JP2015522215A - Solar power generation system without bypass diode - Google Patents
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Abstract
バイパスダイオードがないソーラーパネルを含む太陽光発電システムが、本明細書に説明される。ソーラーパネルは、複数の光起電サブモジュールを含み、複数の光起電サブモジュール内の光起電サブモジュールのうちの少なくとも２つは、並列に電気的に接続される。光起電サブモジュールは、電気的に接続された光電池の複数の群を含み、群のうちの少なくとも２つは、直列に電気的に接続される。光起電群は、光電池の複数のストリングを含み、光電池のストリングは、直列に電気的に接続された複数の光電池を備える。光電池のストリングは、並列に電気的に接続され、光電池は、マイクロシステム対応光電池である。A photovoltaic system including a solar panel without a bypass diode is described herein. The solar panel includes a plurality of photovoltaic submodules, and at least two of the photovoltaic submodules in the plurality of photovoltaic submodules are electrically connected in parallel. The photovoltaic sub-module includes a plurality of groups of electrically connected photovoltaic cells, at least two of the groups being electrically connected in series. The photovoltaic group includes a plurality of strings of photovoltaic cells, the string of photovoltaic cells comprising a plurality of photovoltaic cells electrically connected in series. The strings of photovoltaic cells are electrically connected in parallel, and the photovoltaic cells are microsystem compatible photovoltaic cells.
Description
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１２年７月６日に出願された、「ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＰＯＷＥＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＲＥＥ ＯＦ ＢＹＰＡＳＳ ＤＩＯＤＥＳ」という題名の米国特許出願第１３／５４３，２９７号に対して優先権を主張する。上記出願の全部は、参照することによって本明細書において援用される。
(Cross-reference to related applications)
This application claims priority to US patent application Ser. No. 13 / 543,297, filed July 6, 2012, entitled “PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM FREE OF BYPASS DIODES”. All of the above applications are incorporated herein by reference.
（政府権利の声明）
本発明は、Ｓａｎｄｉａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎと米国エネルギー省との間の規約ＤＥ−ＡＣ０４−９４ＡＬ８５０００のもとで開発された。米国政府は、本発明に特定の権利を有する。
(Statement of government rights)
The present invention was developed under the contract DE-AC04-94AL85000 between the Sandia Corporation and the US Department of Energy. The US government has certain rights in the invention.
（背景）
電力を発生させるための化石燃料の利用とともに、そのような化石燃料の非再生可能な性質に関する環境懸念は、代替エネルギー源に対する需要を高めつつある。再生可能なエネルギー資源を利用する例示的電力システムとして、とりわけ、太陽光発電システム、風力発電システム、水力発電システム、地熱発電システムが挙げられる。
(background)
Along with the use of fossil fuels to generate electricity, environmental concerns regarding the non-renewable nature of such fossil fuels are increasing the demand for alternative energy sources. Exemplary power systems that utilize renewable energy resources include, among others, solar power systems, wind power systems, hydropower systems, and geothermal power systems.
従来の太陽光発電システムは、特に、電力を住居に提供するために利用されるものは、複数の比較的に大型のシリコン光電池（例えば、約６インチ×６インチ）を備える、ソーラーパネルを含む。例えば、単一ソーラーパネルは、約７２個の電池を含むことができる。太陽電池は、太陽電池において受信される特定の波長の太陽放射の量にかかわらず、ほぼ一定である、ある電圧（例えば、シリコン電池の場合、０．６ボルト）を出力するように製造され、ソーラーパネルが約４０ボルトを生産するように、ソーラーパネル内で直列に電気的に接続される。典型的住居用ソーラーシステムは、いくつかのソーラーパネル（例えば、５−１０）を含み、パネルは、直列に電気的に接続され、それによって、数百個の電池が直列に電気的に接続され、集合的に、個々の電池の電圧の和にほぼ等しい電圧を出力する結果をもたらす。しかしながら、太陽電池およびパネルが、直列に電気的に配列されるとき、電流は、ソーラーパネルのそれぞれ内の電池のそれぞれにわたって等しくなければならないことに留意されたい。 Conventional photovoltaic systems, particularly those utilized to provide power to a residence, include a solar panel that includes a plurality of relatively large silicon photovoltaic cells (eg, about 6 inches × 6 inches). . For example, a single solar panel can include about 72 batteries. A solar cell is manufactured to output a certain voltage (eg, 0.6 volts for a silicon cell) that is approximately constant regardless of the amount of solar radiation of a particular wavelength received at the solar cell, It is electrically connected in series within the solar panel so that the solar panel produces about 40 volts. A typical residential solar system includes several solar panels (eg, 5-10), which are electrically connected in series, whereby hundreds of batteries are electrically connected in series. Collectively, the result is to output a voltage approximately equal to the sum of the voltages of the individual cells. However, it should be noted that when solar cells and panels are electrically arranged in series, the current must be equal across each of the cells within each of the solar panels.
光電池の電流は、電池に入射する光に比例するため、直列接続のうちの１個の電池が、低光レベルを受光する場合、直列接続全体が、低電流を有する。したがって、いくつかのソーラーパネルを含む、典型的太陽光発電システム構成は、１個の電池または電池の一部が低光レベル（例えば、影のため）を有するとき、深刻な電流減少（および、電力出力減少）を被り得る。多くの場合、太陽光発電システムが、住居または他の建物上に据え付けられるとき、木または他の障害物が、近傍に存在し得、故に、モジュールの少なくとも一部の影が、頻繁に生じ得る。 Since the current of the photovoltaic cell is proportional to the light incident on the cell, if one cell in the series connection receives a low light level, the entire series connection has a low current. Thus, a typical photovoltaic system configuration, including several solar panels, can cause severe current reduction (and when a battery or part of a battery has a low light level (eg, due to shadows) Power output reduction). In many cases, when a photovoltaic system is installed on a residence or other building, trees or other obstacles may be present in the vicinity, and thus shadows of at least some of the modules may occur frequently. .
影があるパターンで太陽光発電システムにわたって生じるとき、保護電気デバイスが設置されない限り、太陽電池は、深刻に損傷され得る。例えば、単一太陽電池が、障害物によって遮光され、太陽光発電システム内の全ての他の電池が照明される場合、単一電池は、他の電池によって発生される電流を支持するために逆方向絶縁破壊に駆動され得る。現在の太陽光発電設備では、電池電流は、約５アンペアであり、シリコン電池は、電池を生産するために使用される電池設計および製造技法に応じて、約６０ボルト以上の絶縁破壊電圧を有する。絶縁破壊は、大型の電池にわたって均一プロセスではないため、比較的に大きな電流（５アンペア）および比較的に大きな電力（１００ワット以上）は、短絡または開状態のいずれかにおいて、デバイスに故障を生じさせ、不適切な動作および恒久的損傷を電池、パネル、および／または設備に生じさせ得る。 When a shadowed pattern occurs across a photovoltaic system, the solar cell can be severely damaged unless a protective electrical device is installed. For example, if a single solar cell is shaded by an obstacle and all other cells in the photovoltaic system are illuminated, the single cell is reversed to support the current generated by the other cells. Can be driven to directional breakdown. In current photovoltaic installations, the battery current is about 5 amps, and silicon batteries have a breakdown voltage of about 60 volts or more, depending on the battery design and manufacturing technique used to produce the battery. . Since breakdown is not a uniform process across large batteries, a relatively large current (5 amperes) and a relatively large power (above 100 watts) will cause the device to fail in either a short circuit or open state. And cause improper operation and permanent damage to batteries, panels, and / or equipment.
太陽光発電設備内の光電池が、逆方向絶縁破壊に駆動されないように防止するために、バイパスダイオードが、電池にわたって選択的に位置付けられ、それによって、光電流を伴わない電池からの電流を迂回させ、そのような電池が絶縁破壊領域に入らないように防止する。しかしながら、バイパスダイオードの利用は、太陽光発電設備内の空間を消耗し、比較的に高価であり、ソーラーパネルの組立時間を増加させる。さらに、バイパスダイオードの使用は、各バイパスダイオードが、通常、パネル内の電池の３分の１を保護するため、過剰な電力生産損失をもたらし得る（例えば、通常、パネル内に３個のバイパスダイオードが存在する）。したがって、１個の電池が遮光される場合、バイパスダイオードによって被覆される電池の全てからの電力生産が、喪失されるであろう。 In order to prevent the photovoltaic cells in the photovoltaic installation from being driven by reverse breakdown, bypass diodes are selectively positioned across the cells, thereby diverting current from the cells without photocurrent. , Prevent such batteries from entering the breakdown region. However, the use of the bypass diode consumes space in the photovoltaic power generation facility, is relatively expensive, and increases the assembly time of the solar panel. In addition, the use of bypass diodes can result in excessive power production losses because each bypass diode typically protects one third of the cells in the panel (eg, typically three bypass diodes in the panel). Exist). Thus, if one battery is shaded, power production from all of the batteries covered by the bypass diode will be lost.
（要約）
以下は、本明細書により詳細に説明される、主題の簡単な概要である。本概要は、請求項の範囲に関する限定として意図されない。
(wrap up)
The following is a brief summary of the subject matter described in more detail herein. This summary is not intended as a limitation on the scope of the claims.
本明細書に説明されるのは、太陽光発電システムに関する種々の技術である。より具体的には、任意のバイパスダイオードがない太陽光発電システムが、本明細書に説明される。例示的実施形態では、太陽光発電システムは、複数の光起電サブモジュールから成る、少なくとも１個のソーラーパネル（また、モジュールとも称される）を含むことができる。各光起電サブモジュールは、５０ボルト〜２０００ボルトの動作電圧および複数のパネルを有することができ、したがって、並列に電気的に配列されることができる。ソーラーパネルの公称動作電圧は、概して、２００ボルト〜５００ボルトの範囲内であり、これは、米国では、現在の１日の規制限度が６００ボルトであるため、実質的に、従来の市販のインバータに最適であるが、添付の請求項は、そのような規制限度によって限定されない。さらに、例示的実施形態では、光起電サブモジュールは、３０ｃｍ未満の幅および３０ｃｍ未満の長さであることができるが、他のサイズのサブモジュールも、想定される。ソーラーパネル内の光起電サブモジュールの並列配列は、特定のサブモジュールまたはサブモジュールのセットが影を被るとき、比較的に大量の電力がそのようなサブモジュールのうちの１つにわたって消散されないように防止することを促進する。 Described herein are various techniques related to photovoltaic systems. More specifically, a photovoltaic system without any bypass diode is described herein. In an exemplary embodiment, a photovoltaic system can include at least one solar panel (also referred to as a module) that consists of a plurality of photovoltaic sub-modules. Each photovoltaic sub-module can have an operating voltage between 50 volts and 2000 volts and a plurality of panels, and thus can be electrically arranged in parallel. The nominal operating voltage of solar panels is generally in the range of 200 volts to 500 volts, which is substantially lower than conventional commercial inverters in the United States because the current daily regulatory limit is 600 volts. However, the appended claims are not limited by such regulatory limits. Further, in an exemplary embodiment, the photovoltaic submodule can be less than 30 cm wide and less than 30 cm long, although other sized submodules are also envisioned. A parallel arrangement of photovoltaic sub-modules in a solar panel ensures that a relatively large amount of power is not dissipated across one of such sub-modules when a particular sub-module or set of sub-modules is shaded To prevent it.
別の例示的実施形態では、各光起電サブモジュールは、接続された電池の複数の群を備えることができ、各群は、２ボルト〜３ボルトを出力するように構成され、群の少なくともサブセットは、直列に電気的に接続される。光起電モジュール内の接続された電池の各群は、光電池の複数のストリングを備えることができ、光電池のストリングは、並列に電気的に接続される。各光電池のストリングは、直列に電気的に接続される、複数の光電池を含むことができる。ソーラーパネル内の光電池の本直列／並列／直列／並列配列は、その電池が偶然遮光される（一方、ソーラーパネル内の他の電池は、照明される）とき、比較的に大量の電流が任意の単一光電池を通して駆動されないように防止することを促進する。 In another exemplary embodiment, each photovoltaic sub-module can comprise a plurality of groups of connected batteries, each group configured to output 2 volts to 3 volts, and at least one of the groups The subsets are electrically connected in series. Each group of connected cells in the photovoltaic module can comprise a plurality of strings of photovoltaic cells, the strings of photovoltaic cells being electrically connected in parallel. Each photovoltaic string can include a plurality of photovoltaic cells electrically connected in series. This series / parallel / series / parallel arrangement of photovoltaic cells in a solar panel allows a relatively large amount of current to be arbitrary when the cell is accidentally shielded (while other cells in the solar panel are illuminated) To prevent it from being driven through a single photovoltaic cell.
ある実施例によると、ソーラーパネルを構築するために利用される光電池は、０．３ボルト〜２．０ボルトの動作電圧を有するように構成される、マイクロシステム対応光電池であることができる。所与のソーラーパネル内に含まれ得る比較的に多数の電池（例えば、３０，０００個を超える電池）のため、ソーラーパネル上のほぼ任意の潜在的影パターンに対して、単一電池にわたって消散され得る電力の量は、電池が逆方向絶縁破壊において動作している場合でも、任意の所与の電池に損傷を生じさせないであろう。故に、本明細書に説明されるソーラーパネルは、そのような電池のうちの１つ以上が逆方向絶縁破壊において動作しているとき、ソーラーパネル内の電池が損傷されないことを確実にするために従来採用されている、バイパスダイオードを含む必要がない。これは、本明細書に説明されるソーラーパネル内において、単一電池にわたる電力消散が、そのような電池が絶縁破壊にある場合でも、電池を損傷させるであろう閾値を超えないためである。すなわち、電池は、ソーラーパネル内の任意の電池に指向され得る電流の量が比較的に小さいため、損傷を持続することなく、無期限に逆方向絶縁破壊において動作し続けることができる。 According to one embodiment, the photovoltaic cell utilized to construct the solar panel can be a microsystem capable photovoltaic cell that is configured to have an operating voltage of 0.3 volts to 2.0 volts. Because of the relatively large number of cells that can be included in a given solar panel (eg, more than 30,000 cells), it dissipates across a single cell for almost any potential shadow pattern on the solar panel The amount of power that can be done will not cause damage to any given battery, even if the battery is operating in reverse breakdown. Therefore, the solar panels described herein are intended to ensure that the batteries in the solar panel are not damaged when one or more of such batteries are operating in reverse breakdown. There is no need to include a bypass diode, which is conventionally employed. This is because within the solar panels described herein, power dissipation across a single cell does not exceed a threshold that would damage the cell even if such a cell is at breakdown. That is, the battery can continue to operate in reverse breakdown indefinitely without sustaining damage because the amount of current that can be directed to any battery in the solar panel is relatively small.
前述のように、ソーラーパネル内の光電池は、マイクロシステム対応電池であることができる。ある実施例によると、そのような電池は、ガリウムヒ素電池、インジウムガリウムリン電池、またはインジウムガリウムヒ素電池等のＩＩＩ−Ｖ電池であることができる。他の例示的実施形態では、光電池は、シリコン電池を備えることができる。さらに他の実施形態では、光電池は、ゲルマニウム光電池を備えることができる。さらに別の例示的実施形態によると、ソーラーパネルは、多接合光電池を備えることができ、各多接合光電池は、異なるバンドギャップの複数の光電池を備えることができる。ある実施例によると、多接合光電池内の各光電池は、多接合光電池の動作電圧が、その中の個別のマイクロシステム対応光電池の動作電圧の和に等しいように、直列に一体的に電気的に接続されることができる。別の例示的実施形態では、個々のタイプの光電池は、選択的に、直列および並列に配列されることができ、直列に電気的に配列されるいくつかの光電池は、所望の出力または中間電圧に依存し得る。 As described above, the photovoltaic cell in the solar panel can be a microsystem compatible battery. According to certain embodiments, such a battery can be a III-V battery, such as a gallium arsenide battery, an indium gallium phosphide battery, or an indium gallium arsenide battery. In other exemplary embodiments, the photovoltaic cell can comprise a silicon cell. In still other embodiments, the photovoltaic cell can comprise a germanium photovoltaic cell. According to yet another exemplary embodiment, the solar panel can comprise a multi-junction photovoltaic cell, and each multi-junction photovoltaic cell can comprise a plurality of photovoltaic cells of different band gaps. According to one embodiment, each photovoltaic cell in the multi-junction photovoltaic cell is electrically connected integrally in series such that the operating voltage of the multi-junction photovoltaic cell is equal to the sum of the operating voltages of the individual microsystem-capable photovoltaic cells therein. Can be connected. In another exemplary embodiment, the individual types of photovoltaic cells can optionally be arranged in series and in parallel, with some photovoltaic cells arranged in series having a desired output or intermediate voltage. Can depend on.
他の側面も、添付の図および説明の熟読および理解によって理解されるであろう。 Other aspects will be appreciated upon reading and understanding of the accompanying figures and descriptions.
（詳細な説明）
ここで太陽光発電システムに関する種々の技術が、図面を参照して説明されるが、類似参照番号は、全体を通して、類似要素を表す。加えて、本明細書で使用されるように、用語「例示的」は、何らかの例証または実施例としての役割を果たすことを意味することを意図し、選好を示すことを意図するものではない。
(Detailed explanation)
Various techniques related to photovoltaic systems will now be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals represent like elements throughout. In addition, as used herein, the term “exemplary” is intended to mean serving as an illustration or example and is not intended to indicate a preference.
ここで図１を参照すると、任意のバイパスダイオードがない例示的ソーラーパネル１００が、図示される。例示的実施形態では、ソーラーパネル１００は、１メートル〜２メートルの長さおよび０．５メートル〜１．５メートルの幅であることができる。さらに、ソーラーパネル１００は、２００ボルト〜３００ボルトを出力するように構成されるが、他の実施形態では、ソーラーパネル１００は、最大２０００ボルトを出力するように構成されることができる。特定の実施例によると、ソーラーパネル１００は、２４０ボルトを出力するように構成されることができる。しかしながら、当業者によって理解されるであろうように、ソーラーパネル１００によって出力され得る電圧の量は、ソーラーパネル１００が採用される用途に依存し得、２００〜３００ボルトの範囲を上回るまたは下回り得る。 Referring now to FIG. 1, an exemplary solar panel 100 without any bypass diode is illustrated. In an exemplary embodiment, the solar panel 100 can be 1 meter to 2 meters long and 0.5 meters to 1.5 meters wide. Furthermore, although the solar panel 100 is configured to output 200 volts to 300 volts, in other embodiments, the solar panel 100 can be configured to output up to 2000 volts. According to a particular embodiment, the solar panel 100 can be configured to output 240 volts. However, as will be appreciated by those skilled in the art, the amount of voltage that can be output by the solar panel 100 may depend on the application in which the solar panel 100 is employed and may be above or below the range of 200-300 volts. .
ソーラーパネル１００は、複数の光起電サブモジュール１０２−１４８を備える。ソーラーパネル１００は、２４個の光起電サブモジュールを含むように示されるが、ソーラーパネル１００は、ソーラーパネル１００が採用される用途、ソーラーパネル１００を取り付けるために利用可能な空間量、ならびにソーラーパネル１００内の光起電サブモジュール１０２−１４８の配列に応じて、より多いまたは少ない光起電サブモジュールを含んでもよいことを理解されたい。 The solar panel 100 includes a plurality of photovoltaic submodules 102-148. Although the solar panel 100 is shown to include 24 photovoltaic submodules, the solar panel 100 can be used in applications where the solar panel 100 is employed, the amount of space available for mounting the solar panel 100, and solar. It should be understood that more or fewer photovoltaic submodules may be included depending on the arrangement of photovoltaic submodules 102-148 within panel 100.
例示的実施形態では、光起電サブモジュール１０２−１４８は、相互に並列に電気的に接続されることができる。したがって、光起電サブモジュールはそれぞれ、ほぼ同一の電圧（例えば、２００〜６００ボルト）を出力することができる。別の例示的実施形態では、光起電サブモジュール１０２−１４８はそれぞれ、並列に電気的に接続されるのではなく、光起電サブモジュール１０２−１４８の少なくともサブセットは、電力管理集積回路に接続されることができ、そのような集積回路は、そこに電気的に接続される光起電サブモジュール１０２−１４８のサブセットから生産される電力から生じる、所望の電圧および／または電流レベルを出力するように構成されることができる。例えば、ソーラーパネル１００は、光起電サブモジュール１０２−１４８のそれぞれに直接接続される、単一集積回路を含むことができる。電力管理集積回路は、次いで、最終電力量が、所定の所望のレベル（電圧および電流）となるようにソーラーパネル１００によって出力させることができる。別の例示的配列では、光起電サブモジュールのサブセットは、並列に連結されることができ、そのようなサブセットは、電力管理集積回路に接続されることができる。例えば、光起電サブモジュールの第１のサブセットは、並列に電気的に接続され得る、光起電サブモジュール１０２、１０４、１０６、および１０８を含むことができる。同様に、光起電サブモジュールの第２のサブセットは、並列に電気的に接続され得る、光起電サブモジュール１１０、１１２、１１４、および１１６を含むことができる。光起電サブモジュールの第１のサブセットおよび光起電サブモジュールの第２のサブセットは、次いで、電力管理を行い、所望の量の電力をソーラーパネル１００によって出力させる、集積回路に接続されてもよい。他の配列もまた、想定され、添付の請求項の範囲内にあると意図される。 In the exemplary embodiment, photovoltaic sub-modules 102-148 can be electrically connected in parallel with each other. Thus, each of the photovoltaic submodules can output substantially the same voltage (eg, 200-600 volts). In another exemplary embodiment, the photovoltaic submodules 102-148 are not each electrically connected in parallel, but at least a subset of the photovoltaic submodules 102-148 are connected to the power management integrated circuit Such an integrated circuit outputs a desired voltage and / or current level resulting from power produced from a subset of photovoltaic sub-modules 102-148 electrically connected thereto. Can be configured as follows. For example, the solar panel 100 can include a single integrated circuit that is directly connected to each of the photovoltaic sub-modules 102-148. The power management integrated circuit can then be output by the solar panel 100 such that the final amount of power is at a predetermined desired level (voltage and current). In another exemplary arrangement, subsets of photovoltaic sub-modules can be coupled in parallel, and such subsets can be connected to a power management integrated circuit. For example, a first subset of photovoltaic sub-modules can include photovoltaic sub-modules 102, 104, 106, and 108 that can be electrically connected in parallel. Similarly, the second subset of photovoltaic sub-modules can include photovoltaic sub-modules 110, 112, 114, and 116 that can be electrically connected in parallel. The first subset of photovoltaic submodules and the second subset of photovoltaic submodules may then be connected to an integrated circuit that performs power management and causes the solar panel 100 to output a desired amount of power. Good. Other arrangements are also envisioned and are intended to be within the scope of the appended claims.
並列におけるソーラーパネル１００内の光起電サブモジュール１０２−１４８の少なくともいくつかの配列は、光起電サブモジュール内の１つ以上の光電池が逆方向絶縁破壊において動作しているとき、光起電サブモジュール（または、その中の電池）のいずれかが損傷される潜在性を効果的に低下させる。光起電サブモジュール１０２−１４８の少なくともいくつかは、並列に電気的に配列されるため、光起電サブモジュール１０２−１４８のうちの少なくとも１つが遮光されるとき、モジュール間の電流整合は、生じる必要がない。これは、光起電サブモジュールの任意の１つにわたって消散され得る電力の量を効果的に削減し、それによって、そのようなサブモジュールの少なくとも一部が遮光されるとき、ソーラーパネル１００内の光起電サブモジュールへの損傷のリスクを低下させる。故に、ソーラーパネル１００は、バイパスダイオードを欠いている。 At least some arrangements of photovoltaic sub-modules 102-148 in solar panel 100 in parallel can be used when one or more photovoltaic cells in the photovoltaic sub-module are operating in reverse breakdown. Effectively reduces the potential for damage to any of the submodules (or batteries therein). Since at least some of the photovoltaic submodules 102-148 are electrically arranged in parallel, when at least one of the photovoltaic submodules 102-148 is shielded, current matching between the modules is There is no need to occur. This effectively reduces the amount of power that can be dissipated across any one of the photovoltaic sub-modules, so that at least a portion of such sub-modules are shielded from light in the solar panel 100. Reduce the risk of damage to the photovoltaic submodule. Therefore, the solar panel 100 lacks a bypass diode.
ここで図２を参照すると、ソーラーパネル１００内に含まれ得る、例示的光起電サブモジュール２００が、図示される。ある実施例によると、光起電サブモジュール２００のサイズは、１０センチメートル〜３０センチメートルの長さおよび１０センチメートル〜３０センチメートルの幅であることができる。光起電サブモジュール２００は、電気的に接続された光電池の複数の群２０２−２４０を備え、群２０２−２４０は、直列に電気的に接続される。光起電サブモジュール２００は、２０個の群を含むように示されるが、光起電サブモジュール２００内の群の数および配列は、光起電サブモジュール２００によって出力される所望の電圧に依存し得ることを理解されたい。さらに、光起電サブモジュール２００は、ソーラーパネルの限定的物理的サブ要素であるように示されるが、光起電サブモジュールは、ソーラーパネル内の電池を接続するために採用される回路によって画定され得ることを理解されたい。両配列は、添付の請求項の範囲内にあると意図される。 Referring now to FIG. 2, an exemplary photovoltaic submodule 200 that can be included within the solar panel 100 is illustrated. According to one embodiment, the size of the photovoltaic sub-module 200 can be 10 centimeters to 30 centimeters long and 10 centimeters to 30 centimeters wide. The photovoltaic sub-module 200 comprises a plurality of electrically connected photovoltaic cell groups 202-240, which are electrically connected in series. Although the photovoltaic submodule 200 is shown to include 20 groups, the number and arrangement of groups within the photovoltaic submodule 200 depends on the desired voltage output by the photovoltaic submodule 200. Please understand that you can. Furthermore, although the photovoltaic submodule 200 is shown to be a limited physical subelement of a solar panel, the photovoltaic submodule is defined by the circuitry employed to connect the cells in the solar panel. It should be understood that this can be done. Both arrangements are intended to be within the scope of the appended claims.
ある実施例によると、光起電サブモジュール２００は、約１００個の群を備えることができ、群はそれぞれ、一貫した電圧、例えば、約２．４ボルトを出力するように構成される。そのような実施例では、光起電サブモジュール２００の所望の出力は、約２４０ボルトである。さらに、本明細書の実施例に示されるように、群のいくつかは、並列に接続されてもよい。例えば、光起電サブモジュール２００は、直列に接続される第１の複数の群および直列に接続される第２の複数の群を備えることができ、第１の複数の群および第２の複数の群は、並列に接続される。 According to one embodiment, the photovoltaic sub-module 200 can comprise about 100 groups, each of which is configured to output a consistent voltage, eg, about 2.4 volts. In such an embodiment, the desired output of the photovoltaic submodule 200 is about 240 volts. Further, as shown in the examples herein, some of the groups may be connected in parallel. For example, the photovoltaic sub-module 200 can comprise a first plurality of groups connected in series and a second plurality of groups connected in series, the first plurality of groups and the second plurality of groups. Are connected in parallel.
前述の実施例では、群２０２−２４０はそれぞれ、約２．４ボルトを出力するように構成される。群２０２−２４０のサブセットが、光起電サブモジュール２００内で遮光される場合でも、電圧出力が、それによって、比較的に低く、かつ群２０２−２４０を通して通過する電流が、比較的に低い（約数ミリアンペア）ため、群内の個々の電池が、逆方向絶縁破壊において動作しても、そのような群２０２−２４０（または、その中の電池）に損傷を被らせるには不十分な電力が群２０２−２４０にわたって消散される。故に、光起電サブモジュール２００は、群２０２−２４０のいずれかに接続される任意のバイパスダイオードを含む必要はない。 In the foregoing embodiment, groups 202-240 are each configured to output approximately 2.4 volts. Even if a subset of groups 202-240 are shielded in photovoltaic submodule 200, the voltage output is thereby relatively low and the current passing through groups 202-240 is relatively low ( Therefore, even if individual cells in a group operate in reverse breakdown, it is not sufficient to damage such a group 202-240 (or the cells therein) Power is dissipated across groups 202-240. Thus, the photovoltaic submodule 200 need not include any bypass diodes connected to any of the groups 202-240.
ここで図３を参照すると、光起電サブモジュール２００内の群２０２−２４０のうちの１つとして含まれ得る、例示的群３００が、図示される。群３００は、複数の光電池３０２−３３２を備える。ある実施例によると、光電池３０２−３３２は、マイクロ加工概念を使用して構築される、比較的に薄く（１．０〜５０マイクロメートル厚）、小型の（側方に５０マイクロメートル〜１０ミリメートル）光電池である、マイクロシステム対応光電池であることができる。別の実施例では、光電池は、２センチメートルの長さ×２センチメートルの幅未満であることができる。例えば、参照することによって本明細書に組み込まれる、以下の参考文献は、マイクロ加工技法を使用して多数の光電池を備える、光起電モジュールの構築を説明する：Ｎｉｅｌｓｏｎ， ｅｔ ａｌ．， “Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ Ｃ−ＳＩ （Ｃ） ＰＶ Ｃｅｌｌｓ ｆｏｒ Ｌｏｗ−Ｃｏｓｔ Ｐｏｗｅｒ”， ３４ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｊｕｎｅ ７−１０ ２００９， Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ， ＰＡ， ９７８−１−４２４４−２９５０／９０、およびＮｉｅｌｓｏｎ， ｅｔ ａｌ．， “Ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ ＰＶ Ｃｅｌｌｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ＰＶ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，” ２４ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２１−２５， ２００９， Ｈａｍｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ ３−９３６３３８−２５−６。概略すると、そのような参考文献は、統合されたマイクロ光学レンズを伴う、ある太陽光集光システムについて説明しており、さらに、１０％を超える効率で、シリコン（Ｓｉ）およびガリウムヒ素（ＧａＡｓ）中でエピタキシャルリフトオフ法を使用して加工された比較的に薄い電池について説明している。 Referring now to FIG. 3, an exemplary group 300 that may be included as one of the groups 202-240 within the photovoltaic submodule 200 is illustrated. Group 300 includes a plurality of photovoltaic cells 302-332. According to one embodiment, the photovoltaic cells 302-332 are constructed using a microfabrication concept and are relatively thin (1.0-50 micrometers thick) and small (50 micrometers to 10 millimeters on the side). ) Photocells can be microsystem compatible photovoltaic cells. In another example, the photovoltaic cell can be less than 2 centimeters long by 2 centimeters wide. For example, the following references, incorporated herein by reference, describe the construction of photovoltaic modules comprising a large number of photovoltaic cells using microfabrication techniques: Nielson, et al. , “Microscale C-SI (C) PV Cells for Low-Cost Power”, 34 th IEEE Photovoltaic Conference, June 7-10 2009, Philadelphia, PA, 978-1904, et al. . , “Microscale PV Cells for Concentrated PV Applications,” 24 th European Photovoltaic Solar Energy Conference, September 21-25, 2009, Hamburg 38, Hamburg 63, Hamburg 63, Hamburg 63, Hamburg 63 In summary, such references describe certain solar light collection systems with integrated micro-optic lenses, and with silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs) with an efficiency of over 10%. A relatively thin battery fabricated using the epitaxial lift-off method is described therein.
故に、光電池３０２−３３２は、Ｓｉ電池、ＧａＡｓ電池、および／またはインジウムガリウムリン（Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）（ＩｎＧａＰ）電池である、またはそれを含むことができる。したがって、光電池３０２−３３２のうちの少なくとも１つは、ＩＩＩ−Ｖ光電池であることができることを理解されたい。加えて、または代替として、光電池３０２−３３２は、少なくとも１個のゲルマニウム（Ｇｅ）光電池を含むことができる。なおもさらに、光電池３０２−３３２は、異なるバンドギャップを伴う異なるタイプの光電池の層を含む、多接合電池であることができる、またはその中に含まれてもよい。その間の誘電層に対して異質に統合する（例えば、垂直に積層する）異なる電池タイプは、高性能多接合電池をもたらすことができ、光起電パネルの設計者は、モノリシック電池の格子整合および直列接続制約から解放される。 Thus, the photovoltaic cells 302-332 can be or include a Si cell, a GaAs cell, and / or an indium gallium phosphide (InGaP) cell. Thus, it should be understood that at least one of the photovoltaic cells 302-332 can be a III-V photovoltaic cell. Additionally or alternatively, the photovoltaic cells 302-332 can include at least one germanium (Ge) photovoltaic cell. Still further, the photovoltaic cells 302-332 can be or be included in a multi-junction cell that includes layers of different types of photovoltaic cells with different band gaps. Different battery types that integrate heterogeneously (eg, vertically stacked) with respect to the dielectric layers in between can provide high performance multi-junction batteries, and photovoltaic panel designers can achieve monolithic battery lattice matching and Freed from serial connection constraints.
例示的実施形態では、光電池３０２−３３２はそれぞれ、多接合電池であることができ、多接合電池毎に、層が、一体的に接続される。これは、比較的に少量の空間内で直列に電気的に接続される光電池のストリングを効果的に作成する。別の例示的実施形態では、本明細書に示されるように、多接合電池内の電池は、一体的に接続されなくてもよい。さらに別の例示的実施形態では、光電池３０２−３３２は、同一のタイプ（シリコン）であることができる。光電池の他の配列もまた、想定される。 In the exemplary embodiment, each of the photovoltaic cells 302-332 can be a multi-junction cell, and the layers are connected together for each multi-junction cell. This effectively creates a string of photovoltaic cells that are electrically connected in series in a relatively small amount of space. In another exemplary embodiment, as shown herein, the batteries in a multi-junction battery may not be connected together. In yet another exemplary embodiment, the photovoltaic cells 302-332 can be of the same type (silicon). Other arrangements of photovoltaic cells are also envisioned.
例示的実施形態では、サブモジュール３００は、第１の光電池のストリング３３４、第２の光電池のストリング３３６、第３の光電池のストリング３３８、および第４の光電池のストリング３４０を備えることができる。第１の光電池のストリング３３４は、直列に電気的に接続される光電池３０２−３０８を備える。同様に、第２の光電池のストリング３３６は、直列に電気的に接続される光電池３１０−３１６を備える。第３の光電池のストリング３３８は、直列に電気的に接続される光電池３１８−３２４を備え、第４の光電池のストリング３４０は、直列に電気的に接続される光電池３２６−３３２を備える。第１の光電池のストリング３３４、第２の光電池のストリング３３６、第３の光電池のストリング３３８、および第４の光電池のストリング３４０は、並列に電気的に接続される。 In the exemplary embodiment, the sub-module 300 may comprise a first photovoltaic string 334, a second photovoltaic string 336, a third photovoltaic string 338, and a fourth photovoltaic string 340. The first photovoltaic string 334 includes photovoltaic cells 302-308 that are electrically connected in series. Similarly, the second photovoltaic string 336 comprises photovoltaic cells 310-316 that are electrically connected in series. The third photovoltaic string 338 includes photovoltaic cells 318-324 that are electrically connected in series, and the fourth photovoltaic string 340 includes photovoltaic cells 326-332 that are electrically connected in series. The first photovoltaic string 334, the second photovoltaic string 336, the third photovoltaic string 338, and the fourth photovoltaic string 340 are electrically connected in parallel.
当業者によって理解されるであろうように、異なるタイプの光電池は、異なる動作電圧を有する。例えば、光電池３０２−３３２が、Ｇｅ電池である場合、動作電圧は、約０．３ボルトであってもよい。光電池３０２−３３２が、Ｓｉ電池である場合、動作電圧は、約０．６ボルトであってもよい。光電池３０２−３３２が、ＧａＡｓ電池である場合、動作電圧は、約０．９ボルトであってもよく、光電池３０２−３３２が、ＩｎＧａＰ電池である場合、動作電圧は、約１．３ボルトであってもよい。ある実施例によると、光電池３０２−３３２は、Ｓｉ電池であることができる。そのような実施例では、光電池のストリング３３４−３４０はそれぞれ、出力約２．４ボルト（コモン電圧）を出力し、したがって、群３００の出力は、約２．４ボルトである。この場合、ストリング３３４、３３６、３３８、および３４０は、異なる電池タイプに対して、異なる数の電池を有し、コモン電圧に近似させる。例えば、例示的実施形態では、第１の光電池のストリング３３４は、８個のゲルマニウム電池（８ｘ０．３＝２．４）を含むことができ、第２の光電池のストリング３３６は、４個のシリコン電池（４ｘ０．６＝２．４）を含むことができ、第３の光電池のストリング３３８は、３個のＧａＡｓ電池（３ｘ０．９＝２．７）を含むことができ、第４の光電池のストリング３４０は、２個のＩｎＧａＰ電池（２ｘ１．３＝２．６）を含むことができる。わずかな電圧不整合は、容認可能であり、所望に応じて、より多い数の電池およびより高い電圧が、より精密な電圧整合を提供するために使用されることができる。前述の別の実施形態では、電力管理回路は、独立して、異なる電池タイプの直列接続によって発生される電圧をコモン電圧にブーストするために使用されることができる。ソーラーパネル１００の所望の出力が、約２４０ボルトである場合、光起電サブモジュール２００は、直列に電気的に接続される１００個の群３００を含むことができる。したがって、ソーラーパネル１００内の各サブモジュール１０２−１４８は、約２４０ボルトを出力し、ソーラーパネル１００の出力は、したがって、約２４０ボルトである。 As will be appreciated by those skilled in the art, different types of photovoltaic cells have different operating voltages. For example, if the photovoltaic cells 302-332 are Ge cells, the operating voltage may be about 0.3 volts. If the photovoltaic cells 302-332 are Si cells, the operating voltage may be about 0.6 volts. If the photovoltaic cells 302-332 are GaAs cells, the operating voltage may be about 0.9 volts, and if the photovoltaic cells 302-332 are InGaP cells, the operating voltage is about 1.3 volts. May be. According to one embodiment, the photovoltaic cells 302-332 can be Si cells. In such an embodiment, each of the photovoltaic strings 334-340 outputs an output of about 2.4 volts (common voltage), and thus the output of the group 300 is about 2.4 volts. In this case, strings 334, 336, 338, and 340 have different numbers of batteries for different battery types and approximate the common voltage. For example, in an exemplary embodiment, the first photovoltaic cell string 334 may include eight germanium cells (8 × 0.3 = 2.4), and the second photovoltaic cell string 336 includes four silicon cells. The third photovoltaic cell string 338 can include three GaAs cells (3 × 0.9 = 2.7), and the fourth photovoltaic cell's string 338 can include four cells (4 × 0.6 = 2.4). The string 340 can include two InGaP batteries (2 × 1.3 = 2.6). Slight voltage mismatch is acceptable and, if desired, a greater number of batteries and higher voltages can be used to provide a more precise voltage match. In another embodiment described above, the power management circuit can be used independently to boost the voltage generated by the series connection of different battery types to a common voltage. If the desired output of the solar panel 100 is approximately 240 volts, the photovoltaic sub-module 200 can include 100 groups 300 that are electrically connected in series. Thus, each sub-module 102-148 in the solar panel 100 outputs approximately 240 volts, and the output of the solar panel 100 is therefore approximately 240 volts.
本実施例を使用すると、ソーラーパネル１００は、３８，４００個の電池を含む。ソーラーパネル１００の全体が照明されると、群のそれぞれ内の光電池３０２−３３２は、４ミリワットの電力を発生させる。マイクロシステム対応光電池の場合、単一電池にわたる電力約１００ミリワットは、そのような電池が逆方向絶縁破壊において動作している場合でも、損傷させない。１００ミリワットを超える電力は、本明細書に説明されるように、直列に／並列／直列／並列におけるソーラーパネル内の光電池、サブモジュール、およびモジュールの選択的配列のため、単一電池にわたって生じる可能性は低い。そのような例示的配列およびマイクロシステム対応光電池の利用を前提として、前述の光電池から成るソーラーパネルは、ソーラーパネルの一部が影を被るときでも、個々の電池が損傷される可能性がないため、任意のバイパスダイオードをなくすことができることは、容易に明白である。 Using this embodiment, the solar panel 100 includes 38,400 batteries. When the entire solar panel 100 is illuminated, the photovoltaic cells 302-332 in each of the groups generate 4 milliwatts of power. For microsystem capable photovoltaic cells, about 100 milliwatts of power across a single cell will not be damaged even if such a cell is operating in reverse breakdown. Power above 100 milliwatts can occur across a single cell due to the selective arrangement of photovoltaic cells, submodules, and modules in a solar panel in series / parallel / series / parallel as described herein The nature is low. Given such an exemplary arrangement and the use of microsystem-compatible photovoltaic cells, solar panels comprised of the aforementioned photovoltaic cells are not susceptible to damage to individual cells even when a portion of the solar panel is shaded. It is readily apparent that any bypass diode can be eliminated.
ここで図４を参照すると、ソーラーパネル１００内に光起電サブモジュール１０２−１４８のうちの１つとして含まれ得る、例示的光起電サブモジュール４００が、図示される。ある実施例によると、光起電サブモジュール４００は、各多接合光電池が複数の光電池を備えるように、複数の多接合光電池を備えることができる。前述のように、各多接合光電池は、Ｓｉ光電池およびＩＩＩ−Ｖ光電池を備えることができる。より具体的実施例では、各多接合光電池は、Ｇｅ光電池、Ｓｉ光電池、ＧａＡｓ光電池、およびＩｎＧａＰ光電池を備えることができる。 Referring now to FIG. 4, an exemplary photovoltaic submodule 400 that can be included as one of the photovoltaic submodules 102-148 within the solar panel 100 is illustrated. According to one embodiment, the photovoltaic sub-module 400 can comprise a plurality of multi-junction photovoltaic cells, such that each multi-junction photovoltaic cell comprises a plurality of photovoltaic cells. As described above, each multi-junction photovoltaic cell can comprise a Si photovoltaic cell and a III-V photovoltaic cell. In more specific examples, each multi-junction photovoltaic cell can comprise a Ge photovoltaic cell, a Si photovoltaic cell, a GaAs photovoltaic cell, and an InGaP photovoltaic cell.
例示的光起電サブモジュール４００は、７２個の多接合光電池を備え、多接合光電池はそれぞれ、Ｇｅ電池、Ｓｉ電池、ＧａＡｓ電池、およびＩｎＧａＰ電池を備える。これらの異なる電池は、相互に隣接してレイアウトされるように示される。しかしながら、そのようなレイアウトは、説明の目的のためのものである。前述のように、多接合電池内の電池は、相互の上に積層される。別の例示的実施形態では、電池は、隣り合った構成に設置されることができる（例えば、スペクトル拡散光学が使用される場合）。 The exemplary photovoltaic sub-module 400 includes 72 multi-junction photovoltaic cells, each of which includes a Ge cell, a Si cell, a GaAs cell, and an InGaP cell. These different batteries are shown to be laid out adjacent to each other. However, such a layout is for illustrative purposes. As described above, the batteries in the multi-junction battery are stacked on top of each other. In another exemplary embodiment, the batteries can be installed in side-by-side configurations (eg, when spread spectrum optics are used).
光起電モジュール４００は、類似中間（より高い）電圧に達するために直列に接続される異なる数の各電池タイプ（ストリングを作成する）を備える。これらのストリングは、並列に接続され、電流を効果的に追加することができる。ある実施例では、光起電モジュール４００によって出力される所望の中間電圧は、約１０ボルトであることができる。前述のように、Ｇｅ電池は、約０．３ボルトの動作電圧を有してもよく、Ｓｉ電池は、約０．６ボルトの動作電圧を有してもよく、ＧａＡｓ電池は、約０．９ボルトの動作電圧を有してもよく、ＩｎＧａＰ電池は、約１．３Ｖの動作電圧を有してもよい。したがって、光起電サブモジュール４００は、Ｇｅ電池４０２の第１のストリングおよびＧｅ電池４０４の第２のストリングを備えることができ、それぞれ、直列に電気的に接続される３６個の電池を備える。故に、Ｇｅ電池４０２の第１のストリングおよびＧｅ電池４０４の第２のストリングはそれぞれ、約１０．８Ｖを出力する。 The photovoltaic module 400 comprises a different number of each battery type (creating a string) connected in series to reach a similar intermediate (higher) voltage. These strings are connected in parallel and can effectively add current. In one embodiment, the desired intermediate voltage output by photovoltaic module 400 can be about 10 volts. As described above, Ge cells may have an operating voltage of about 0.3 volts, Si cells may have an operating voltage of about 0.6 volts, and GaAs cells have an operating voltage of about 0. It may have an operating voltage of 9 volts, and the InGaP battery may have an operating voltage of about 1.3V. Thus, the photovoltaic sub-module 400 can comprise a first string of Ge cells 402 and a second string of Ge cells 404, each comprising 36 cells that are electrically connected in series. Therefore, the first string of the Ge battery 402 and the second string of the Ge battery 404 each output about 10.8V.
例示的光起電サブモジュール４００はさらに、Ｓｉ電池４０６の第１のストリング、Ｓｉ電池４０８の第２のストリング、Ｓｉ電池４１０の第３のストリング、およびＳｉ電池４１２の第４のストリングを備える。Ｓｉ電池４０６−４１２のストリングはそれぞれ、直列に電気的に接続される１８個の電池を備えることができ、約１０．８ボルトを出力する各ストリングをもたらす。 The exemplary photovoltaic submodule 400 further comprises a first string of Si cells 406, a second string of Si cells 408, a third string of Si cells 410, and a fourth string of Si cells 412. Each string of Si cells 406-412 can comprise 18 cells electrically connected in series, resulting in each string outputting approximately 10.8 volts.
サブモジュール４００は、加えて、ＧａＡｓ電池４１４の第１のストリング、ＧａＡｓ電池４１６の第２のストリング、ＧａＡｓ電池４１８の第３のストリング、ＧａＡｓ電池４２０の第４のストリング、ＧａＡｓ電池４２２の第５のストリング、およびＧａＡｓ電池４２４の第６のストリングを備えることができる。ＧａＡｓ電池４１４−４２４のストリングはそれぞれ、直列に電気的に接続される１２個の電池を備えることができ、約１０．８ボルトを出力するＧａＡｓ電池の各ストリングをもたらす。 The submodule 400 additionally includes a first string of GaAs batteries 414, a second string of GaAs batteries 416, a third string of GaAs batteries 418, a fourth string of GaAs batteries 420, and a fifth string of GaAs batteries 422. And a sixth string of GaAs batteries 424. Each string of GaAs batteries 414-424 may comprise twelve batteries electrically connected in series, resulting in each string of GaAs batteries outputting approximately 10.8 volts.
さらに、サブモジュール４００はまた、ＩｎＧａＰ電池４２６の第１のストリング、ＩｎＧａＰ電池４２８の第２のストリング、ＩｎＧａＰ電池４３０の第３のストリング、ＩｎＧａＰ電池４３２の第４のストリング、ＩｎＧａＰ電池４３４の第５のストリング、ＩｎＧａＰ電池４３６の第６のストリング、ＩｎＧａＰ電池４３８の第７のストリング、ＩｎＧａＰ電池４４０の第８のストリング、ＩｎＧａＰ電池４４２の第９のストリングを備えることができる。ＩｎＧａＰ電池４２６−４４２のストリングはそれぞれ、直列に電気的に接続される８個の電池を備えることができ、約１０．４ボルトを出力するＩｎＧａＰ電池の各ストリングをもたらす。 Further, the sub-module 400 also includes a first string of InGaP batteries 426, a second string of InGaP batteries 428, a third string of InGaP batteries 430, a fourth string of InGaP batteries 432, and a fifth string of InGaP batteries 434. , A sixth string of InGaP battery 436, a seventh string of InGaP battery 438, an eighth string of InGaP battery 440, and a ninth string of InGaP battery 442. Each string of InGaP cells 426-442 can comprise eight cells electrically connected in series, resulting in each string of InGaP cells outputting approximately 10.4 volts.
前述から、電池の各ストリングの中間動作電圧は、約１０ボルトであることができることが確認され得る。さらに、異なる電池タイプのストリングによって出力される電圧は、同じではなく、したがって、サブモジュール４００によって出力される電圧は、電池のストリングによって出力される最低電圧となるであろうことが確認され得る。 From the foregoing, it can be confirmed that the intermediate operating voltage of each string of batteries can be about 10 volts. Further, it can be ascertained that the voltages output by different battery type strings are not the same, so the voltage output by sub-module 400 will be the lowest voltage output by the battery string.
１つのみのタイプの電池が、最初に、直列に接続されるため、サブモジュール４００内の他の電池から出力される電力は、あるタイプの電池対別のタイプの電池の出力に減少を生じさせるスペクトルシフトによって、比較的に影響されない。例えば、ある電池タイプからの電流の１０％減少は、どの電池の太陽熱入力が減少したかに応じて、１〜４．３％のアレイ電流の減少をもたらす。したがって、サブモジュール４００は、従来の光起電モジュールと比較して、不均衡様式において電池タイプの応答に影響する、スペクトルシフトからの出力電力減少をあまり被らない。 Since only one type of battery is initially connected in series, the power output from other batteries in sub-module 400 will cause a decrease in the output of one type of battery versus another type of battery. It is relatively unaffected by the resulting spectral shift. For example, a 10% reduction in current from a battery type results in a 1-4% reduction in array current, depending on which battery's solar thermal input is reduced. Thus, the sub-module 400 suffers less output power reduction from spectral shifts that affect the cell type response in an unbalanced manner compared to conventional photovoltaic modules.
再び、図１を参照すると、ソーラーパネル１００は、示されないが、そのようなソーラーパネル１００によって生産される電力の消費者によって所望される段階において、ソーラーパネル１００によって出力される電圧をＤＣからＡＣに変換する、インバータと関連付けられることができる。さらに、示されないが、ソーラーパネル１００は、太陽からの光をその中の光電池上に集光するように構成される、マイクロ集光光学を備えることができる。別の例示的実施形態では、電池タイプ間で精密な電圧整合を行うのではなく、マイクロ電子機器が、中間電圧を所望のレベル（モジュール１０２−１４８のそれぞれによって出力される電圧）にさせるために採用されることができる。したがって、光起電サブモジュールまたは群は、１つ以上のＤＣ／ＤＣコンバータ（マイクロ電力追跡電子機器を伴う）を備え、中間出力電圧をほぼ同等に、かつ動的に調節可能にさせることができる。さらに、光電池群は、電池または電池の配列によって出力されるＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換する、マイクロインバータを備えることができる。ソーラーパネル１００内の個々の電池は、比較的に小さいサイズであるため、ブースト変換および電力追跡のための種々のマイクロ電子デバイスを追加するために、電池、サブモジュール、または群間に十分な空間が存在する。 Referring again to FIG. 1, the solar panel 100 is not shown, but the voltage output by the solar panel 100 from DC to AC at a stage desired by a consumer of power produced by such a solar panel 100. Can be associated with an inverter. Further, although not shown, the solar panel 100 can include micro-collecting optics configured to collect light from the sun onto a photovoltaic cell therein. In another exemplary embodiment, rather than performing precise voltage matching between battery types, the microelectronics will cause the intermediate voltage to reach the desired level (the voltage output by each of the modules 102-148). Can be adopted. Thus, the photovoltaic sub-modules or groups can include one or more DC / DC converters (with micro power tracking electronics) to allow the intermediate output voltage to be approximately equally and dynamically adjustable. . Further, the photovoltaic cell group can include a micro inverter that converts a DC voltage output by a battery or an array of batteries into an AC voltage. Since the individual batteries in the solar panel 100 are relatively small in size, there is sufficient space between the batteries, submodules, or groups to add various microelectronic devices for boost conversion and power tracking. Exists.
ここで図５を参照すると、例示的異質（非モノリシック）統合された多接合光電池５００の切断図が、図示される。多接合光電池５００は、複数の光電池を備え、ＩｎＧａＰ電池５０８は、最初に、太陽から光を受光し、ＧａＡｓ電池５０６は、ＩｎＧａＰ電池５０８のすぐ隣に隣接し、Ｓｉ電池５０４は、ＧａＡｓ電池５０６のすぐ隣に隣接し、Ｇｅ電池５０２は、Ｓｉ電池５０４のすぐ隣に隣接する。他の配列も、発明者らによって想定され、添付の請求項の範囲内であることが意図されることを理解されたい。 Referring now to FIG. 5, a cut-away view of an exemplary heterogeneous (non-monolithic) integrated multi-junction photovoltaic cell 500 is illustrated. Multi-junction photovoltaic cell 500 comprises a plurality of photovoltaic cells, InGaP cell 508 initially receives light from the sun, GaAs cell 506 is immediately adjacent to InGaP cell 508, and Si cell 504 is a GaAs cell 506. The Ge battery 502 is immediately adjacent to the Si battery 504. It should be understood that other arrangements are contemplated by the inventors and are intended to be within the scope of the appended claims.
ソーラーパネル１００が有益に採用される例示的実施形態は、少なくとも部分的影が可能性として考えられる、任意の設備、例えば、木が近くにある建物の屋上、断続的に雲に覆われるエリア、航空交通に近接するエリア、および同等物を含む。加えて、本明細書に説明される特徴は、ソーラーパネル１００、その一部、または設備全体が、ソーラーパネル１００の少なくとも一部が、常時、影を被るような様式において、可撓性であり、湾曲される、適合される、または別様に非平面である設備内で有益である。そのような設備では、ソーラーパネルは、バイパスダイオードを含むソーラーパネル１００を伴わずに、所望の電圧を出力することができる。 An exemplary embodiment in which the solar panel 100 is beneficially employed is any facility where at least partial shadows are possible, such as the rooftop of a building near trees, an area that is intermittently covered by clouds, Includes areas close to air traffic, and the like. In addition, the features described herein are flexible in that the solar panel 100, a portion thereof, or the entire installation is in a manner such that at least a portion of the solar panel 100 is always shaded. Useful in equipment that is curved, fitted, or otherwise non-planar. In such an installation, the solar panel can output a desired voltage without the solar panel 100 including a bypass diode.
ここで図６−７を参照すると、種々の例示的方法論が、図示および説明される。方法論は、あるシーケンスで行われる一連の作用として説明されるが、方法論は、シーケンスの順序によって限定されないことを理解されたい。例えば、いくつかの作用は、本明細書に説明されるものと異なる順序で生じてもよい。加えて、作用は、別の作用と並行して生じてもよい。さらに、いくつかの事例では、全作用は、本明細書に説明される方法論を実装するために要求されなくてもよい。 Referring now to FIGS. 6-7, various exemplary methodologies are illustrated and described. Although a methodology is described as a sequence of actions performed in a sequence, it should be understood that a methodology is not limited by the sequence order. For example, some actions may occur in a different order than that described herein. In addition, the action may occur in parallel with another action. Further, in some cases, full action may not be required to implement the methodology described herein.
ここで図６を参照すると、バイパスダイオードがないソーラーパネルの作成を促進する、例示的方法論６００が、図示される。方法論６００は、６０２から開始し、６０４において、複数のマイクロシステム対応光電池が、受容される。例示的実施形態では、マイクロシステム対応光電池は、その背面に正および負両方の接点を有することができる。 Referring now to FIG. 6, an example methodology 600 that facilitates the creation of a solar panel without a bypass diode is illustrated. Methodology 600 begins at 602, where a plurality of microsystem capable photovoltaic cells are received. In an exemplary embodiment, the microsystem capable photovoltaic cell can have both positive and negative contacts on its backside.
６０６では、複数のマイクロシステム対応光電池は、電気的に接続され、光起電サブモジュールを作成することができ、光起電サブモジュールは、バイパスダイオードがない。前述のように、マイクロシステム対応光電池を通して進行する比較的に少量の電流は、そのような電池が影を被るとき、逆方向絶縁破壊において動作しているときでも、任意の個々の光電池が損傷されないことを確実にする。 At 606, a plurality of microsystem-compatible photovoltaic cells can be electrically connected to create a photovoltaic submodule that does not have a bypass diode. As mentioned above, the relatively small amount of current traveling through the microsystem capable photovoltaic cell does not damage any individual photovoltaic cell, even when operating in reverse breakdown, when such a cell is shaded. Make sure.
６０８では、複数の光起電サブモジュールは、電気的に接続され、ソーラーパネルを作成する。光起電サブモジュールは、マイクロシステム対応光電池から成るため、ソーラーパネルは、バイパスダイオードをなくすことができる。しかしながら、ソーラーパネルは、例示的実施形態では、電力管理集積回路が、少なくとも部分的に、個別の光起電サブモジュールによって出力される電圧に基づいて、電力を出力し得るように、ソーラーパネル内に光起電サブモジュールに電気的に接続された電力管理集積回路を含むことができる。別の実施形態では、電力管理集積回路は、光電池のストリングが、電力管理集積回路に電気的に接続され、サブモジュールの出力が、集積回路に接続される個別の群によって出力される電圧に基づくように、群と接続して設置されることができる。方法論６００は、６１０において完了する。 At 608, the plurality of photovoltaic submodules are electrically connected to create a solar panel. Since the photovoltaic sub-module consists of microsystem compatible photovoltaic cells, the solar panel can eliminate the bypass diode. However, the solar panel, in the exemplary embodiment, can be powered within the solar panel so that the power management integrated circuit can output power based at least in part on the voltage output by the individual photovoltaic sub-modules. A power management integrated circuit electrically connected to the photovoltaic submodule. In another embodiment, the power management integrated circuit is based on a voltage in which a string of photovoltaic cells is electrically connected to the power management integrated circuit and the output of the submodule is output by a separate group connected to the integrated circuit. As such, it can be installed in connection with the group. Methodology 600 is completed at 610.
ここで図７を参照すると、バイパスダイオードを欠いているソーラーパネルを作成するための別の例示的方法論７００が、図示される。方法論７００は、７０２から開始し、７０４において、複数の光起電サブモジュールが、受容される。 Referring now to FIG. 7, another exemplary methodology 700 for creating a solar panel that lacks a bypass diode is illustrated. Methodology 700 begins at 702 where a plurality of photovoltaic sub-modules are received.
７０６において、光起電サブモジュールは、電気的に接続され、ソーラーパネルを生成し、光起電サブモジュールの少なくともサブセットは、並列に電気的に接続され、ソーラーパネルは、バイパスダイオードがない。方法論７００は、７０８において完了する。 At 706, the photovoltaic sub-modules are electrically connected to produce a solar panel, at least a subset of the photovoltaic sub-modules are electrically connected in parallel, and the solar panel is free of bypass diodes. Methodology 700 is completed at 708.
いくつかの実施例が、説明の目的のために提供されたことに留意されたい。これらの実施例は、添付の請求項の限定として解釈されるべきではない。加えて、本明細書に提供される実施例は、並べ替えられてもよく、依然として、請求項の範囲下にあることを認識されたい。 It should be noted that some examples have been provided for illustrative purposes. These examples should not be construed as limiting the appended claims. In addition, it should be appreciated that the examples provided herein may be rearranged and still fall under the scope of the claims.
Claims (20)
前記光起電サブモジュールは、相互に電気接続する複数のマイクロシステム対応光電池を備え、前記複数のマイクロシステム対応光電池内の各マイクロシステム対応光電池は、わずか２センチメートルの高さおよび２センチメートルの幅のサイズであり、前記光起電サブモジュールは、任意のバイパスダイオードがない、光起電サブモジュール。 A photovoltaic sub-module,
The photovoltaic sub-module comprises a plurality of microsystem-compatible photovoltaic cells that are electrically connected to each other, each microsystem-compatible photovoltaic cell within the plurality of microsystem-compatible photovoltaic cells being only 2 centimeters high and 2 centimeters A photovoltaic sub-module that is the size of the width and the photovoltaic sub-module is free of any bypass diodes.
マイクロシステム対応光電池の第１のストリングと、
マイクロシステム対応光電池の第２のストリングであって、前記マイクロシステム対応光電池の第１のストリング内の電池は、直列に電気的に接続され、前記マイクロシステム対応光電池の第２のストリング内の電池は、直列に電気的に接続される、第２のストリングと、
前記マイクロシステム対応光電池の第１のストリングおよび前記マイクロシステム対応光電池の第２のストリングに電気的に接続された電力管理集積回路であって、前記電力管理集積回路は、少なくとも部分的に、前記マイクロシステム対応光電池の第１のストリングおよび前記マイクロシステム対応光電池の第２のストリングによって出力される電圧に基づいて、所定の量の電力を出力し、外部動作条件またはシステム動作コマンドに基づいて、動的に調節可能である、電力管理集積回路と
を備える、請求項１に記載の光起電サブモジュール。 And further comprising a first group, wherein the first group comprises:
A first string of microsystem compatible photovoltaic cells;
A second string of microsystem-compatible photovoltaic cells, wherein the cells in the first string of microsystem-compatible photovoltaic cells are electrically connected in series, and the batteries in the second string of microsystem-compatible photovoltaic cells are A second string electrically connected in series;
A power management integrated circuit electrically connected to a first string of microsystem-compatible photovoltaic cells and a second string of microsystem-compatible photovoltaic cells, wherein the power management integrated circuit is at least partially Based on the voltage output by the first string of system enabled photovoltaic cells and the second string of said microsystem enabled photovoltaic cells, outputs a predetermined amount of power and dynamically based on external operating conditions or system operating commands A photovoltaic sub-module according to claim 1, comprising a power management integrated circuit adjustable to the photovoltaic sub-module.
第１の光起電サブモジュールであって、前記第１の光起電サブモジュールは、第１の複数の光電池を備える、第１の光起電サブモジュールと、
第２の光起電サブモジュールであって、前記第２の光起電サブモジュールは、第２の複数の光電池を備え、前記第１の光起電サブモジュールおよび前記第２の光起電サブモジュールは、並列に電気的に接続され、前記ソーラーパネルは、任意のバイパスダイオードがない、第２の光起電サブモジュールと
を備える、ソーラーパネル。 A solar panel, the solar panel
A first photovoltaic submodule, wherein the first photovoltaic submodule comprises a first plurality of photovoltaic cells;
A second photovoltaic sub-module, wherein the second photovoltaic sub-module comprises a second plurality of photovoltaic cells, the first photovoltaic sub-module and the second photovoltaic sub-module A solar panel comprising: a module electrically connected in parallel, wherein the solar panel comprises a second photovoltaic sub-module without any bypass diode.
第１の光電池群を備え、前記第１の光電池群は、
マイクロシステム対応光電池の第１のストリングと、
マイクロシステム対応光電池の第２のストリングであって、前記マイクロシステム対応光電池の第１のストリング内の電池は、直列に電気的に接続され、前記マイクロシステム対応光電池の第２のストリング内の電池は、直列に電気的に接続され、前記マイクロシステム対応光電池の第１のストリングおよび前記マイクロシステム対応光電池の第２のストリングは、並列に電気的に接続される、第２のストリングと
を備える、請求項１５に記載のソーラーパネル。 The first photovoltaic submodule is:
A first photovoltaic cell group, wherein the first photovoltaic cell group comprises:
A first string of microsystem compatible photovoltaic cells;
A second string of microsystem-compatible photovoltaic cells, wherein the cells in the first string of microsystem-compatible photovoltaic cells are electrically connected in series, and the batteries in the second string of microsystem-compatible photovoltaic cells are A first string of the microsystem capable photovoltaic cells and a second string of the microsystem capable photovoltaic cells electrically connected in series, and a second string electrically connected in parallel. Item 16. The solar panel according to Item 15.
複数の光起電サブモジュールを備え、前記複数の光起電サブモジュールは、相互に並列に電気的に接続され、各光起電サブモジュールは、相互に直列に電気的に接続される複数のＩＩＩ−Ｖ光電池または相互に直列に電気的に接続される複数のシリコン電池のうちの少なくとも１つを備え、前記ソーラーパネルは、任意のバイパスダイオードがない、ソーラーパネル。 A solar panel, the solar panel
A plurality of photovoltaic submodules, wherein the plurality of photovoltaic submodules are electrically connected in parallel with each other, and each photovoltaic submodule is electrically connected in series with each other. A solar panel comprising at least one of a III-V photovoltaic cell or a plurality of silicon cells electrically connected in series with each other, the solar panel being free of any bypass diodes.
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