０を含み、これは複数の個々のＰＶセル１３２を含む（図を不必要に乱雑にすることを避けるために、すべてのＰＶセルがラベル付けされているわけではない）。ＰＶセル１３２は以下でさらに説明するように、入力パワービーム１０８を電気に変換する。レシーバ１０４はまた、トラッキングエミッタ１３４を示し、これは、いくつかの実装形態ではビームトラッキング又は他の目的のためにＰＶアレイ１３０の位置を監視するためにトラッキングシステム１１６によって使用され得る。レシーバ１０４はまた、安全エミッタ１３６を示し、これは、いくつかの実装形態では潜在的な侵入、反射、又は他の安全ハザードについてパワービーム１０８を監視するために安全システム１１８によって使用され得る。ＲＸ通信ユニット１３８は（破線によって示されるように）ＴＸ通信ユニット１２４と通信し、安全、トラッキング（又は、追跡／tracking）、テレメトリ、フィードバック制御、又はトランスミッタ１０２及びレシーバ１０４が通信することが望ましい場合がある任意の他の目的のために使用され得る。図示の実施形態はトランスミッタ１０２とレシーバ１０４との間の無線リンクなどの別個のチャネルを介した通信を提供するが、パワービーム１０８、トラッキングエミッタ１３４、安全エミッタ１３６、又はパワービーミングシステムの他の既存の構成要素の変調を介して通信が達成され得ることも企図される。レシーバ１０４はまた、図３に関連して以下でさらに説明される、任意選択のＲＸセンサー１４０を含み得る。図１に示されるように、ＰＶアレイ１３０は、レシーバ１０４を持ち上げてパワービーム１０８が人間又は他の障害物を回避することを可能にし得る、任意選択のマスト１４２に取り付けられる。
【0044】
図２は、トランスミッタの構成要素間の機能的関係を示す概略図である。トランスミッタ１０２はレーザー１０６を含むが、実装形態によっては、ＬＥＤ又はマグネトロンなどの他の光発生構成要素をレーザー１０６の代わりに使用できることが理解されよう。レーザー１０６は、コントローラ１２０、電源ユニット（ＰＳＵ）２０２（入力電力２０４に接続される）、及び熱管理システム（チラー）１１４に接続される。図２及び図３全体にわたって、熱流は太い点線で示され、パワービーム１０８は太い実線で示され、センサー信号は太い破線で示され、データ及び／又は制御信号は一点鎖線で示され、電力は細い実線で示される。明確にするために、内部電気接続のすべてが示されているわけではない。
【0045】
コントローラ１２０はレーザー１０６の動作を制御し、システムの設計制約に応じて、手動（例えば、ユーザインターフェース１２２を使用した）、部分自動、又は完全自動とし得る。特に、コントローラ１２０は例えば、共通所有の米国特許番号１０，６３４，８１３及び１０，８１６，６９４、米国特許出願第１５，５７４，６５９及び１６／０７９，０７３、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／３４１０４号、ならびに米国仮出願第６３／１４０，２３６号に記載されているように、安全システムからの入力を受信し得る。安全システムは例えば、トランスミッタ１０２からレシーバ１０４への中断されない光路が保証され得ないとき、又は他の危険な状態がビームパワーの継続に関連し得るときに、ビームを弱める（又は、ターンダウン／turn down）又は止める（又は、ターンオフ／turn off）ように設計され得る。コントローラ１２０は例えば、レーザーの健全性又は温度を監視するために、他の構成要素からの入力（データ）を受信し得る。ＰＳＵ２０２は例えば、電力グリッド、発電機、又はバッテリであり得る入力電力２０４から電力を引き出し、それをレーザー１０６に供給する。図ではコントローラ１２０及びチラー１１４が入力電力２０４に直接接続されているが、他の実施形態ではこれら又は他の構成要素が電源ユニット２０２から電力を受け取ることができる。チラー１１４はレーザー１０６（及び／又は必要に応じてトランスミッタの他の構成要素）の温度を監視し、安全値を超えないことを確実にする。
【0046】
図２に示すように、パワービーム１０８は光源１０６から出射し、光学ユニット１１０に入射する。光１０８は図２を通して同じ参照番号を維持するが、光１０８の特性は異なる光学系及び他の構成要素を通過するにつれて、様々な方法（例えば、偏光、収束／発散角、ビームプロファイル、又は強度）で変化し得ることが理解されよう。光学ユニット１１０は、ビームインテグレータ２０６と、レンズ、ミラー、フェーズドアレイ、又は光の方向、発散、及びビーム放射照度プロファイルを管理するため、又は異なる光パワービーム及び／又は信号をマージするための任意の他の適切な構成要素などの他の光学系とを含み得る。ビームインテグレータ２０６は一般に、光源１０６の波長領域に一致するように選択され、パワービームのサイズ、形状、又は強度分布を変更するために使用し得る。例えば、レシーバへパワーをビームする場合、いくつかの実装形態ではビーム幅をレシーバのサイズに一致させ、場合によってはビーム放射照度プロファイルをレシーバの表面にわたって比較的均一になるように「平坦化」すること、例えば、実質的にガウシアンビームプロファイルを「トップハット」又はスーパーガウシアンプロファイルに変換することが望ましい場合がある。ビーム方向及びビームプロファイル成形は、同時係属中の共通所有の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／３４０９５号においてより詳細に論じられている。特に、レシーバ上のパワービームの配置を監視し、監視されたデータを使用してコントローラ１２０及び／又はステアリングアセンブリ１１２にフィードバックするための、そこに記載された機構を、本システムに組み込むことができる。
【0047】
ステアリングアセンブリ１１２はいくつかの実装形態では、レシーバを追跡し、ビームをその位置に向けるためのフィードバック情報を提供するために、方向又は放射照度プロファイルなどのビーム特性を測定するために、又は光路への潜在的侵入を監視するために使用され得る、ステアリング光学系２１０及び／又はセンサー２１２を含み得る。ステアリングアセンブリ１１２はまた、マージング光学系（又は、合体光学系／merging optics）を含み得る。マージング光学系は一般に、複数の光路を結合するために、又は、場合によってはオプティカルフローが反対方向にあるときにそれらを分離するために使用される。例えば、図に示されるように、電力を送るための出射パワービーム１０８は、レシーバを追跡するために使用される入射光ビーコン２０８と組み合わされてもよい。図示のように、ビーコンはトラッキングのためにステアリングアセンブリ１１２で使用されるが、他の実装形態では信号２０８が光学ユニット１１０又はそれを超えて伝搬し得る。
【0048】
トランスミッタ１０２はまた、周囲条件を監視するために使用され得るセンサー２１４を備えることができる。センサー２１２、２１４は、ビームインテグレータ２０６及び／又はステアリング光学系２１０を調整するために使用され得る。例えば、センサー２１２はステアリングアセンブリ１１２内の集束レンズ又は他の光学部品の位置を監視することができ、センサー２１４は、周囲温度及び／又は他の構成要素の温度を監視するために使用し得る。センサー２１２、２１４からのデータはコントローラ１２０にフィードバックされて、例えば、安全上の考慮のためにレーザー１０６を調整するか、又は、ビーム１０８をレシーバ上に導くように、ステアリング光学系２１０及び／又はステアリングアセンブリ１１２を制御し得る。制御信号及びデータ信号は図２に一点鎖線で示すように、コントローラ１２０と他の構成要素との間で受け渡しすることができ、コントローラ１２０は例えば、トランスミッタ通信ユニット１２４を使用して、レシーバとの通信を制御し得る。
【0049】
光学ユニット１１０を通過した後、パワービーム１０８は、ステアリングアセンブリ１１２によって、トランスミッタ１０２から離れて所望の方向に向けられる。いくつかの実装形態では、ステアリングアセンブリ１１２がステアリング光学系２１０、ミラー又は他の構成要素（図示せず）を調整するためのモータ、及び／又はより多くの整形光学系（shaping optics）（図示せず）を含み得る。当業者であれば、トランスミッタシステムの基本的な性質を変更することなく、異なる実装形態が光学要素の異なる配置（光が通過する構成要素の順序など）を必要とし得ることを理解するであろう。
【0050】
図３は、図１に示されるレシーバなどのパワーレシーバ１０４の構成要素間の機能的関係を示す。図のレシーバ１０４は、ＰＶセル１３２のＰＶアレイ１３０を含む、電力変換器３０２を含む。電力変換器３０２は、レーザー１０６からのパワービーム１０８を電気に（又は、いくつかの実装形態では、別の有用な形態のエネルギーに）変換する。レシーバ１０４はまた、例えば国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／３４０９３号に記載されているような、ＰＶアレイ１３０に到達する前に受けたビームを整形または変更することのできる光学系３０４を含んでもよい。多くの実装形態では、ＰＶアレイ１３０は、熱管理システム３０６を含む。このシステムは、受動冷却又は能動冷却を含むことができ、ＰＶアレイ１３０のいずれかの部分が安全な温度限界を超える場合には、（例えば、ＲＸ通信ユニット１３８を介して）トランスミッタ１０２に信号を送り返すように構成することができる。
【0051】
電力変換器３０２はさらに、電力管理及び配電（ＰＭＡＤ）システム３０８に接続され得る。ＰＭＡＤシステム３０８は、ユーザデバイス３１０、電力バス３１２、及び／又はエネルギー蓄積デバイス３１４に電力を供給し得る。ＰＭＡＤシステム３０８は、センサー１４０を介してＰＶアレイ１３０を監視し得るコントローラ３１６に接続されることができ、例えば、個々の光電池、電池群、又はアレイ全体の電圧、電流、及び／又は温度、ＰＭＡＤ又は個々の負荷の電圧及び／又は電流を監視する。コントローラ３１６はまた、ＰＶアレイ１３０のための最大電力点追従（ＭＰＰＴ）を含んでもよく、又はＭＰＰＴは、ＰＭＡＤシステム３０８によって処理されてもよい。ＰＭＡＤシステム３０８はまた、例えば、好ましい電圧及び電流特性を有するデバイス３１０、３１２、３１４に電力を提供するために、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み得る。テレメトリユニット３１８は例えば、ＲＸ通信ユニット１３８を介して、光ビーム１０８を制御する際に使用するために、上記データのいずれか又はすべてをトランスミッタに送り返すことができる。いくつかの実装形態では、コントローラ３１６がレシーバユーザインターフェース３２０と通信することができ、パワーレシーバのユーザによるレシーバ動作のローカル閲覧及び／又は管理を可能にし得る。
【0052】
図３にはレシーバ１０４によってトランスミッタ１０２に送り返される信号２０８（例えば、光信号）も示されており、これは図示されているように、パワービーム１０８と同じ経路に沿って送信され得る。いくつかの実装形態ではたとえば、信号２０８はトランスミッタ１０２からレシーバ１０４への中断されない経路を保証するために使用される安全信号を含み得る。いくつかの実装形態では、この信号は安全エミッタ１３６から送られ得る。安全システムの更なる詳細は例えば、共通所有の米国特許番号１０，５８０，９２１、１０，６３４，８１３、１０，８１６，６９４、及び１１，１０５，９５４、米国特許出願第１６／０７９，０７３号、ならびに国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／３４１０４号に見ることができる。いくつかの実装形態では、信号２０８が、トラッキングエミッタ１３４から送信される信号など、電力変換器３０２上にパワービーム１０８を位置決めするために使用されるトラッキング信号を含み得る。図に示される信号２０８は「アクティブ」信号であるが、他の実装形態ではエミッタ１３４、１３６はトランスミッタ１０２によって、又は電力伝送システム内の他の適切な構成要素によって識別される基準マーク（fiducial mark）（図示せず）によって置き換えられ得る。
【0053】
例えば熱管理システム３０６、ＲＸ通信ユニット１３８、ＰＭＡＤシステム３０８、コントローラ３１６、テレメトリユニット３１８、及び／又はユーザインターフェース３２０などであるがこれらに限定されない、電力を必要とする任意のレシーバ構成要素は必要に応じて、電力変換器３０２によって（直接的に、又はＰＭＡＤ３０８を介して）電力供給され得る。構成要素が変換器３０２によって電力供給される場合、システムは始動中に、又は変換器３０２が電力を供給していない他の時間に、これらの構成要素に電力を供給するためのバッテリ（エネルギー貯蔵３１４の一部として、又は別個の構成要素として）を含み得る。
＜ワッフルボードのレイアウト＞
＜ワッフルボードのレイアウト＞
【0054】
図４（ａ）を参照すると、回路基板４０２（以下、「ワッフルボード」）は複数の開口４０４を中に有し、そこを通してＰＶセル４０６を見ることができる。図を不必要に混乱させることを避けるために、描かれている全てのＰＶセルがラベル付けされているわけではなく、典型的なアレイに存在し得るよりも少ないＰＶセルが描かれている。図４に示されるようなＰＶアレイは、４個ほどの少ないＰＶセルか、又は１００個ものＰＶセル、４００個以上もの多いＰＶセルであってもよい。図示のアレイは正方形であるが、アレイは正方形の形状を有する必要はない。図１７に関連して以下に説明するように、ＰＶセルのほぼ八角形の配置が好都合であってもよいし、又は他のレイアウトが同様に良好に使用されてもよい。当業者はＰＶセルレイアウトが円形、楕円形、正方形、又は任意の他の形状であり得る、衝突するレーザービームの予想される形状に類似する形状を有することが、多くの実装形態において有利であり得ることを理解するであろう。
【0055】
図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じ構成要素の側面図であり、本明細書では２つの図をまとめて図４と呼ぶことがある。図４（ｂ）に最も容易に見られるように、キャリア４０８上にＰＶ電池４０６が取り付けられる。それらは、光１０８が開口４０４を通過してＰＶ電池４０６に到達できるように、ワッフルボード４０２に対して配置される。ＰＶ電池４０６を接続して光１０８の変換によって生成される電力を収集するための回路（図示せず）は、キャリア４０８の中又は下に都合よく配置することができ、あるいはワッフルボード４０２の一部として含む影になっている領域４１０の中又は上に配置することもできる。図４に示すように、ワッフルボード４０２の開口４０４は、ＰＶ電池４０６よりわずかに大きいため、開口部の端にある光１０８の一部が、ＰＶ電池４０６ではなくキャリア４０８に当たる可能性がある。いくつかの実装形態では、これは有利な配置であるが、他の実装形態では、開口４０４をより小さくして（又はＰＶセル４０６をより大きくして）、光１０８の実質的にすべてがＰＶセル４０６上に向けられるようにすることができる。図示されるように、キャリア４０８は単一の部品であるが、他の実装形態では、ＰＶセル４０６は複数のキャリア４０８上に取り付けられてもよく（例えば、各ＰＶセル４０６のための別個のキャリア４０８、又は複数のキャリア４０８のそれぞれの上の複数のＰＶセル４０６）、これを共通の基板（図示せず）に又は相互に固定することができる。
【0056】
いくつかの実装形態では、集光器がワッフルボード４０２に取り付けられ得る。レーザーパワービーミングとともに集光器を用いることは、「ＲＥＭＯＴＥ ＰＯＷＥＲ ＢＥＡＭ－ＳＰＬＩＴＴＩＮＧ」と題された同時係属中の共有特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０／３４０９３においてより広範に議論されており、これは、本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる。図５はワッフルボード４０２の側面図を示し、光をＰＶセル４０６に向けるように配置された集光器リフレクタ（又は、反射器／reflector）５１２を示す。他の実施形態（図示せず）では、レンズ、リフレクタの他の構成（例えば、湾曲リフレクタ）、又は他の光学部品を使用して、光をＰＶセル４０６上に導くことができる。図５に示されるように、「デッドスペース」５１４は、電子機器、熱管理構成要素、又はレシーバの他の所望の構成要素のために使用され得る。
【0057】
ワッフルボード４０２はＰＶセル４０６を互いに、及び／又は電力供給される負荷（図示せず）と相互接続するための配線を含み得る。いくつかの実装形態ではワッフルボード４０２が多層回路基板であってもよく、異なる電圧レベル（以下でさらに説明する）のための配線は多層回路基板の異なるレベルに配置されてもよい。いくつかの実装形態では特定の用途に対して変化するすべての配線がワッフルボード４０２内に配置されることができ、その結果、ＰＶセルのアレイは適切なワッフルボード４０２内で交換することによって、特定の配線方式に切り替える（又は、スワッピングする／swapping）ことができる。ワッフルボード４０２（又はキャリア４０８などのシステムの他の構成要素）はまた、動的配線構成要素を含むことができ、その結果、ＰＶセル配線はシステムに実配線される（又は、ハードワイヤリングされる／hard-wired）代わりに、プログラム的に切り替えられ得る。この概念は、以下の「動的配線」と題するセクションでさらに検討される
【0058】
図５には、ヒートシンク５１６も示されている。いくつかの実装形態では、ヒートシンク５１６が、レシーバを構成するときに光学部品のための機械的基準として使用され得る。そのような実装形態ではヒートシンク５１６がレシーバに対する選択された公差内まで平坦であり得、他のすべての構成要素（たとえば、ワッフルボード４０２、ＰＶセル４０６、キャリア４０８、リフレクタ５１２）はヒートシンク５１６に対して位置付けられる。光学基準面は干渉計などについてよく知られており、それらは、典型的には構成要素の幅にわたってλ／４又はλ／２０（典型的には約１００ｎｍ）など、使用される光の波長の一部（a fraction of the wavelength of light）に対して平坦である。ヒートシンク５１６が機械的基準として使用されるとき、この平坦度は典型的には必要とされず、ヒートシンク５１６はヒートシンク５１６の幅にわたって２５μｍ、１００μｍ、又はさらには１ｍｍ以上の範囲内まで平坦であり得る。これらの実装形態では、ヒートシンク５１６が垂直方向の位置合わせのための基準としてだけでなく、ＰＶセル４０６、ワッフルボード４０２、キャリア４０８、キャリア基板（図示せず）、集光器５１２、又はシステムの任意の他の構成要素の水平方向の位置合わせのためにも使用され得る。図５はまた、アレイの縁部における機械的支持体５１８を示し、そこでは、ワッフルボード４０２をヒートシンク５１６に対して固定位置に固定する。これらの機械的支持体はワッフルボード４０２をヒートシンク５１６に対して正しい位置に保持するように、任意の場所に任意の都合のよい間隔で配置されてもよいことが理解されるであろう。基準としてヒートシンク５１６を使用する利点は、多くの場合それが物理的に大きく、金属又は他の剛性材料で構成されることであるが、これらの特性のいずれも、それをこのように使用するために必須ではない（又は、必要ではない）。
【0059】
図６は、有孔ヒートシンクを含むレシーバの概略図である。この構成により、ＰＶセルを電子部品から分離できるため、ヒートシンクの後ろに電子機器用の十分なスペースを残しつつ、ヒートシンクを効率的な冷却のためにＰＶセルにより近づけて配置することができる。この構成のもう１つの利点は、ＰＶセルのすべてが同じ温度に近くなり、電力変換の効率を向上させ得ることである。レシーバは、入射パワービームに遭遇する最初の要素である光学要素６０２を含む。このような光学要素には、例えば、レンズ、ミラー、フィルター、窓、オプティカルフラット、プリズム、偏光子、ビームスプリッター、波長板、光ファイバ、およびレトロリフレクタが含まれる。パワービームはチャンバ６０４を通過してＰＶセル６０６に到達し、そこで後述するように電気に変換される。ＰＶセル６０６は、ＰＶキャリア６０８上に取り付けられており、図示の実装形態では、ＰＶキャリア６０８はプリント回路基板である。他の実装形態では、金属、プラスチック、又は当技術分野で知られている他の適切な材料で作られたキャリアを使用することができる。ＰＶキャリア６０８は、例えばヒートシンク上に取り付けられるか、又は熱伝導性要素によってヒートシンクに接続されることによって、ヒートシンク６１０と熱的接触状態にある。いくつかの実装形態では、ＰＶキャリア６０８がなくてもよく、ＰＶセル６０６がヒートシンク６１０上に直接取り付けられてもよい。ＰＶセル６０６がヒートシンクと接触しているＰＶキャリア６０８上にある場合でも、セルはヒートシンク６１０「上に取り付けられている」と記載される場合がある。
【0060】
図示の実装形態ではヒートシンク６１０は水ブロックであるが、他の実装形態ではヒートパイプ、蒸気チャンバ、固体金属構成要素、封入グラファイトなどの固体複合材料、又は当技術分野で知られている他の熱伝達構造を使用し得る。図６の水ブロック６１０は、冷却水接続部６１２によって水源に接続される。水は、ＰＶセル６０６に隣接するブロックの部分を通って流れ、ＰＶセル６０６によって生成された熱をブロックから運び去る。他の実装形態では、他の冷却流体を使用して熱を輸送することができ、ヒートシンク６１０の他の構成も企図される。例えば、ヒートシンク６１０が蒸気チャンバ又はヒートパイプである場合には、熱を使用して、ＰＶセル６０６から離れて輸送され、再循環のために凝縮される冷却流体を気化させることができる。
【0061】
ヒートシンク６１０は、電気コネクタ６１６が通過する複数の開口６１４を含む。電気コネクタ６１６は、一端がＰＶセル６０６の出力端子に接続され、他端がコネクタ６１８（図にピンとして示される）を介してＰＶインターフェースボード６２０に接続される。各ＰＶインターフェースボード６２０は、１つ又は複数のＰＶセル６０６に接続され得る。いくつかの実装形態ではたとえば、比較的低い電圧／高い電流出力を有するＰＶセル（たとえば、単一接合ＰＶセル）が複数の電気コネクタ６１６を使用して接続され得るが、他の実装形態では比較的高い電圧／低い電流出力を有するＰＶセル（たとえば、多接合ＰＶセル）がより少ない電気コネクタを使用して接続され得る。ＰＶインターフェースボード６２０は、様々な電気的機能を実行し得る。例えば、それらは、個々のＰＶセル６０６又はＰＶセル６０６の集合体からの電流、電圧、及び／又は電力を監視するために使用され得る、電流又は電圧センサーなどの電気センサーを含み得る。それらはまた、環境センサー（例えば、温度又は湿度を測定する）を含むことができ、これはＰＶコネクタボードにおける環境パラメータを直接測定すること、及び／又はＰＶキャリア６０８の近傍又はレシーバの他の場所に配置されたセンサーからの入力を受け入れることを含み得る。センサー信号は、動作を制御するために局所的に使用されることができ、及び／又は、センサー信号は、上述のように、パワービームトランスミッタ１０２への通信のためにテレメトリユニット３１８に送信され得る。ＰＶインターフェースボード６２０は、電圧ブースト回路（又は、昇圧回路／boost circuit）及び／又はＭＰＰＴ回路などのＤＣ／ＤＣコンバータ又はレギュレータを含み得る。図６ではそれらはさらに、電力出力コネクタ６２２に接続され、それはバッテリにエネルギーを蓄積するために、及び／又は負荷に直接接続されるために使用され得る。
【0062】
ヒートシンク６１０をＰＶセル６０６の近くに配置し、電気コネクタ６１６を、ヒートシンク６１０を通って、ＰＶセル６０６からより遠くに配置された電子機器に通すことによって、図示の構成はＰＶセル６０６で生成された熱をシステムから効率的に除去することを可能にし、一方で、電子機器のための十分な空間を残す。いくつかの実装形態ではＰＶインターフェースボード６２０上の電子機器はまた、ヒートシンク６１０によって（又は別のヒートシンクによって）冷却され得るが、ＰＶセル６０６はしばしば、レシーバから除去されるべき廃熱の最も重要な源であり得る。いくつかの実装形態では熱はまた、ＰＶセル６０６の集光表面を「外れてしまう（又は、逃してしまう／miss）」パワービームの部分によって生成され得、この熱もヒートシンク６１０によって除去され得る。ヒートシンク６１０をＰＶセル６０６の近傍に配置することにより、それらの温度を調整して発電を改善し得る。
【0063】
図示の実装形態では、ヒートシンク６１０がＰＶキャリア６０８及びチャンバ６０４の側壁のためのインデックス面として機能し、チャンバは次に、ＰＶセル６０６及び光学要素６０２の位置を決定する。このインデックス付けにより、光学要素６０２をＰＶセル６０６に対して正確に配置することができ、その結果、セル６０６を所望の位置、例えばレンズの焦点の近くに配置し得る。この概念は、同時係属及び共通所有の米国仮特許出願第６３／１４０，２５６号においてさらに論じられている。
【0064】
図７は、パワーレシーバの別の実装形態を示す概略図である。図７ａは上面図、図７ｂは底面図である。（明瞭にするために、光学系６０２及びチャンバ６０４は図から省略されているが、この実装形態は、やはり必要に応じて光学系を含んでもよい。）図に示されるように、ヒートシンク７１０は、上で論じたように、ＰＶキャリア６０８と接触して配置された蒸気チャンバである。ヒートシンク７１０は、ヒートパイプ７２６によって冷却フィンアセンブリ７２４に接続され得る。冷却フィンアセンブリ７２４は複数のフィンを含み、これらのフィンは、冷却ファン７２８を使用してフィン上に空気を強制的に吹き付けることによって冷却される。いくつかの実装形態では、冷却ファン７２８は、たとえば、レシーバが移動中の車両内で使用されている場合、または自然対流で十分な場合には必要とされなくてもよい。いくつかの実装形態では、ヒートシンク７１０及びヒートパイプ７２６は、実質的に同様の外形を有するが、統一された共有の蒸気空間を有する３Ｄ蒸気チャンバによって置き換えられてもよく、これにより、ＰＶキャリア６０８と冷却フィンアセンブリ７２４との間の熱抵抗がより低くなり得る。
＜分散配線構成＞
＜分散配線構成＞
【0065】
ＰＶアレイ内の各ＰＶセルは典型的な負荷と比較して比較的小さい電圧を生成するので、ＰＶアレイは典型的にはいくつかのＰＶセルを互いに直列に配置するように配線され、それらの電圧を足してより使用可能な出力電圧にする。いくつかのアレイでは、ＰＶセルの「ストリング（string）」が直列に配線され、次いで、ストリングが並列に配線され、それによって、ストリング出力電流を加算する。他のアレイでは図８に示されるように、ＰＶセルは並列に配線され、次いで、並列のストリングが以下でさらに説明されるように直列に配線される。Ｋａｒｅによる米国仮特許出願第６０／９９９，８１７号、名称「光起電アレイ（Photovoltaic array）」（以下、「Ｋａｒｅ」）に説明されているように、直列配線ストリング内のすべてのＰＶセルが等しい電流を生成する場合、前者のタイプのアレイは効率的に機能する。ストリング内の１つのＰＶセルが損傷又はシャドウイングのために出力を生成しない場合、バイパスダイオードによってバイパスされ、そのストリングの電流を低減するが、１つのＰＶセルが生成したものよりも少し多いアレイからの総出力電力を失うだけである。しかしながら、ＰＶセルが様々な光量で照明される場合、直列ストリング内の電流は、逆バイアスされていない最小照明ＰＶセルによって制限される。これは一般に、均一に照明されるソーラーアレイにとっては問題ではないが、ＰＶアレイが空間的に不均一であり得るか、又はアレイに対して移動し得るレーザービームによって照明されるとき、この効果は電力生成の効率を制限し得ることに留意されたい。
【0066】
Ｋａｒｅは、アレイ表面にわたって並列配線ＰＶセルを物理的に分配するシステムを説明した。本明細書で示すアレイ、つまりＫａｒｅから引き出されたものと、以下で説明する革新的なアレイの両方は、図８に示す電気配線図を有するが、各アレイのＰＶセルの物理的位置はレイアウトごとに異なることに留意されたい。Ｋａｒｅは４つの電圧レベルのそれぞれのＰＶセルがアレイ表面にわたって広がるランダムに配置されたアレイ、及び、ＰＶセルが列にわたって分割され得るストリング及びグループに分割される「千鳥状」アレイを開示する。図９（ａ）にランダムアレイを、図９（ｂ）に千鳥状アレイを示す（図９（ａ）及び図９（ｂ）は本明細書では図９と総称し得る）。これらの図において、Ｋａｒｅの形状コードは各ＰＶセルの電圧レベルを表す文字に置き換えられている。図９（ｂ）に関して、Ｋａｒｅは彼の図５において、矩形ＰＶセルの４×９アレイを記載するが、これは、代わりに、正方形ＰＶセルの８×９アレイを形成するために、図９（ｂ）において「２倍したもの」として示される。Ｋａｒｅは、３－４ページに及ぶ段落において、このように配列の繰り返しを記述している。Ｋａｒｅに示されるアレイはそれらの間に有意な間隔を有する矩形ＰＶセルを使用するが、本明細書に記載される新しいアレイのほとんどはそれらの間にほとんど又は全く間隔を有さない正方形ＰＶセルを用いて示される。後者のタイプのアレイは（図５に示されるように）実質的に全ての入射光を捕捉するために集光器を使用してもよく、又はＰＶセル間に入る光が最小となるように、単に非常に近接して配置されてもよい。
【0067】
図９のアレイは各ストリング内で直列に配線されたＰＶセルを有する、ＰＶセルの並列配線ストリングのプリＫａｒｅ（ｐｒｅ－Ｋａｒｅ）アレイと同様に、以下の説明において新しいアレイと比較される。Ｋａｒｅは、そのアレイをより大きなサイズに一般化する方法（上述の繰り返しによるものを除く）については述べておらず、また、２つの例を超える追加のＰＶアレイレイアウトを作成するための規則についても述べていない。本発明者らは、優れたパフォーマンスを持つ新しいＰＶアレイレイアウトを作成するための以下の原則を提供する。
【0068】
ＰＶセルのグループのための並列配線を使用するＰＶアレイ設計のための電圧レベルの数に影響を及ぼす多数の外部要因が存在する。特に、設計負荷のための所望の総出力電圧、又は負荷が取り扱うことができる最小電圧又は最大電圧の限界が存在し得る。その所望の出力電圧に分割されたＰＶセルの公称出力電圧は通常、電圧レベルの数を導くが、考慮すべき他の要因はＰＶアレイの所望のサイズ、アレイ内のＰＶセルの所望の数、特定の数の電圧レベルがＰＶセルの量の間で均等に分割され得る方法、及び任意選択のＤＣ電圧コンバータ及びレギュレータ（以下でさらに説明される）の提供を含む。Ｋａｒｅのアレイは４つの電圧レベルで示されたが、本発明者らは、少なくともいくつかのケースにおいて、５つ又は６つのレベルが電圧変換器を設置する必要を回避することを可能にし、それによって、ＰＶアレイのための空間及び重量を節約し得ることを見出した。いくつかの実装形態ではパワーレシーバが１つの場所から別の場所へと走り得る又は飛行し得るモバイル構成要素に組み込まれ得、したがって、重量はそのような実装形態のためのレシーバ設計において非常に重要な考慮事項であり得る。さらにより多くの電圧レベルが特定の実装形態において好ましい場合がある：本発明者らは、１レベル当たり４～１０個（又はそれ以上）のＰＶセルを有する７５個もの電圧レベルを有するアレイを想定している。しかし、ほとんどの用途では、６～３０の電圧レベルで十分であり、４～６の少ない電圧レベルが多くの場合に適していることが予想される。
【0069】
一般的に言えば、本発明者らは、ビームワンダー及びビーム強度プロファイルの変動に曝露されたときに最良に機能するアレイがＰＶアレイにわたって空間内に「均等に」分布された任意の１つのレベルのＰＶセルを有する（又は、ビームワンダー及びビーム強度プロファイルの変動に曝露されたときに最良に機能するアレイが任意の１つのレベルのＰＶセルをＰＶアレイ全体に空間的に「均等に」分布させる）ことを見出した。この分布の均等性を決定するために使用したメトリックは、各電圧レベルでのＰＶセルの中心を使用してボロノイメッシュを生成し、次いでメッシュ内のボロノイセルのアスペクト比を調べることである。本発明者らは、最良の性能を有するアレイが１．０に実用的に近いボロノイセルアスペクト比を有し、好ましくは１．５未満、より好ましくは１．３未満、又はさらにより好ましくは約１．１未満のメジアンアスペクト比（median aspect ratio）を有することを見出した。図１０は図９（ｂ）に示されるＫａｒｅアレイのボロノイメッシュを示し、また、図示されるボロノイセルアスペクト比のヒストグラムを示し、ヒストグラムは１．３～２．２の範囲のボロノイセルアスペクト比を示し、メジアン形状の（median-shaped）ボロノイセルは、１．５のアスペクト比を有する。比較のために、図２２に関連して以下に論じる新しいアレイのメッシュを図１１に示し、図１２のその付随するヒストグラムは１．０～２．６の範囲のボロノイセルアスペクト比率を示し、メジアン形状のボロノイセルは１．３１のアスペクト比率を有する。最も高いアスペクト比を有するボロノイセルは、アレイの縁部にしばしば現れることに留意されたい。
【0070】
本発明のアレイ設計プロセスのいくつかの実装形態では、ボロノイセル計算を行う目的で、物理的アレイのエッジを越えて電圧レベルのパターンを「拡張」し得る。例えば、図９（ｂ）に示すような８×８アレイの代わりに、同じ規則的なパターンを使用して１２×１２アレイのボロノイセルを決定し、次いで、中心８×８アレイのメンバーに対応するセルのアスペクト比のみを決定し、図１３に示す修正ボロノイダイアグラム及び対応するアスペクト比ヒストグラムを得る。図１１に示されるアレイの同様の拡張は、図１４に示されるボロノイ図及び対応するアスペクト比ヒストグラムにつながる。この拡張はセルがより大きいアスペクト比を有するように見えるアレイの縁部におけるアーチファクトを回避することができ、図１３及び図１４の各々において、ボロノイセルの全てが同じアスペクト比を有する。しかしながら、これらの拡大した図を用いても、図１４に示されるアレイは、図１３に示されるものよりも低いアスペクト比を有するセルを有する。
【0071】
各電圧レベルでＰＶセルを均等に広げたアレイレイアウトを達成するために、本発明者らが使用した１つの方法は、同じＰＶセルが水平方向又は垂直方向に互いに隣接しないようにそれぞれに対しオフセットさせて（又は、ずらして／offset）、各列でＰＶセル電圧レベルのパターンを繰り返す「千鳥状」アレイを作成することである（図９（ｂ）に示すＫａｒｅアレイは「千鳥状」と記載されているが、列から列への一定のオフセットを有していない。本出願で使用されるように、「千鳥状」アレイは文脈が別途明確に指示しない限り、列から列への一定のオフセット（又は、ずれ）を有する配列を意味する）。本明細書で使用するとき、「隣接する」という語は、隣接する縁部を有することを意味し、「対角線上に隣接する」とは、図９（ａ）の、図の左上にある２つのＡレベルセルのように、隣接する角部を有することを意味する。２つのＰＶセルが「隣接しない」と記載される場合、さらなる制限が追加されない限り、それらは依然として対角線上に隣接することができる。１つの千鳥状アレイ１５００が図１５に示されている。ＰＶセル１５０２は、１０×１０アレイに配置され、それらが属する５つの電圧レベルのうちのどれに属するかを示すようにラベル付けされる。示されるように、連続する列のＰＶセルは２のオフセットで千鳥状に配置され、すなわち、水平に隣接するＰＶセルは列の右にレベル－２であり、左に＋２であり（モジュロ５）、これは、２つのＰＶセル１５０２が隣接していないか、又は斜めに隣接していないアレイ構成を生成する。図１５に示される等高線（contour line）は、図２３及び図２４に関連して以下に説明される。図１６は現在のレベルＡのボロノイセルを示し、図１６のボロノイセルのアスペクト比のヒストグラムも示す。このアレイにおけるボロノイセルの縦横比のメジアンアスペクト比は１．３３である（表１に示されるように）。当業者は、アレイのサイズ、電圧レベルの数、及びオフセットの多くの可能な組み合わせが選択され得ることを理解するであろう。低いアスペクト比を有するボロノイセルを製造するためには、オフセットは、１より大きく、電圧レベルの数よりも少なくとも２つ少なくするべきであると考えられる。また、オフセット及び電圧レベルの数は１の最大公約数（ＧＣＤ）を有するべき（又は、最大公約数は１であるべき）であると考えられるが、より大きいＧＣＤを有するいくつかのレイアウトは十分に低いアスペクト比を有するボロノイセルも生成し得る。
【0072】
別のアレイ１７００を図１７に示す。このアレイは図１５のような１０×１０アレイにも基づいているが、角のＰＶセルはアレイから取り除かれている。この形状は、ほぼ円形の対称性を有するビームと共に使用するのに有利であることが分かっている。角の対称的な除去は、各電圧グループ内のＰＶセルの数を変化させ得るので、それらはもはや等しくないようにし得ることに留意されたい。いくつかの実装形態では各電圧レベルにおいて異なる数のＰＶセルを有するＰＶアレイを構築することが可能であるか、又はさらに有利であり得るが、一般に、可能であれば、各レベルにおいて同じ数のＰＶセルを維持することが有利であることが見出された。各角で６個のＰＶセルが除去された１０×１０アレイのＰＶセルの「パーフェクトな」配置は７６個のＰＶセルを残し、これは、５つの電圧レベルに均等に分割することができない。このため、さもなければレベルＢにあるであろう１つのＰＶセルは、図１７の右下に見えるアレイの１つの縁部で省略されている。アレイ縁部におけるＰＶセルは、ビームがしばしば（常にではないが）縁部におけるよりも中心においてより高い強度を有するので、一般に、送られる総電力に寄与することが少ないと予想される。
【0073】
図１７に示すアレイは以下で論じるように理論的にモデル化されているが、ＦＳＰパワービーミング化のために物理的に構築され、使用されてもいる。上記の図４及び図５に関連して説明したように、物理的アレイは多層回路基板であるワッフルボード４０２を含み、異なる電圧レベルのＰＶセル４０６の接続は、回路基板の異なる層に分離される。個々のＰＶセル４０６は、ＰＶセル温度を監視するためのサーミスタも含むキャリア４０８にのみ接続され、他のＰＶセルには直接接続されない。ＰＶセル間のすべての接続（ならびにサーミスタからの温度監視信号、図示せず）は、ワッフルボード４０２内に配置される。このタイプの実施形態では、本明細書で論じるような新しいＰＶセルレイアウトがすべての他の構成要素を変更せずに、新しいワッフルボード４０２を設計及び製作することによって簡単に迅速に実施し得る。
【0074】
本発明者らは、上記のように生成された本発明者らのアレイのモデルを、Ｋａｒｅアレイのモデルと比較して、それぞれの品質を調べた。ＰＶセルからの電流出力は所与の照明強度及び温度におけるＰＶセルのＩ－Ｖ曲線の関数であり、単一の固定値ではないが、モデル化及び比較の目的のために、ＰＶセルはそれらの最大電力点の近くで動作しており、照明強度は出力電流に直接かつほぼ線形に変換され得ると仮定する。アレイ内の各電圧レベルについて、その電圧レベル内のすべてのＰＶセルからの電流の合計である「レベル電流」を定義する。単一の直列ストリング内の各ＰＶセルが電流に一致するように等しく照明されるべきであるように、アレイは一般に、各電圧レベルのレベル電流がほぼ等しいときに最良に機能する。言い換えれば、レベル電流間の差は、好ましくは最小化される。理想的には、ＰＶアレイがレベル電流間の最小化された差異がパワービーム強度プロファイル変動又はビーム重心のワンダーに対してロバストであるように、すなわち、ビームがわずかにワンダー又はそのプロファイルが変更するとき、レベル電流間の差異の変更が最小化されるように設計される。ＰＶセルからの電流が入力電力にほぼ直線的に比例するという上記の仮定を使用して、各ＰＶセルからの公称電流を推定するために、本発明者らのモデルは、ＰＶセル上の入射光をＰＶセル電流のプロキシ（又は、代理／proxy）として使用する。以下の説明は「強度」、「電力」、「電力強度」、「電流」、又は「電流密度」という用語を互換的に使用し得るが、それらはすべて、本発明者らのモデルにおいて互いに比例すると仮定されるからである。
【0075】
本発明者らの試験アレイを特徴付けるために、本発明者らは「ミスマッチ（mismatch）」を、最大電流と最小電流との間の差を平均電流で割ったものとして定義し、パーセンテージとして表す。ＰＶセルの集光領域にわたる総電力は異常でない（nonpathological）ビーム強度プロファイルについてのその中心における電力と実質的に同等であるので、本発明者らはＰＶセルの中心における光強度を、その出力電流のプロキシとして使用する。より完全なモデルはＰＶセルの領域にわたって積分された強度を使用し得るが、本発明者らはこの差をモデル化し、それがごくわずかな改善しかもたらさないことを見出し、したがって、本発明者らは計算を単純化するためにＰＶセル中心における強度を使用する。次に、主軸及び副軸におけるその幅、ＰＶアレイに対する回転角度、それが長方形又は楕円に近似する量、及び強度プロファイル（一般に、パラメータの１つとしてスーパーガウシアン係数を用いて、スーパーガウシアン形状としてモデル化される）を記述するパラメータを有する「仮想」光ビームプロファイルを生成する。本発明者らは、モンテカルロ法を使用して、ビームの移動及び／又は回転、及び／又はそのプロファイルの変更をシミュレートする。図１８は、図９（ａ）に示されるＫａｒｅアレイの形状及びサイズをおおよそ近似するように設計された例示的なビームプロファイルを示す。適用されたビームプロファイルは図に示されるように、この４×８アレイのアスペクト比に一致するように細長くされる。
【0076】
本発明者らの中心仮想光ビームプロファイル（centered virtual light beam profile）は、以下のように６つの入力パラメータによって記述し得る：ｗｘ及びｗｙはｘ及びｙ方向のビーム幅を表す。θは、ｘ－ｙ平面内のビームの回転を表し、ｎｘ、ｎｙ、及びｎｓＧはビームプロファイルのスーパーガウシアンパラメータを表す。ｎｘ及びｎｙはｘ成分及びｙ成分に別々に適用され、これら２つのパラメータが大きいほど、ビームプロファイルは楕円よりも長方形に近くなり、ｎｓＧは通常のスーパーガウシアン係数であり、大きいほど、ビームプロファイルは、通常のガウシアンの代わりに「トップハット」プロファイルに近くなる。所与の位置におけるビーム強度は次に、以下のパラメータによって記述される。
【0077】
ａ、ｂ、ｃを以下のように定義する。
【0078】
点ｘ、ｙにおける強度Ｊは以下のように記述される。
【0079】
相対的なアレイ性能を主にミスマッチ（mismatch）と比較するために、絶対強度は無関係であり、したがって、モデル化を容易にするために、ピーク強度Ｊ０は、シンプルに１に設定される。本発明者らのモンテカルロシミュレーションでは、ビームがｘ方向とｙ方向にワンダーすることを可能にし、選択された標準偏差（ＰＶセル幅の分率として表される「ビームワンダー」として表１に示される）を有する正規分布を有する適用された誤差を有する位置を選択することはビームステアリングシステムのための（トラッキング、信号処理、機械的運動などからの）「ノイズ」の様々な発生源に起因して自然に発生することが予想され得る。なお、ランダム位置誤差は、ｘ位置誤差とｙ位置誤差とに分けて（正規分布で）生成される。上記の式は各ＰＶセル位置の中心における強度を決定するために、ｘ，ｙ平面においてシフトされる。２００のモンテカルロラン（Monte Carlo run）を、以下に論じる様々な場合のそれぞれについて行った。表１は関連する性能結果とともに、以下に記載される各ケースについてのアレイパラメータ、ビームプロファイル、及びモンテカルロ入力係数を示す。
【0080】
図９（ａ）に示すＫａｒｅアレイを上述のようにモデル化すると、比較的性能が劣り、図１８に示すビームプロファイルに対して２２．１％のミスマッチを示している。図１８及び他の図のビームプロファイルは０．１から０．９までの範囲の一定強度の等高線を示す（１．０のピークはビームの中央の単一の点である可能性があり、プロファイルのテール部を外れた０．１未満の低強度は、０．１未満の等高線を示すことがこの用途にとって重要ではないとしている）。図１９は、図１８のビームがアレイの中心にあるときの、４つの電圧レベルの各々についての積み重ねられた電流を示す。図１９の各白いバーは単一のＰＶセルからの電流を表し、これらの並列配線されたＰＶセルの各列における積み重ねられたバーの高さによって表される総出力電流を形成するために一緒に加算される。ミスマッチ（表１に示される）は図１９のグラフを検査することによって明らかであり、図９（ａ）に示されるアレイが、以下でさらに説明されるアレイよりも実質的に劣っていることを示す。理想的には、図１９に示されるこれらの総電流の各々が、図のように異なる高さに積み重ねられるのではなく、同じになることであろう。
【0081】
Ｋａｒｅの図５に示すアレイをモデル化する際には、通常１に近い全体的なアスペクト比を有する我々のアレイとより密接に比較するために、アレイを（Ｋａｒｅのページ３－４にまたがる段落に示されるように）「倍増」して、図９（ｂ）に示すように、２つの同一のアレイを並べて（Ｋａｒｅの９×４アレイの代わりに）ＰＶセルの９×８アレイを作成し、アレイのわずかに非正方形の形状に一致するようにわずかに偏心したビームプロファイルを使用した。ビームの形状及びサイズは上述のように定義され、表１に列挙されたパラメータを有し、ｘ及びｙ位置は、表１に列挙された標準偏差で上述のようにモンテカルロシミュレーションにおいて変更された。シミュレーションからの１つのプロファイルが図２０に示されている：ビームプロファイルのサイズ及び偏心チェープ（又は、偏心鞘／eccentric chape／又は偏心形状／eccentric shape）は、等高線で見ることができる。この形状は、ビーム設計者がアレイ形状にマッチするように矩形ビームを作ろうとするときに生じる可能性のあるビームプロファイルを反映し（Ｋａｒｅは実質的に矩形ビームを示す）、図示されたプロファイルのための４つの電圧レベルの各々についての積み重ねられた電流が図２１に示される。この試験構成のミスマッチは他のＫａｒｅアレイのミスマッチよりも小さいが、依然として比較的高い：図示のランでは５．６％、モンテカルロシミュレーションの全ランにわたって平均６．２％。
【0082】
図２１に示すアレイの性能と最もよく比較するために、図１１に示すように、上述の設計原理を用いて構築された４つの電圧レベルを有する８×８アレイを作成した。アスペクト比が１のビーム、したがって同じ幅及び高さを有するレシーバを有することがより一般的であり、各電圧レベルで同じ数のＰＶセルを依然として有しながら２の一定のオフセットを維持するために、８×８アレイ（Ｋａｒｅのような９×８アレイの代わりに）を使用した。図２２は図１１に示されるように、アレイ上に中心が置かれたビームのための積み重ねられた電流を示す。図２０に示される同じビームプロファイルについて、ミスマッチはゼロであった。このアレイの全てのランについてのシミュレーションにわたって平均化されたミスマッチは１．７％であり、Ｋａｒｅのアレイよりも著しく良好な性能を示した。
【0083】
これと比較して、図２３と図２４は図１５と図１７にそれぞれ示されたアレイ（すなわち、５つの電圧レベルを有する１０×１０アレイと、角付近のいくつかのＰＶセルが除去された同じアレイ）の中心ビームケースについて同じ積み重ねられた電流グラフを示している。図１１と同様に、図１５は、これら２つのアレイの応答をモデル化する際に使用された実質的に円形のビームプロファイルを示している。これら２つのアレイに対してモンテカルロシミュレーションを行った場合、平均ミスマッチはそれぞれ１．１％と２．７％であり、アレイレイアウトがＫａｒｅに記載されたものより優れた性能を持つことが期待されることを示した。表１のレビューは予想通り、より低いボロノイセルメジアンアスペクト比が、より低いビームミスマッチと相関することを明らかにする。
＜電圧ブースト＞
＜電圧ブースト＞
【0084】
ＰＶセルの公称出力電圧が所望のアレイ出力電圧に達するために、直列に接続されるのに過度に大きな数を必要とする場合がある。他の場合には、ＰＶセルからの電流がオーム損失が許容できないほど大きくなる（又は電流を取り出すために必要な配線のサイズが許容できないほど大きくなる）ほどに、非常に高くなり得る。これらの場合、同じ電圧レベルの１つ又は複数のＰＶセルはＰＶ出力に接続されたＤＣ／ＤＣ電圧ブースト回路を有することができ、それによって、アレイの残りの部分によって見られる電圧を増加させ、配線全体にわたって搬送される必要がある電流を減少させる。
【0085】
様々なＤＣ／ＤＣブースト回路トポロジーがあり、その性能は要求事項に応じて異なる。入力がある比較的広い電圧範囲にわたって変化する場合でも、入力を固定された狭い電圧出力に調整するものもある。別の選択肢は固定入力電圧設定点（例えば、ＰＶセルの最大ピーク電力電圧に設定される）を有する可変ブーストであり、これは、そのＭＰＰを達成するようにブースト比を調整する。この場合、出力電圧は「フロート（float）」するか、又は調整されず、代わりに、負荷（例えば、バッテリ）が、電流をシンクする（又は、吸い込む／sink）ことによって出力電圧を制御する。動的入力設定点を有するＭＰＰはＭＰＰＴ（最大電力点追従）であり、アルゴリズムは例えば、電力を計算するために電流と電力の両方を測定することによって、ブースト比を動的に調整して、ＰＶデバイスをピーク電力に維持する。このピーク電力追従は、ＰＶデバイスからの電力、又はコンバータからの電力に基づくことができる。別のブースト回路オプションはいわゆる「固定比」回路であり、入力電圧を固定の乗算比だけ増加させる。ブースト（及びバック）ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータは当業者にはよく知られており、本明細書ではさらに説明しない。詳細は、Pressman et. al, Switching Power Supply Design, 3d ed., McGraw Hill, 2009, pp. 31-43（これは本明細書と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込まれる）などの電子テキストに見出すことができる。
【0086】
上述のタイプのブースト回路のいずれも、本明細書に記載の分散配線構成と共に使用し得るが、固定比ブーストコンバータの使用は所望の出力電圧を達成しながら、ＰＶセル及びＰＶセルグループ出力電流を効率的にバランスさせるために特に魅力的である。特に、固定比タイプのブースト回路を使用する場合、昇圧された出力は固定電圧デバイスのようにではなく、非昇圧ＰＶセル（例えば、類似のＩ－Ｖ曲線形状を示す）のように挙動することが期待される。ＤＣブースト回路のそのような使用は、アレイの電子機器の他の部分がＰＶセル材料、単接合対多接合、又はＰＶセルの他の特性について「非定性（agnostic）」であることを可能にし得る。１つの特定の例では多接合ＩｎＧａＡｓ ＰＶセルが～５Ｖの公称出力電圧を有し、単接合ＩｎＧａＡｓ ＰＶセルは～０．７Ｖの公称出力電圧を有する（これらのタイプのセルの両方が９７６ｎｍ光のために設計されるが、当業者は同じ原理が他の波長に適用されることを理解するであろう）。約～７倍（７×）の固定比ブーストは０．７ＶのＰＶセルがアレイの残りの部分及び接続された電子機器（例えば、ＰＭＡＤハードウェア３０８）に関する限り、５Ｖセルのように挙動することを可能にする。７倍（×）のブーストを提供する電圧ブースト電子機器が、単一接合セルのためのキャリア６０８上に設置される場合、他のハードウェアを変更することなく、（電圧ブーストなしで）多接合セルを担持するキャリア６０８と交換され得る。もちろん、光波長、ＰＶセル材料、及びブースト回路の他の組み合わせも可能である。このタイプの相互運用性は、レシーバの設計及び製造のための利点を有し得る。
＜ダイナミック配線＞
＜ダイナミック配線＞
【0087】
上述のように、いくつかの実装形態では、ワッフルボード４０２（又はＰＶキャリア６０８などの他の同様の構成要素）がＰＶセル４０６の配線のプログラムによる切り替えを可能にし、直列接続及び並列接続がＰＶセル選択、パワービームパラメータ、環境動作条件に適合するように、又は当業者に想起される他の工学的目標を達成するように調整されることを可能にし得る。例えば、入力パワービームのサイズ及び／又はプロファイルに応じて異なる数の電圧グループを使用することが望ましい場合がある。別の例ではアレイが最初に配備されたとき、配線は一度だけ特定のレイアウトに切り替えられ、同じアレイスイッチングハードウェアが異なる必要な出力電圧を有する複数の異なるパワービーミングインストレーションのために使用されることを可能にする。
【0088】
いくつかの実装形態ではレシーバ１０４が、入射ビーム（及び、いくつかの実装形態では出力負荷要件）のための最適な直列並列レイアウトを決定し、パワービーミングの開始時にその配線レイアウトを確立するように構成されたプロセッサを含み得る。十分に高速で汎用性のあるプロセッサの場合、レシーバ１０４は「実行中に（on the fly）」最適なレイアウトに切り替えることさえできるかもしれない。しかし、このタスクのためにあまり多くの処理能力を提供することが望ましくない場合（例えば、プロセッサが、最適なレイアウトの使用によって達成される節約よりも多くの電力を消費する場合）、レシーバ１０４が最初から（ab initio）レイアウトを決定するのではなく、リストから選択できるように、ＰＶセル配線レイアウトの小さい（又は大きい）「ライブラリ」を提供することが好ましいかもしれない。そのような選択はレシーバ１０４によって自動的に実行されてもよく、又は、例えば、ユーザインターフェース３２０を使用して手動で選択されてもよい。
【0089】
一例では、プロセッサが１０×１０アレイのセルのための３つのＰＶセル配線レイアウトのライブラリを含み、レシーバ１０４はスイッチ又は同等の構成要素の動作によってこの３つのうちのいずれかを実装するための適切な物理的配線を含む。（デフォルトレイアウトとして使用され得る）第一レイアウトは、図１５に示されるように配置された５つの電圧グループを含む。第二レイアウトは１０個の電圧グループを含むことができ、３のオフセットを有する千鳥状パターンで配置される。第三レイアウトはＰＶセルの中心８×８セットのみを使用して、これらを４つの電圧グループにグループ化し、図１１に示されるように、２のオフセットを有する千鳥状パターンで配置してもよい。この例示的なレシーバの使用中、プロセッサは、より高い出力電圧が必要であると決定（又はユーザが選択）し得、配線をデフォルトの第一レイアウトから第二レイアウトに切り替えることによって応答し得る。代替として、プロセッサは（たとえば、個々のＰＶセルにおける出力電流を検出するセンサーと通信することによって）入射パワービームが十分にタイトに集束されており、最外のＰＶセルが出力電流にごくわずかに寄与しているだけであると決定し、第三レイアウトに切り替えることによって応答してもよい。これらの例は比較的長い時間スケールでの異なるＰＶセルレイアウト間の切り替えを説明するが、いくつかの実装形態ではこのタイプの切り替えがたとえば、パワービームのシンチレーションに応答して、急速かつ連続的に行われ得る。
【0090】
いくつかの実装形態では、ＤＣ／ＤＣ電圧ブーストを実装するために動的配線構成が使用され得る。ＤＣ／ＤＣコンバータは動作するために電力を必要とし、したがって、複数のコンバータが提供されるいくつかの実装形態では、プロセッサが電流を監視し、それらが使用しているよりも多くの電力を節約しない場合、いくつかのコンバータをシャットダウンすることを選択することが有用であり得る。極端な場合にはレシーバ１０４が各ＰＶセルのためのブースト回路を含み得るが、光束が最小であるときにはＰＶアレイ全体が１つのＤＣ／ＤＣコンバータに給電し得る。もちろん、中間的な場合も考えられる。
【0091】
以下では、さらなる特徴、特性、及び利点が項目ごとに説明される：
【0092】
項目１：パワーレシーバは、支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルと、ＰＶセルを相互接続するための電気配線とを含む。ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有する。配線は電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される。各電圧グループのＰＶセルは支持面上で互いに不連続になるように配置され、複数の電圧グループはレシーバがパワービームにさらされたときに５％未満の電流ミスマッチを示し、電流ミスマッチは最大出力電流と最小出力電流との差を平均出力電流で割ったものとして定義される。このタイプのパワーレシーバは、電流ミスマッチを低減することによって電力変換効率を改善する技術的利点を提供し得る。
【0093】
項目２：前記パワービームはレーザーパワービームである、項目１に記載のパワーレシーバ。
【0094】
項目３：前記パワービームは、実質的にガウシアンビームプロファイルを有する、項目１又は２に記載のパワーレシーバ。
【0095】
項目４：前記パワービームは、スーパーガウシアンビームプロファイルを有する、項目１～３のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0096】
項目５：電流ミスマッチが４％未満である、項目１～４のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0097】
項目６：電流ミスマッチが３％未満である、項目１～５のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0098】
項目７：電流ミスマッチが２％未満である、項目１～６のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0099】
項目８：電流ミスマッチが１％未満である、項目１～７のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0100】
項目９：前記ＰＶセルが矩形に配置される、項目１～８のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0101】
項目１０：前記ＰＶセルが正方形に配置される、項目１～９のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0102】
項目１１：前記ＰＶセルが、角が切り取られた正方形に配置される、項目１～１０のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0103】
項目１２：前記ＰＶアレイが４つの電圧グループを含む、項目１～１１のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0104】
項目１３：前記ＰＶアレイが５つの電圧グループを含む、項目１～１２のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0105】
項目１４：前記ＰＶアレイが６つの電圧グループを含む、項目１～１３のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0106】
項目１５：パワーレシーバは、支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルと、ＰＶセルを相互接続するための電気配線とを含む。ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有する。配線は電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される。各電圧グループのＰＶセルはＰＶアレイの第一軸に沿って繰り返しパターンで配置され、繰り返しパターンはＰＶアレイの第二軸に沿ってオフセット値だけ互い違いに配置される。オフセット値は、同じ電圧グループ内のＰＶセルが互いに隣接しないように選択される。このタイプのパワーレシーバは、電流ミスマッチを低減することによって電力変換効率を改善する技術的利点を提供し得る。
【0107】
項目１６：ＰＶセルが第一軸に沿って１つ又は複数の隣接するＰＶセルに直列に接続され、各電圧グループに属するＰＶセルが追加の配線によって並列に接続される、項目１５に記載のパワーレシーバ。
【0108】
項目１７：追加の配線が支持面内に配置される、項目１５又は１６に記載のパワーレシーバ。
【0109】
項目１８：追加の配線が支持面の後ろに位置する、項目１５～１７のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0110】
項目１９：追加の配線が、光を通過させてＰＶセルに到達することを可能にするように配置された開口を有する回路基板内に配置される、項目１５～１８のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0111】
項目２０：ＰＶセルが、矩形を形成するように配置される、項目１５～１９のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0112】
項目２１：前記ＰＶセルが、正方形を形成するように配置される、項目１５～２０のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0113】
項目２２：ＰＶセルが、角が切り取られた正方形を形成するように配置される、項目１５～２１のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0114】
項目２３：ＰＶアレイが４つの電圧グループを含む、項目１５～２２のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0115】
項目２４：前記ＰＶアレイが５つの電圧グループを含む、項目１５～２３のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0116】
項目２５：ＰＶアレイが６つの電圧グループを含む、項目１５～２４のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0117】
項目２６：パワーレシーバは、支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルと、ＰＶセルを相互接続するための電気配線とを含む。ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有する。配線は電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される。各電圧グループは、電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．４未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する。このタイプのパワーレシーバは、電圧レベルのＰＶセルがアレイ表面にわたって均等に分配されることを確実にすることによって、電流ミスマッチを低減することによって電力変換効率を改善する技術的利益を提供し得る。
【0118】
項目２７：各電圧グループが、電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．３未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、項目２６に記載のパワーレシーバ。
【0119】
項目２８：複数の光起電力（ＰＶ）セルと、複数の開口を内部に有する回路基板と、出力コネクタとを含む、パワーレシーバ。各ＰＶセルは、電力への変換のために光を受け取るように構成された活性表面と、カソードコネクタ及びアノードコネクタであって、ＰＶセルの活性表面が光に曝されたときにそれらの間に電圧を生成するように構成された該カソードコネクタ及びアノードコネクタとを有する。回路基板はカソードコネクタ及びアノードコネクタのうちの少なくとも１つに接続され、出力コネクタは回路基板を負荷に電気的に接続するように構成される。複数のうちの各ＰＶセルは、回路基板内の複数の開口のうちの少なくとも１つを通過した光を受け取るように配置される。このタイプのパワーレシーバは、電子機器が所与の領域においてより多くの光を収集しエネルギーへと変換できるように、空間を効率的に使用する技術的利益を提供し得る。
【0120】
項目２９：前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられたリフレクタをさらに含み、前記リフレクタは、前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、項目２８に記載のパワーレシーバ。
【0121】
項目３０：複数のリフレクタをさらに含み、各リフレクタは複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられ、各リフレクタは少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの活性表面上に光を反射するように構成される、項目２８又は２９に記載のパワーレシーバ。
【0122】
項目３１：複数のリフレクタの少なくともいくつかのメンバーが、回路基板の開口内に配置される、項目２８～３０のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0123】
項目３２：前記回路基板が、前記ＰＶセルの第一サブセットを並列に接続するように構成された配線を含む、項目２８～３１のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0124】
項目３３：前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された前記配線が、前記回路基板の第一層上に配置される、項目２８～３２のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0125】
項目３４：前記回路基板が前記ＰＶセルの第二サブセットを並列に接続するように構成された配線を含み、前記第二サブセット及び前記第一サブセットが共通のＰＶセルを有さない、項目２８～３３のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0126】
項目３５：ＰＶセルの第一サブセットを並列に接続するように構成された配線が回路基板の第一層上に配置され、ＰＶセルの第二サブセットを並列に接続するように構成された配線が第一層とは異なる回路基板の第二層上に配置される、項目２８～３４のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0127】
項目３６：回路基板が第一サブセットを第二サブセットに直列に接続するように構成された配線をさらに含み、それによって、第一サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第一電圧と、第二サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第二電圧との合計にほぼ等しい電圧を生成する、項目２８～３５のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0128】
項目３７：複数のうちの異なるＰＶセル間のすべての電気接続が、回路基板内の配線を含む、項目２８～３６のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0129】
項目３８：回路基板が、異なるＰＶセル間の接続を動的に変更するように構成される、項目２８～３７のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0130】
項目３９：前記ＰＶセルから廃熱を除去するように構成されたヒートシンクをさらに含む、項目２８～３８のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0131】
項目４０：ヒートシンクが、パワーレシーバの光学部品を位置決めするための基準面として機能する面を有する、項目２８～３９のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0132】
項目４１：パワーレシーバは、第一側と、第二側と、第一側から第二側へと通る開口部とを含むヒートシンクと、ヒートシンクの第一側と熱的に接触する集電デバイスと、ヒートシンクの第二側に配置された電子部品と、ヒートシンクの開口部内に配置された電気コネクタとを含む。電気コネクタは、集電デバイスを電子部品に接続する。このタイプのパワーレシーバは、光を遮断することなく、又はセル間に追加の空間を必要とすることなく、電子機器のためのより多くの空間を可能にし、所与の領域においてより多くの光を収集しエネルギーへと変換することを可能にし得るという技術的利点を提供し得る。さらなる技術的利益は、廃熱が発生する場所により近いヒートシンクの配置（又はそれへの熱的接続）によって達成されることができ、高エネルギーパワービームの存在下でさえ、集電デバイスがそれらの好ましい温度により近い温度で動作することを可能にする。
【0133】
項目４２：前記ヒートシンクが、熱伝導性材料から製造される、項目４１に記載のパワーレシーバ。
【0134】
項目４３：前記熱伝導性材料が、金属又はセラミックである、項目４１又は４２に記載のパワーレシーバ。
【0135】
項目４４：前記集電デバイスが、光起電力（ＰＶ）セルである、項目４１～４３のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0136】
項目４５：ヒートシンクが、冷却流体の循環のために構成された内部チャネルを含む、項目４１～４４のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0137】
項目４６：ヒートシンクが蒸気チャンバを含む、項目４１～４５のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0138】
項目４７：前記ヒートシンクが前記第一側から前記第二側へと通る複数の開口部を含み、前記パワーレシーバが、前記ヒートシンク内の前記開口部と共に配置された複数の電気コネクタをさらに含む、項目４１～４６のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0139】
項目４８：前記ヒートシンクの前記第一側に取り付けられた複数の集電デバイスをさらに含み、前記複数の電気コネクタは、前記複数の集電デバイスのそれぞれひとつを、前記ヒートシンクの前記第二側に取り付けられた前記電子部品に接続する、項目４１～４７のいずれか一項に記載のパワーレシーバ。
【0140】
上記では最良の形態及び／又は他の例と見なされるものを説明してきたが、本明細書では様々な修正を行うことができ、本明細書で開示される主題は様々な形態及び例で実装することができ、教示は多数の用途に適用することができ、そのうちのいくつかのみが本明細書で説明されたことを理解されたい。以下の特許請求の範囲は、本教示の真の範囲内にある、任意の及びすべてのアプリケーション、修正、及び変形を請求することを意図している。
【0141】
特に明記しない限り、以下の特許請求の範囲を含む、本明細書に記載されるすべての測定値、値、評価、位置、大きさ、サイズ、及び他の仕様は、正確ではなく、おおよそのものである。それらは、それらが関係する機能及びそれらが関係する技術分野において慣習的であるものと一致する合理的な範囲を有することが意図される。
【0142】
保護の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。その範囲は本明細書及び以下の手続き履歴に照らして解釈されるときに特許請求の範囲で使用される文言の通常の意味と一致し、すべての構造的及び機能的等価物を包含するのと同じくらい広いものであることが意図される。それにもかかわらず、米国特許法第１０１条、第１０２条又は第１０３条の要件を満たさない主題を包含することを意図するものではなく、また、そのように解釈されるべきものではない。そのような主題の意図しない包含は、本明細書によって放棄される。
【0143】
前段落に記載されている場合を除き、特許請求の範囲に記載されているか否かにかかわらず、記載されているか又は図示されているものは、いかなる構成要素、ステップ、特徴、目的、利益、利点、又は公衆との同等物の専有を引き起こすように意図され、又は解釈されるべきではない。
【0144】
本明細書で使用される用語及び表現は特定の意味が本明細書で別段に記載されている場合を除き、それらの対応するそれぞれの問い合わせ及び調査の領域に関して、そのような用語及び表現に与えられる通常の意味を有することが理解されよう。第一及び第二などの関係用語は、そのようなエンティティ間のいかなる関係又は順序も必ずしも暗示することなく、あるエンティティを別のエンティティと区別するためにのみ使用され得る。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」はそれらの文法的形態の全てにおいて、非排他的な包含をカバーすることを意図しており、したがって、要素のリストを含むか又は含むプロセス、方法、物品、装置、又は組成物は、明示的に列挙されていない他の要素も含み得る。「ａ」又は「Ａｎ」が先行する要素はさらなる制約なしに、追加の同一又は類似の要素の存在を除外しない。
【0145】
本開示の要約は、読者が技術的開示の性質を迅速に確認することを可能にするために提供される。要約書は、特許請求の範囲を解釈又は限定するために使用されないことを理解されたい。加えて、前述の詳細な説明では、説明を明確にするために、様々な特徴が様々な例において一緒にグループ化され得ることが分かる。この開示方法は、請求項が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。さらに、本出願の全体的な範囲及び趣旨から逸脱することなく、１つの例からの特徴は、別のものに自由に含まれてもよく、又は互いに置き換えられてもよい。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
＜請求項１＞
支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有する、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、
前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される、該電気配線と、を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループの前記ＰＶセルは前記支持面上で互いに不連続になるように配置され、
前記複数の電圧グループは５％未満の電流ミスマッチを示し、
ここで、電流ミスマッチは、前記レシーバがパワービームにさらされたときの、最大出力電流と最小出力電流との差を平均出力電流で割ったものとして定義される、パワーレシーバ。
＜請求項２＞
前記パワービームは、レーザーパワービームである、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３＞
前記パワービームは、実質的にガウシアンビームプロファイルを有する、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４＞
前記パワービームは、スーパーガウシアンビームプロファイルを有する、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項５＞
前記電流ミスマッチが４％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項６＞
前記電流ミスマッチが３％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項７＞
前記電流ミスマッチが２％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項８＞
前記電流ミスマッチが１％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項９＞
前記ＰＶセルは、矩形に配列される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１０＞
前記ＰＶセルは、正方形に配置される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１１＞
前記ＰＶセルは、角が切り取られた正方形に配置される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１２＞
前記ＰＶアレイは、４つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１３＞
前記ＰＶアレイは、５つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１４＞
前記ＰＶアレイは、６つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１５＞
ＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割される、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、
前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される、該電気配線と、を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループの前記ＰＶセルは前記ＰＶアレイの第一軸に沿って繰り返しパターンで配置され、前記繰り返しパターンは前記ＰＶアレイの第二軸に沿ってオフセット値だけ互い違いに配置され、前記オフセット値は同じ電圧グループ内のＰＶセルが互いに隣接しないように選択される、パワーレシーバ。
＜請求項１６＞
前記ＰＶセルは前記第一軸に沿って１つ又は複数の隣接するＰＶセルに直列に接続され、各電圧グループに属するＰＶセルが、追加の配線によって並列に接続される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１７＞
前記追加の配線は、前記支持面内に配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１８＞
前記追加の配線は、前記支持面の後ろに配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１９＞
前記追加の配線は、光を通過させて前記ＰＶセルに達することを可能にするように配置された開口を有する回路基板内に配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２０＞
前記ＰＶセルは、矩形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２１＞
前記ＰＶセルは、正方形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２２＞
前記ＰＶセルは、角が切り取られた正方形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２３＞
前記ＰＶアレイは、４つの電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２４＞
前記ＰＶアレイは、５つの電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２５＞
前記ＰＶアレイは、６～１６個の電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２６＞
ＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割される、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、
前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される該電気配線と、を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループは、前記電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．４未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、パワーレシーバ。
＜請求項２７＞
各電圧グループが、前記電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．３未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、請求項２６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２８＞
複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、各ＰＶセルが、
電力への変換のために光を受け取るように構成された活性表面と、
カソードコネクタ及びアノードコネクタであって、前記ＰＶセルの前記活性表面が光に曝されたときに、それらの間に電圧を生成するように構成された、該カソードコネクタ及びアノードコネクタと、を有する、該複数の光起電力セルと、
前記カソードコネクタ及びアノードコネクタのうちの少なくとも１つに接続された回路基板であって、内部に複数の開口を有する該回路基板と、
前記回路基板を負荷に電気的に接続するように構成された出力コネクタと、を含むパワーレシーバであって、
各ＰＶセルは、前記回路基板内の前記複数の開口のうちの少なくとも１つを通過した光を受け取るように配置される、パワーレシーバ。
＜請求項２９＞
前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられたリフレクタをさらに備え、前記リフレクタは、前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３０＞
複数のリフレクタをさらに備え、各リフレクタは前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられ、各リフレクタは前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３１＞
前記複数のリフレクタの少なくともいくつかのメンバーは、前記回路基板の前記開口内に配置される、請求項３０に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３２＞
前記回路基板は、前記ＰＶセルの第一サブセットを並列に接続するように構成された配線を含む、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３３＞
前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された前記配線は、前記回路基板の第一層上に配置される、請求項３２に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３４＞
前記回路基板は前記ＰＶセルの第二サブセットを並列に接続するように構成された配線を含み、前記第二サブセット及び前記第一サブセットは共通のＰＶセルを有さない、請求項３２に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３５＞
前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された配線は前記回路基板の第一層上に配置され、
前記ＰＶセルの前記第二サブセットを並列に接続するように構成された配線は前記第一層とは異なる前記回路基板の第二層上に配置される、請求項３４に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３６＞
前記回路基板が、前記第一サブセットを前記第二サブセットに直列に接続し、それによって、前記第一サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第一電圧と、前記第二サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第二電圧との合計にほぼ等しい電圧を生成するように構成された配線をさらに含む、請求項３４に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３７＞
前記複数のうちの異なるＰＶセル間の全ての電気接続は、前記回路基板内の配線を含む、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３８＞
前記回路基板は、異なるＰＶセル間の接続を動的に変更するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３９＞
前記ＰＶセルから廃熱を除去するように構成されたヒートシンクをさらに備える、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４０＞
前記ヒートシンクは、前記パワーレシーバの光学部品を位置決めするための基準面として機能する面を有する、請求項３９に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４１＞
第一側と、第二側と、前記第一側から前記第二側へと通る開口部とを含むヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記第一側と熱的に接触する集電デバイスと、
前記ヒートシンクの前記第二側に配置された電子部品と、
前記ヒートシンクの前記開口部内に配置された電気コネクタであって、前記電気コネクタは前記集電デバイスを前記電子部品に接続する、該電気コネクタと、を含むパワーレシーバ。
＜請求項４２＞
前記ヒートシンクは、熱伝導性材料から製造される、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４３＞
前記熱伝導性材料が、金属又はセラミックである、請求項４２に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４４＞
前記集電デバイスは、光起電力（ＰＶ）セルである、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４５＞
前記ヒートシンクが、冷却流体の循環のために構成された内部チャネルを含む、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４６＞
前記ヒートシンクが蒸気チャンバを含む、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４７＞
前記ヒートシンクが前記第一側から前記第二側へと通る複数の開口部を含み、前記パワーレシーバが、前記ヒートシンクの前記開口部と共に配置された複数の電気コネクタをさらに備える、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４８＞
前記ヒートシンクの前記第一側に取り付けられた複数の集電デバイスをさらに備え、前記複数の電気コネクタは、前記複数の集電デバイスのそれぞれひとつを前記ヒートシンクの前記第二側に取り付けられた前記電子部品に接続する、請求項４７に記載のパワーレシーバ。
下記は、本願の出願当初に記載の発明である。
＜請求項１＞
支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割され、各電圧グループは選択された出力電圧及び出力電流を有する、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、
前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される、該電気配線と、を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループの前記ＰＶセルは前記支持面上で互いに不連続になるように配置され、
前記複数の電圧グループは５％未満の電流ミスマッチを示し、
ここで、電流ミスマッチは、前記レシーバがパワービームにさらされたときの、最大出力電流と最小出力電流との差を平均出力電流で割ったものとして定義される、パワーレシーバ。
＜請求項２＞
前記パワービームは、レーザーパワービームである、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３＞
前記パワービームは、実質的にガウシアンビームプロファイルを有する、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４＞
前記パワービームは、スーパーガウシアンビームプロファイルを有する、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項５＞
前記電流ミスマッチが４％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項６＞
前記電流ミスマッチが３％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項７＞
前記電流ミスマッチが２％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項８＞
前記電流ミスマッチが１％未満である、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項９＞
前記ＰＶセルは、矩形に配列される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１０＞
前記ＰＶセルは、正方形に配置される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１１＞
前記ＰＶセルは、角が切り取られた正方形に配置される、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１２＞
前記ＰＶアレイは、４つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１３＞
前記ＰＶアレイは、５つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１４＞
前記ＰＶアレイは、６つの電圧グループを含む、請求項１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１５＞
ＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割される、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、
前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される、該電気配線と、を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループの前記ＰＶセルは前記ＰＶアレイの第一軸に沿って繰り返しパターンで配置され、前記繰り返しパターンは前記ＰＶアレイの第二軸に沿ってオフセット値だけ互い違いに配置され、前記オフセット値は同じ電圧グループ内のＰＶセルが互いに隣接しないように選択される、パワーレシーバ。
＜請求項１６＞
前記ＰＶセルは前記第一軸に沿って１つ又は複数の隣接するＰＶセルに直列に接続され、各電圧グループに属するＰＶセルが、追加の配線によって並列に接続される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１７＞
前記追加の配線は、前記支持面内に配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１８＞
前記追加の配線は、前記支持面の後ろに配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項１９＞
前記追加の配線は、光を通過させて前記ＰＶセルに達することを可能にするように配置された開口を有する回路基板内に配置される、請求項１６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２０＞
前記ＰＶセルは、矩形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２１＞
前記ＰＶセルは、正方形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２２＞
前記ＰＶセルは、角が切り取られた正方形を形成するように配置される、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２３＞
前記ＰＶアレイは、４つの電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２４＞
前記ＰＶアレイは、５つの電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２５＞
前記ＰＶアレイは、６～１６個の電圧グループを含む、請求項１５に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２６＞
ＰＶアレイを形成するために支持面上に配置された複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、前記ＰＶセルは複数の電圧グループに分割される、該複数の光起電力（ＰＶ）セルと、
前記ＰＶセルを相互接続するための電気配線であって、前記配線は、
電圧グループ内の各ＰＶセルを並列に接続し、
各電圧グループを少なくとも１つの他の電圧グループに直列に接続するように構成される該電気配線と、を含むパワーレシーバであって、
各電圧グループは、前記電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．４未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、パワーレシーバ。
＜請求項２７＞
各電圧グループが、前記電圧グループ内のＰＶセルの位置から生成されるボロノイメッシュが１．３未満のメジアンボロノイセルアスペクト比を有するという特性を有する、請求項２６に記載のパワーレシーバ。
＜請求項２８＞
複数の光起電力（ＰＶ）セルであって、各ＰＶセルが、
電力への変換のために光を受け取るように構成された活性表面と、
カソードコネクタ及びアノードコネクタであって、前記ＰＶセルの前記活性表面が光に曝されたときに、それらの間に電圧を生成するように構成された、該カソードコネクタ及びアノードコネクタと、を有する、該複数の光起電力セルと、
前記カソードコネクタ及びアノードコネクタのうちの少なくとも１つに接続された回路基板であって、内部に複数の開口を有する該回路基板と、
前記回路基板を負荷に電気的に接続するように構成された出力コネクタと、を含むパワーレシーバであって、
各ＰＶセルは、前記回路基板内の前記複数の開口のうちの少なくとも１つを通過した光を受け取るように配置される、パワーレシーバ。
＜請求項２９＞
前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられたリフレクタをさらに備え、前記リフレクタは、前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３０＞
複数のリフレクタをさらに備え、各リフレクタは前記複数のうちの少なくとも１つのＰＶセルに関連付けられ、各リフレクタは前記少なくとも１つの関連付けられたＰＶセルの前記活性表面上に光を反射するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３１＞
前記複数のリフレクタの少なくともいくつかのメンバーは、前記回路基板の前記開口内に配置される、請求項３０に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３２＞
前記回路基板は、前記ＰＶセルの第一サブセットを並列に接続するように構成された配線を含む、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３３＞
前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された前記配線は、前記回路基板の第一層上に配置される、請求項３２に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３４＞
前記回路基板は前記ＰＶセルの第二サブセットを並列に接続するように構成された配線を含み、前記第二サブセット及び前記第一サブセットは共通のＰＶセルを有さない、請求項３２に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３５＞
前記ＰＶセルの前記第一サブセットを並列に接続するように構成された配線は前記回路基板の第一層上に配置され、
前記ＰＶセルの前記第二サブセットを並列に接続するように構成された配線は前記第一層とは異なる前記回路基板の第二層上に配置される、請求項３４に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３６＞
前記回路基板が、前記第一サブセットを前記第二サブセットに直列に接続し、それによって、前記第一サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第一電圧と、前記第二サブセットのＰＶセルのカソードコネクタとアノードコネクタとの間の第二電圧との合計にほぼ等しい電圧を生成するように構成された配線をさらに含む、請求項３４に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３７＞
前記複数のうちの異なるＰＶセル間の全ての電気接続は、前記回路基板内の配線を含む、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３８＞
前記回路基板は、異なるＰＶセル間の接続を動的に変更するように構成される、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項３９＞
前記ＰＶセルから廃熱を除去するように構成されたヒートシンクをさらに備える、請求項２８に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４０＞
前記ヒートシンクは、前記パワーレシーバの光学部品を位置決めするための基準面として機能する面を有する、請求項３９に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４１＞
第一側と、第二側と、前記第一側から前記第二側へと通る開口部とを含むヒートシンクと、
前記ヒートシンクの前記第一側と熱的に接触する集電デバイスと、
前記ヒートシンクの前記第二側に配置された電子部品と、
前記ヒートシンクの前記開口部内に配置された電気コネクタであって、前記電気コネクタは前記集電デバイスを前記電子部品に接続する、該電気コネクタと、を含むパワーレシーバ。
＜請求項４２＞
前記ヒートシンクは、熱伝導性材料から製造される、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４３＞
前記熱伝導性材料が、金属又はセラミックである、請求項４２に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４４＞
前記集電デバイスは、光起電力（ＰＶ）セルである、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４５＞
前記ヒートシンクが、冷却流体の循環のために構成された内部チャネルを含む、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４６＞
前記ヒートシンクが蒸気チャンバを含む、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４７＞
前記ヒートシンクが前記第一側から前記第二側へと通る複数の開口部を含み、前記パワーレシーバが、前記ヒートシンクの前記開口部と共に配置された複数の電気コネクタをさらに備える、請求項４１に記載のパワーレシーバ。
＜請求項４８＞
前記ヒートシンクの前記第一側に取り付けられた複数の集電デバイスをさらに備え、前記複数の電気コネクタは、前記複数の集電デバイスのそれぞれひとつを前記ヒートシンクの前記第二側に取り付けられた前記電子部品に接続する、請求項４７に記載のパワーレシーバ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4(a)】
【図4(b)】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図8】
【図9(a)】
【図9(b)】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【国際調査報告】