(57)【要約】      （修正有）【課題】建物の屋根上で用いてこの建物に電気エネルギーを供給する太陽電池パネル提供する。【解決手段】ソーラーパネル４００は、ベースタイル１００、複数の太陽電池タイル１０、接続システム２００、各太陽電池タイルに対して１または２以上の電気バイパス素子４２を含む。各太陽電池タイルは、電気的に一緒に接続された１または２以上の太陽電池セルを含み、太陽電池セル回路を形成する。接続システムは、ベースタイルによりまたはその上に支持されて、太陽電池タイルを２または３個以上の太陽電池タイルの群に電気的に一緒に接続し、また太陽電池タイルをベースタイルへと機械的に結合する。各バイパス素子は、太陽電池セルのセットの両端の出力電圧が所定の閾電圧より小さい場合に、太陽電池セルのセットにわたり太陽電池セル回路への電流経路を提供する。【選択図】図１
2010080916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池パネルであって、
ベースタイル；
複数の太陽電池タイル、ここで各太陽電池タイルは、電気的に接続されて太陽電池セル回路を形成する１または２個以上の太陽電池セルを含み；
前記ベースタイル上に支持された接続システム、ここで該接続システムは、太陽電池タイルを電気的に接続して２または３個以上の太陽電池タイルの群とし、および太陽電池タイルを前記ベースタイルに機械的に結合し、該接続システムはまた、前記ベースタイルと隣接するベースタイルとの電気的結合を容易にするよう構成されており；および
太陽電池セル回路内の１または２個以上の太陽電池セルのセットにわたって分路する少なくとも１つのバイパス素子、ここで該バイパス素子は、太陽電池セルのセットの両端の出力電圧が所定の閾電圧より小さい場合に、太陽電池セルのセットを通る太陽電池セル回路に対して、電流路を提供する、
を含む、前記太陽電池パネル。
【請求項２】
接続システムが、
太陽電池タイルを結合する自由端を各々が有する、複数の導電ポスト；および
前記ポストを電気的に接続する複数の導電体、
を含む、請求項１に記載の太陽電池パネル。
【請求項３】
電気接続システムが第１電気コネクタおよび相補的第２電気コネクタを含み、ここで第１電気コネクタは最初のポストに接続された導電体の端部に結合され、第２電気コネクタは最後のポストに接続された導電体の端部に結合され、これによって１つの電気接続システムの第１電気コネクタを、第２電気接続システムの第２電気コネクタに電気的に接続することができて、第１および第２電気接続システムの間の電気的導通を提供する、請求項２に記載の太陽電池パネル。
【請求項４】
第１および第２電気コネクタの一方または両方にある程度の弾力性が備えられ、これにより一緒に結合された場合に、第１および第２電気コネクタの間に機械力が適用され、該機械力は、第１および第２電気コネクタの間の結合を維持するために作用する、請求項３に記載の太陽電池パネル。
【請求項５】
第１および第２電気コネクタが、互いにはめ合わされた場合に、可変長の相互接触面を形成するよう構成された、請求項４に記載の太陽電池パネル。
【請求項６】
各ポストの自由端に、太陽電池タイルへの機械的および電気的接続を可能とする取付具が設けられている、請求項２〜５のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項７】
取付具が、弾性状のまたは弾性的に支持された、複数の放射状に広がる突起を、ポストの自由端の周囲に形成されて含む、請求項６に記載の太陽電池パネル。
【請求項８】
取付具が、（ａ）ポストの自由端上に形成されたねじ山および該ねじ山にねじ付けるよう適合されたナット、または（ｂ）ポストの自由端内に形成されたねじ山および該ねじ山にねじ付けるよう適合されたねじまたはボルト、の組合せを含む、請求項６に記載の太陽電池パネル。
【請求項９】
導電体とポストが封入されて電気接続タイルを形成し、ここで各ポストの自由端がアクセス可能であって太陽電池タイルとの接続を容易にする、請求項２〜８のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１０】
各導電体が、複数のポストを接続する導電レールを含む、請求項２〜９のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１１】
各導電体が、回路基板上に１もしくは２本以上のワイヤ、または１つもしくは２つ以上の導電トラックを含む、請求項２〜９のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１２】
ワイヤまたはトラックが、ポストへのカスタム接続を可能とするよう構成されており、選択的接続構造を提供する、請求項１１に記載の太陽電池パネル。
【請求項１３】
ワイヤまたはトラックが、１つまたは２つ以上の第１電気デバイスまたは装置との間の直列接続を提供するよう構成された、請求項１２に記載の太陽電池パネル。
【請求項１４】
ベースタイルが成形用材料から製造され、接続システムが基板内に成形される、請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１５】
ベースタイルが、接続システムをその中に配置する空洞を規定するボトムシェルを含む、請求項２〜１３のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１６】
ベースタイルが、ポストと一直線上にある複数の穴を備えた、空洞の上に重なるトップシェルを含み、ここでポストは対応する穴へと伸びている、請求項１５に記載の太陽電池パネル。
【請求項１７】
ベースタイルが第１表面上に複数のマーカーを含み、各マーカーの配置は、ベースタイルを含む面に垂直な面内でマーカーを通る機械的締め具が、接続システムから隔てられるような位置である、請求項１〜１６のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１８】
ベースタイルが、隣接するベースタイル間に防水シールを提供するためのシーリングシステムを含む、請求項１〜１７のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項１９】
太陽電池タイルが、
第１の側を有するキャリヤタイル；および
キャリヤタイルに密封して取り付けられたカバープレート、該カバープレートは第１の側を有し、ここでキャリヤタイルとカバープレートは、カバープレートがキャリヤタイルにそれぞれの第１の側が互いに向き合って重なる場合に、その間に凹部を形成するように相対的に構成されて、１または２個以上の太陽電池セルが前記凹部の中に設置される、
を含む、請求項１〜１８のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項２０】
太陽電池タイルが、カバープレートを有する側から見た場合にスレート様の外観を有する、請求項１９に記載の太陽電池パネル。
【請求項２１】
キャリヤタイルが、スレート様の色のものである、請求項１９に記載の太陽電池パネル。
【請求項２２】
太陽電池セルが、スレート様の色のものである、請求項２１に記載の太陽電池パネル。
【請求項２３】
凹部が、キャリヤタイルの第１表面に形成される、請求項１９〜２２のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項２４】
カバープレートがキャリヤタイルと実質的に同じ設置面積を有し、そのためキャリヤタイルとカバープレートのそれぞれの縁が実質的に共通の終端である、請求項１９〜２３のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項２５】
カバープレートが、凹部内に設置される、請求項２３に記載の太陽電池パネル。
【請求項２６】
太陽電池タイルが、太陽電池タイルを接続システムにより電気的および機械的に結合するための、１または２個以上の貫通穴電気端子を含む、請求項１〜２５のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項２７】
各電気端子と１または２個以上の太陽電池セルとの間の電気接続を提供する電池導体をさらに含む、請求項２６に記載の太陽電池パネル。
【請求項２８】
電池導体がキャリヤタイル内に成形されて、少なくともその長さの一部が端子から伸びている、請求項２７に記載の太陽電池パネル。
【請求項２９】
各バイパス素子がスイッチ開閉装置を含む、請求項１〜２８のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【請求項３０】
少なくとも１つのバイパス素子がダイオードである、請求項２９に記載の太陽電池パネル。
【請求項３１】
少なくとも１つのダイオードが、０．７Ｖ以下の順電圧降下を有する、請求項３０に記載の太陽電池パネル。
【請求項３２】
少なくとも１つのスイッチ開閉装置が、アンチヒューズまたはトランジスタスイッチ開閉装置である、請求項２９に記載の太陽電池パネル。
【請求項３３】
少なくとも１つのダイオードが１または２個以上の太陽電池セルにわたって分路することにより、各ダイオードが、分路された１または２個以上の太陽電池セルにより逆バイアスされる、請求項３０または３１に記載の太陽電池パネル。
【請求項３４】
少なくとも１つのバイパス素子が熱的に絶縁されることにより、これからの漏れ電流が低減される、請求項１〜３３のいずれかに記載の太陽電池パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池パネルに関し、特に、建物の屋根上で用いてこの建物に電気エネルギーを供給する太陽電池パネルに関するが、これに限定はしない。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネルを用いて電気装置または蓄電装置に電力を供給することはよく知られている。当面の特定の用途に依存して、パネルはそれ自体独立しているか、または建物の屋根上に適用される。パネルが建物の屋根上に適用される場合、これらは一般に既存の屋根材の上に重ねることができる。
出願人は以前に、太陽エネルギーを電気に変換するための太陽電池タイルアセンブリーを発明した。この太陽電池タイルアセンブリーは屋根材としても機能できるように構成され、これにより、タイル、スレートおよび鉄などの伝統的な屋根材の代わりに用いることができる。
出願人の上記太陽電池タイルアセンブリーのさらなる詳細は、シンガポール特許出願第200716871-9号に提供されている。
【発明の概要】
【０００３】
１つの側面において、本発明は、以下を含む太陽電池パネルを提供する：
ベースタイル；
複数の太陽電池タイル、ここで各太陽電池タイルは、電気的に接続されて太陽電池セル回路を形成する１または２個以上の太陽電池セルを含み；
前記ベースタイル上に支持された接続システム、ここで該接続システムは、太陽電池タイルを電気的に接続して２または３個以上の太陽電池タイルの群とし、および太陽電池タイルを前記ベースタイルに機械的に結合し、該接続システムはまた、前記ベースタイルと隣接するベースタイルとの電気的結合を容易にするよう構成されており；および
太陽電池セル回路内の１または２個以上の太陽電池セルのセットにわたって分路する少なくとも１つのバイパス素子、ここで該バイパス素子は、太陽電池セルのセットの両端の出力電圧が所定の閾電圧より小さい場合に、太陽電池セルのセットを通る太陽電池セル回路に対して、電流路を提供する。
【０００４】
接続システムは、
太陽電池タイルを結合する自由端を各々が有する、複数の導電ポスト；および
前記ポストを電気的に接続する複数の導電体、
を含んでもよい。
接続システムは、第１電気コネクタおよび相補的第２電気コネクタを含んでよく、ここで第１電気コネクタは最初のポストに接続された導電体の端部に結合され、第２電気コネクタは最後のポストに接続された導電体の端部に結合され、これによって１つの電気接続システムの第１電気コネクタを、第２電気接続システムの第２電気コネクタに電気的に接続することができて、第１および第２電気接続システムの間の電気的導通を提供する。
【０００５】
第１および第２電気コネクタの一方または両方にある程度の弾力性を備えさせることができ、これにより一緒に結合された場合に、第１および第２電気コネクタの間に機械力が適用され、該機械力は、第１および第２電気コネクタの間の結合を維持するために作用する。
第１および第２電気コネクタはまた、互いにはめ合わされた場合に、可変長の相互接触面を形成するよう構成されてもよい。
各ポストの自由端には、太陽電池タイルへの機械的および電気的接続を可能とする取付具（fitting）が設けられてもよい。
【０００６】
取付具は、弾性状のまたは弾性的に支持された、複数の放射状に広がる突起を、ポストの自由端の周囲に形成されて含むことができる。
１つの代替態様において、取付具は、（ａ）ポストの自由端上に形成されたねじ山および該ねじ山にねじ付けるよう適合されたナット、または（ｂ）ポストの自由端内に形成されたねじ山および該ねじ山にねじ付けるよう適合されたねじまたはボルト、の組合せを含んでよい。
ソーラーパネルの１つの態様において、導電体とポストは封入されて電気接続タイルを形成し、ここで各ポストの自由端がアクセス可能であって、太陽電池タイルとの接続を容易にする。
【０００７】
接続システムの１つの形態において、各導電体は、複数のポストを接続する導電レールを含む。
しかし接続システムの代替形態においては、各導電体は、回路基板上に１もしくは２本以上のワイヤ、または１つもしくは２つ以上の導電トラックを含む。この形態において、ワイヤまたはトラックは、ポストへのカスタム接続を可能とするよう構成されている。例えばワイヤまたはトラックは、１つまたは２つ以上の第１電気デバイスまたは装置との間の直列接続を提供するよう構成することができる。
ベースタイルは成形用材料から製造されてよく、接続システムは基板内に成形される。
【０００８】
代替の態様において、ベースタイルは、接続システムをその中に配置する空洞を規定するボトムシェルを含んでよい。この態様において、ベースタイルは、ポストと一直線上にある複数の穴を備えた、空洞の上に重なるトップシェルを含み、ここでポストは対応する穴へと伸びている。
ベースタイルは第１表面上に複数のマーカーを含んでよく、各マーカーの配置は、ベースタイルを含む面に垂直な面内でマーカーを通る機械的締め具が、接続システムから隔てられるような位置である。
ベースタイルはまた、隣接するベースタイル間に防水シールを提供するためのシーリングシステムを含んでよい。
【０００９】
各太陽電池タイルは、
第１の側を有するキャリヤタイル；および
キャリヤタイルに密封して取り付けられたカバープレート、該カバープレートは第１の側を有し、ここでキャリヤタイルとカバープレートは、カバープレートがキャリヤタイルにそれぞれの第１の側が互いに向き合って重なる場合に、その間に凹部を形成するように相対的に構成されて、１または２個以上の太陽電池セルが前記凹部の中に設置される、
を含んでよい。
パネルの１つの形態において、太陽電池タイルは、カバープレートを有する側から見た場合にスレート様の外観を有してよい。
さらに、キャリヤタイルはスレート様の色のものであってよい。
太陽電池セルもまた、スレート様の色のものであってよい。
【００１０】
カバープレートはキャリヤタイルと実質的に同じ設置面積を有してよく、そのためキャリヤタイルとカバープレートのそれぞれの縁は、実質的に共通の終端である。
１つの態様において、凹部はキャリヤタイルの第１表面に形成されてよい。この態様において、カバープレートは凹部内に設置することができる。
太陽電池タイルは、太陽電池タイルを接続システムにより電気的および機械的に結合するための、１または２個以上の貫通穴電気端子を含んでよい。
【００１１】
太陽電池タイルは、各電気端子と１または２個以上の太陽電池セルとの間の電気接続を提供する電池導体（electrical cell conductor）をさらに含んでよい。
電池導体はキャリヤタイル内に成形されてよく、少なくともその長さの一部が端子から伸びている。
各バイパス素子は、スイッチ開閉装置を含む。
少なくとも１つのバイパス素子は、ダイオードであってよい。
少なくとも１つのダイオードは、０．７Ｖ以下の順電圧降下を有するよう選択される。
【００１２】
パネルの１つの形態において、少なくとも１つのスイッチ開閉装置は、アンチヒューズまたはトランジスタスイッチ開閉装置である。
少なくとも１つのダイオードが１または２個以上の太陽電池セルにわたって分路することにより、各ダイオードは、分路された１または２個以上の太陽電池セルにより逆バイアスされることができる。
少なくとも１つのバイパス素子は熱的に絶縁されてよく、そのためにこれからの漏れ電流が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の態様による太陽電池パネルの上からの部分的分解図である。
【図２】図２は、図１に示す太陽電池パネルに組み込まれたベースタイルの下からの分解図である。
【図３】図３は、太陽電池パネルを支持構造体に取り付ける方法を示す図である。
【図４】図４は、図３に示すベースタイルのＡＡの断面図である。
【００１４】
【図５】図５は、２つ並んだベースタイルの全体図である。
【図６】図６は、互いに連結される前の２つのベースタイルのコーナーの等角図である。
【図７】図７は、支持構造体に接続された２つのベースタイルの断面図である。
【図８】図８は、太陽電池パネルの側面図である。
【図９】図９は、太陽電池パネルのコーナーの拡大等角図である。
【００１５】
【図１０】図１０は、２つの太陽電池パネルを一緒に電気接続した場合に、太陽電池パネルに組み込まれる接続システムの１つの形状を示す図である。
【図１１】図１１は、接続システムのさらなる表示の図である。
【図１２】図１２は、太陽電池パネルの太陽電池タイルをベースタイルへ機械的に結合する接続システムの、取付具の１つの形状の拡大図である。
【図１３】図１３は、図１０および１１に示す接続システムの等価回路図である。
【００１６】
【図１４】図１４は、太陽電池パネルの太陽電池タイルをベースタイルへ機械的に結合する接続システムの、取付具の第２の形状の拡大図である。
【図１５】図１５は、太陽電池パネルの太陽電池タイルをベースタイルへ機械的に結合する接続システムの、取付具の第３の形状の拡大図である。
【図１６】図１６は、ベースタイルと、太陽電池パネルの太陽電池タイルをベースタイルへ機械的に結合するための、取付具の第４の形状を組み込んだ接続システムの、代替形状を示す図である。
【００１７】
【図１７】図１７は、図１６に示すベースタイルと接続システムの分解図である。
【図１８】図１８は、図１６および１７に示す接続システムの等価回路図である。
【図１９ａ】図１９ａは、太陽電池パネルに組み込まれた太陽電池タイルの１つの形状を示す図である。
【図１９ｂ】図１９ｂは、図１９ａに示す太陽電池タイルの分解図である。
【図１９ｃ】図１９ｃは、図１９ａおよび１９ｂに示す太陽電池タイルに組み込まれたキャリヤタイルの概略図である。
【００１８】
【図２０ａ】図２０ａは、太陽電池パネルに組み込まれた太陽電池タイルの第２の形状を示す図である。
【図２０ｂ】図２０ｂは、図２０ａに示すタイルの分解図である。
【図２０ｃ】図２０ｃは、図２０ａおよび２０ｂに示す太陽電池タイルに組み込まれたキャリヤタイルの概略図である。
【図２１】図２１は、複数の太陽電池パネルで被覆された屋根の一部を示す図である。
【００１９】
【図２２】図２２は、太陽電池タイルに組み込まれたシーリングシステムの１つの形状の断面図である。
【図２３】図２３は、太陽電池タイルに組み込まれたシーリングシステムの第２の形状の断面図である。
【図２４】図２４は、直列接続された太陽電池セルの３×３のマトリックスからなる太陽電池セル回路を有する、太陽電池タイルの斜視図である。
【図２５】図２５は、図２４の太陽電池セル回路の開回路電圧を、入射光から遮られた太陽電池セルの数の関数として表したグラフである。
【００２０】
【図２６】図２６は、試験回路に組み込まれた、図２４の太陽電池セル回路の回路図である。
【図２７】図２７は、太陽電池回路の１つの太陽電池セルを分路するバイパス素子の図である。
【図２８】図２８は、入射光から遮られ分路された太陽電池セルを有する、図２７の太陽電池セル回路の回路図である。
【図２９】図２９は、太陽電池回路の全ての太陽電池セルにわたって分路するバイパス素子の図である。
【図３０】図３０は、図２９に示す種類の分路された２つの太陽電池セル回路の直列接続を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、ソーラーパネル４００の１つの態様の概略図である。ソーラーパネル４００は、ベースタイル１００、複数の太陽電池タイル１０（図中には１つのみを示す）、接続システム２００、各太陽電池タイル１０に対して、１または２以上の電気バイパス素子４２を含む。さらに詳しくは、各太陽電池タイル１０は、一緒に電気的に接続されて太陽電池セル回路４０を形成する１または２以上の太陽電池セルを含む。接続システム２００は、ベースタイル１００によりまたはその上に支持されて、太陽電池タイル１０を２または３個以上の太陽電池タイルの群へと電気的に接続し、また太陽電池タイル１０をベースタイル１００に機械的に結合する。さらに、接続システムは、ベースタイル１００と隣接するベースタイルとの電気的結合を容易にするように構成される。少なくとも１つのバイパス素子４２は、太陽電池セル回路４０内の、１または２個以上の太陽電池セル１２のセットにわたり分路する。各バイパス素子４２は、太陽電池セルのセットの両端の出力電圧が所定の閾電圧より小さい場合に、太陽電池セル１２のセットを通る太陽電池セル回路４０に対して、電流路を提供する。以下にさらに詳細に説明するように、これは、個々のセル１２の電圧出力が低下した場合、これは例えば遮蔽効果（shadow effect）によって生じる可能性があるが、ソーラーパネル４００の電圧降下を低減させ、これにより高インピーダンスとしてまたは効果的な短絡として作用する。
【００２２】
パネル４００は、複数の隣接するパネル４００と接続することができて、電気出力の増加を提供する。パネル４００は、例えばアースされたフレーム（ground based frame）により支持されたアレイに配置してもよい。代替的に、パネルは建物の屋根に搭載して電力管理システムに接続することができ、建物内部の電気装置に電力を供給する。
太陽電池タイルの種々の要素について、以下にさらに詳細に説明する。
【００２３】
ベースタイル１００
図１〜９を参照すると、ベースタイル１００の１つの可能な形状は基板１０２を含み、これを有して電気接続システム２００を支持または保持する。接続システム２００については後でさらに詳細に説明するが、ここで簡単な説明を提供することにより、ベースタイル１００の構造および機能の理解を支援する。接続システム２００は、導電体２０２により一緒に接続された、複数の電気導電ポスト２０４を含む。各ポスト２０４は、基板１０２の第１表面１０４からアクセス可能な、またはこれを越えて伸びる、自由端２０６を有する。これにより、太陽電池タイル１０を一緒に電気的に接続することと、太陽電池タイル１０をベースタイル１００に機械的に結合することの両方が可能となり、容易となる。
【００２４】
この態様において、基板１０２は平らな底面１１２を有するボトムシェル１１０と、底面１１２の周りに広がる周壁１１４を含む。底面１１２および周壁１１４は、導体２０２が配置される空洞１１６を規定する。
随意に、空洞１１６を絶縁材料で充填してもよく、これによりベースタイルアセンブリー１１０全体の熱的絶縁を提供する。
【００２５】
基板１０２をボトムシェル１１０と共に形成する場合、これにはまた空洞１１６の上に重なるトップシェル１２０を設けてもよく、該トップシェル１２０は、ポスト２０４の自由端２０６が通り抜ける複数の穴１２２を備えている。トップシェル１２０の、空洞１１６と逆側の表面は、ベースタイル１００の第１表面１０４を形成する。トップシェル１２０はボトムシェル１１０に密封して取り付けられ、空洞１１６への水の浸入を防ぐ。これは、機械的なシール、シーラント、接着剤、または超音波溶接の使用により達成できる。基板１０２がプラスチック材料から作られている場合、超音波溶接の使用は特に好適である。
ベースタイル１００に一定の耐圧縮性を提供するために、空洞１１６に面したトップシェル１２０の表面１２４には、複数の従属脚（depending leg）または支柱１２６（図２および４参照）が設けられる。脚１２６は、トップシェル１２０がボトムシェル１１０に取り付けられた場合に、底面１１２を支える。
【００２６】
ボトムシェル１１０は、シェル１１０の相対する側に互いに平行に空洞１１６内に伸びる、２つの中実なベンチまたはストリップ１２８を備えている。ソーラーパネル４００が屋根ベースのエネルギーシステムにおけるように用いられる場合、ベースタイル１００は、厚いストリップ１２８を通して打ち込まれるくぎまたはねじ１３０などの機械的ファスナーにより、屋根の垂木３４８に固定してもよい。ユーザーが確実に、くぎまたはねじ１３０をストリップ１２８を通して打ち込むために、したがって電気接続システムを避けるために、トップシェル１２０は、各コーナーに１つずつ、４つのマーカー１３２を備えている。マーカー１３２は、第１表面１０４上に付けられた簡単な消えないマーク；凹部；または貫通穴の形状をとってよい。
【００２７】
ベースタイル１００は、隣接するベースタイル１００との間に防水シールを提供するための、タイルシーリングシステム１３４を備えている。図４〜７を特に参照すると、この態様におけるタイルシーリングシステム１３４は、ベースタイル１００の隣接する２つの側面に沿って走る、横方向に伸びるさね（tongue）１３６、および、ベースタイル１００の残り２つの側面に沿って走る、２つの長手方向の溝１３８を含む。さね１３６は、図４および図７にもっとも明確に示されるように、ボトムシェル１１０と一体化して形成される。ゴム製シーリングストリップ１４０は、各さね１３６に一部埋め込まれてその相対する側に存在する。各溝１３８は、ボトムシェル１１０とトップシェル１２０の間のスペースとして形成される。より具体的には、図４を参照すると、溝１３８は、１つの周壁１１４に形成された切込み１４２と、トップシェル１２０の張り出し部１４４との組合せとして形成されることがわかる。１つのベースタイルアセンブリーのさね１３６が、隣接するタイルアセンブリーの溝１３８に挿入されると、隣接するそれぞれのベースタイル１００の間に防水シールが形成される。
【００２８】
基板１０２およびより具体的にはボトムシェル１１０は、相対する周壁１１４にそって複数の穴１４６を備えており、隣接するベースタイル１００が一緒に結合された場合に、導電体２０２の間の電気的接続を可能とする。図８および図９は、溝１３８を含む周壁１１４に形成された穴１４６を示す。導体２０２の端は、穴１４６を通って伸びる。対応する穴は、ボトムシェル１１０の相対する側の周壁１１４に形成され、隣接するベースタイルの穴１４６と一直線となっている。したがって、２つのベースタイル１００が一緒に結合された場合、各タイル１００の接続システム２００もまた、電気的に一緒に結合される。
【００２９】
接続システム２００
図１０〜１２は接続システム２００の１つの形状を示し、ここで導電体は、複数の導電ポスト２０４が接続されたレール２０２の形状をとる。この態様において、各レール２０２は、正方形断面の金属管またはロッドの一般形状である。ポスト２０４はレール２０２に垂直で、互いに平行に伸びている。各ポスト２０４はレール２０２に、短い横リンク２０５によって結合される。１つの態様において、ポスト２０４をリンク２０５に溶接、蝋付けまたははんだ付けし、該リンクはレール２０２と一体的に形成してもよい。代替的に、リンク２０５は別に形成して、続いてレール２０２に取り付けてもよい。さらなる変形において、ポスト２０４は、リンク２０５への接続用の取り外し可能なカップリングを備えることも可能である。さらなる変形において、レール２０２およびポスト２０４は、一体的に形成してもよい。
【００３０】
レール２０２の相対する端における雄コネクタ２０８および雌コネクタ２１０は、相補的なコネクタの１形態を構成し、これは、接続システム２００において用いられて、隣接するレール２０２との電気的接続を可能とする。この態様において、雄コネクタ２０８は、レール２０２の１端において２つのスプリングアーム２１２の形状をとり、一方雌コネクタ２１０は、レール２０２の反対側において、単純な穴２１４の形状である。スプリングアーム２１２と穴２１４は、スプリングアーム２１２が穴２１４に挿入された場合に一定の弾力を提供して機械的バイアス力を適用するよう、相対的に構成される。これは、隣接するレール２０２の間に機械的および電気的結合の両方を提供するように作用する。
【００３１】
多数の異なる種類の電気コネクタの構造を、各導電（レール）２０２の相対する側に提供することができる。例えば、スプリングアーム２１２は、バナナプラグ型のコネクタに置き換えてもよい。代替的に、コネクタ２０８は、穴２１４の内部表面に接触する１または２個以上のスプリング接触ボールを備えていてもよい。実際、穴２１４の内部表面はまた、対応するスプリングボールを受けるための相補的形状の凹部を備えることもできる。これにより、スナップ型の取付具が提供される。
【００３２】
図１、４および１０に示す接続システム２００において、レール２０２は対で並べられる。これにより、対におけるそれぞれのレールが、名目上の正のレール（nominal positive rail）および名目上の負のレール（nominal negative rail）として作用することができる。さらに、上述の図および図３に示すように、各対におけるレール２０２は、それらそれぞれのポスト２０４がレール２０２に平行な方向に交互に配置されるように、およびさらに詳しくは相互に整列して、並べられる。例えば図３を参照すると、これはベースタイル１００の表面１０４の上に伸びるポスト２０４の自由端２０６を示し、底部の列２０１の各第２自由端２０６ａは、同じレール２０２に接続され、ポスト２０６ｂの各交互の対が、レール対における他のレールに結合される。したがって、太陽電池タイル１０がベースタイル１００に搭載された場合、タイル１０の端子２８および３０は、レール対の異なるレール２０２のポスト２０４に電気的に結合される。
【００３３】
図１３（差し当たり擬似接続２６０を無視する）は、接続システム２００の等価回路を示し、ここで太陽電池タイル１０は４．５Ｖ源１０ｍとしてモデル化されている。各対のレール２０２は、接続されたタイル１０に平行接続を提供する。したがって１つのベースタイル１００は、平行接続されたタイル１０の３つの独立した「バンク」を提供する。１つのベースタイルのレールの対は、隣接するベースタイル１００のレールの対応する対に接続される。これは、ベースタイル１００に沿ってタイル１０の延長された平行接続を提供する。しかし、マイナーな変形において、接続システムを修正して、各ベースタイル１００内の３つの対のレールの間に直列接続を提供することもでき、こうして平行接続タイル１０の３つのバンクの直列接続を提供する（これは、同じ１つのベースタイル１００に全てのタイル１０が互いに平行に一緒に接続されたものに等しい）。これを、図１３の擬似接続２６０により示す。
【００３４】
接続システム２００において、図４、６、８、および１０〜１２に示すように、各ポスト２０４の自由端２０６はベースタイル１００の第１表面１０４の上に伸びている。自由端２０６は取付具２１６を備えており、太陽電池タイル１０の電気的接続および機械的結合を可能とする。太陽電池タイル１０は貫通穴端子２８および３０を備えている。太陽電池タイル１０の構造を、後にさらに詳細に記載する。
【００３５】
取付具２１６の４つの異なる形状をこの明細書に記載するが、しかし当業者は、本明細書に記載の態様と同じ機能を実行する取付具２１６の任意の他の特定の構造もまた、当然ながら本発明の他の態様に用いることができることを理解する。
【００３６】
フィンまたはバーブ２１８の形状の、複数の弾性状のまたは弾性的に支持されて放射状に広がる突起を含む、取付具の１つの形状を、図４、６および１０〜１２に示す。ここで、４つのフィン２１８が、ポスト２０２の自由端２０６の周りに均等に配置されているのがわかる。各フィンは丸い上肩部２２０を有して形成され、ポスト２０４の外側にバイアスされたばねである。すなわち、フィン２１８はばねバイアスに抗して放射の内側方向に動くことができて、自由端２０６が、例えば貫通穴端子２８を通り抜けることを可能とする。自由端２０６が一度コネクタ２８を通り抜けると、フィン２１８はばねの作用により放射状に外側に伸び、これらの下側表面が圧迫して端子２８との電気的接触を作る。
【００３７】
フィン２１８はまた、太陽電池タイル１０をベースタイル１００上に保持するための機械的結合を提供する。太陽電池タイル１０をポスト２０４から機械的に分離するためには、フィン２１８をばねに抗して放射方向内側に押して、全体で端部の内径より小さい直径の円を取り囲む程度にまでしなければならない。
弾性キャップ２２２は自由端２０６の上端にフィットして、上に重なる太陽電池タイル１０にある程度の緩衝材を提供する。
【００３８】
図１４は取付具２１６ｂの第２の形状を示し、これは、ポスト２０４の自由端２０６のまわりに形成されたねじ山２２４と、ねじ山２２４にねじ付けることができるねじ山付きキャップ２２６の組合せを含む。キャップ２２６は導電材料から作る。１つの変形において、水の浸入および取付具２１６ｂと端子２８の両方の腐食を最小限にするために、ナット２２６は、貫通穴付きでなく、止まり穴付きで形成してもよい。
【００３９】
さらなる変形または修正において、ナット２２６はキャップ２２８に組み込まれるかまたは保持されてもよい。１つの形態において、キャップ２２８は透明または半透明のプラスチック材料で作られてもよい。これは、取り付け者がナット２２６とポスト２０４を整列させるのを支援することができる。Ｏリング状の防水シールも、キャップ２２８の底面に組み込むことができ、端子２８に対するシールを形成して水の浸入を防ぎ、したがって端子２８と取り付け具２１６ｂの腐食のリスクを最小化する。代替的に、キャップ２２８全体を弾性材料で形成してもよい。
【００４０】
図１５は取付具２１６ｃのさらなる変形を示す。この態様において、取付具２１６ｃは、自由端２０６の反対側から伸びる放射状に伸びたばね２３０と、ばね２３０の上に間隔を有して広がる１対の導電フィンガー２３２の組合せを含む。フィンガー２３２は弾性的に支持されており、これによって放射状に内側に撥ねることができて、貫通穴端子２８を通り抜けることが可能である。したがって、太陽電池タイル１０を取り付け具２１６ｃを備えたポスト２０４に結合するには、太陽電池タイル１０を自由端２０６上に押し付けるとフィンガー２３２は内側に撥ねる。ばね２３０はこのプロセス中、下向きに曲げられる。タイル１０が押し下げられて、フィンガー２３２が端子２８を過ぎると、ばねは端子２８の内径を超えるまで外向きに解放される。ばね２３０は太陽電池タイル１０の下側にバイアスを適用し、これによってフィンガー２３２と端子２８の電気的接触を維持することを支援する。
【００４１】
図１６、１７および１８は、取付具２１６ｄについての代替形状と、対応するベースタイル１００ａおよび接続システム２００ａの代替形状を示す。取付具２１６ｄは、各ポスト２０４ａに軸方向に備えられたねじ穴２５０、および太陽電池タイル１０の電気端子２８および３０を通るシャンク（ボルト軸部）を有する対応するねじまたはボルト２５２を含む。取付具２１６ｄはしたがって、太陽電池タイル１０と接続システム２００ａの間の電気接続を提供し、同時にタイル１０をベースタイル１００ａに機械的に固定する。
【００４２】
この形状の接続システム２００ａにおいて、導電体はレール２０２よりもワイヤ２０２ａの形状である。ワイヤ２０２ａの使用は、所望の電気接続構造を提供するようなカスタマイズされた様式での、ポスト２０４ａの電気接続を可能とする。例えば、図１７および１８に示すように、全ての太陽電池タイル１０（図１８では電圧源１０ｍとしてモデル化されている）の直列接続を達成して、より大きな出力電圧を提供することができる。ワイヤはポストに、はんだ付けまたは蝋付けにより接続してよい。電気接続システムのこの形状をベースタイル１００ａと共に用いる場合、複数のボス１１３を、ボトムシェル１１０ａの内側表面に形成してこれから上向きに伸ばすことができ、この中に、ポストを圧力ばめまたは締まりばめによってはめることができる。圧力ばめまたは締まりばめはまた代替の接続機構も提供することができ、ここでは、ワイヤをボスとポストの間に固定して電気接続を提供する。必要に応じて、空洞１１６には封入用樹脂を充填することもできる。
【００４３】
導体がワイヤの形状である態様の変形において、ワイヤとポストは予め接続されて、所望の回路構造を提供してもよく、ここでポストは必要な位置に保持されて太陽電池タイル１０との接続を提供しており、次に封入されて電気接続タイルを形成し、これは空洞１１６に入れ込むことができる。封入の代替案として、ベースタイルは予め接続されたワイヤ２０２ａとポスト２０４ａの周りに成形することもでき、一体化されたタイルおよび接続システムを形成する。
【００４４】
さらに他の代替案において、導電体は回路基板上に形成された１または２以上の導電トラックの形状であってもよく、ここでポストは次に回路基板へはんだ付けまたは蝋付けされる。基板は次に空洞１１６内に入れ込むことができる。これを行う前に、基板全体を例えば樹脂／エポキシ中に封入して、ベースタイル１００ａに熱的絶縁を提供可能な電気接続タイルを形成することができる。ポスト２０４ａを取付具２１６ｄと共に用いる場合、ポストはボトムシェル１１０の内側表面とトップシェル１２０の内側表面の間に伸びる長さに作ることができる。この方法で、ポストはベースタイル１００に機械的強度も提供することができる。
【００４５】
導電体が回路基板上のワイヤまたはトラックの形状である場合、雄コネクタ２０８および雌コネクタ２１０と同一または類似の相補的な電気コネクタを、接続ワイヤまたはトラックにより形成された回路の相対する端に取り付けて、隣接するパネル４００の接続システム間の電気接続を促進することもできる。
ポスト２０４が、対応するレール２０２に垂直に伸びるように説明および図示されているが、これは必ずしも必要ではない。例えば、ポスト２０４はレール２０２に対角に、またはレール２０２と同一面に伸びていてもよい。さらに、レールのポスト２０４は、互いに同じ方向に（すなわち、平行して）伸びている必要はない。例えば、必要に応じて、同じレール２０２に取り付けられたポスト２０４は交互に、異なる方向に伸びていてもよい。さらに、ポスト２０４はレール２０２の両側に提供されてもよい。
【００４６】
太陽電池タイル１０
図１９ａ〜１９ｃは、太陽電池パネル４００で用いることができる太陽電池タイルの１つの形態を示す。タイル１０は、キャリヤタイル１２および１または２個以上の太陽電池セル１４を含む。キャリヤタイル１２は、上に凹部２０が形成された第１側１８を有する。太陽電池セル１４は、凹部２０内に設置されるように凹部２０に相対的な寸法で、単一ユニットとして形成される。カバープレート１６は太陽電池セル１４の上に重なっており、キャリヤタイル１２に密封して取り付けることができる。この特定の態様において、カバープレート１６は、キャリヤタイル１２と実質的に同じ設置面積を有してこれと並列され、そのためプレート１６とタイル１２の縁は共通の終端を有する。
【００４７】
太陽電池タイル１０の前面または暴露面２２は、平らな表面２４を備えている。平らな表面２４の形成は、太陽電池セル１４の厚さを凹部２０の深さと実質的に同一以下に形成すること、およびカバープレート１６の上面を平らにすることにより実現される。
太陽電池パネル４００を家または他の建物の屋根材として用いる場合、太陽電池タイル１０は、スレート様の外観、すなわち、スレートまたはこけら板を備えた周囲の家および建物と調和するように、スレート様の色を有して作ることができる。これは、スレート様の色のキャリヤタイルを形成することにより実現できる。さらに、太陽電池セル１４は実質的に透明に形成することができ、これにより、下にあるキャリヤタイル１２のスレート様の色を太陽電池セル１４を通して見ることができる；または、太陽電池セル１４をスレート様の色に形成することによってもよい。カバープレート１６を透明材料で製造し、太陽エネルギーのセル１４への透過を最大化する。これはまた、下にあるキャリヤタイル１２および／または太陽電池セル１４のスレート様の色を、カバープレートを通して見えるようにする。
カバープレート１６の縁は、キャリヤタイル１２の周縁に、シーラント、接着剤または超音波溶接を用いて密封して取り付けてもよい。
【００４８】
太陽電池タイル１０の下の縁またはストリップ２６は、カバープレート１６の下の縁からなり、これは、曲線または丸い断面で形成される。これにより、強風の条件において、揚圧力または揚圧力の効果の低減を支援することができると考えられる。
太陽電池セル１４により発電された電気を収集またはそうでなければ使用するために、太陽電池タイル１０は電気端子２８および３０を備えている。端子２８および３０は、太陽電池タイル１４の電気接点３２および３４に、それぞれの導体または母線３６および３８により電気的に結合される。各端子２８および３０は、太陽電池タイル１０に形成されたそれぞれの穴４０および４２を囲む丸型端子の形状をとる。特に、各穴４０および４２は、キャリヤタイル１２の凹部２０を含まない部分４４に形成される。
【００４９】
母線３６および３８は、それらのそれぞれの端子２８および３０にはんだ付けなどの任意の好適な方法により電気的に結合される。太陽電池タイル１０の製造中に、端子２８および３０ならびに母線３６および３８を太陽電池セル１４に取り付けることができる。凹部または溝２０をキャリヤタイル内に形成し、太陽電池セル１４を凹部２０内に設置すると端子および母線が設置される。その後、カバープレート１６を太陽電池セル１４の上に置き、キャリヤタイル１２に密封して取り付ける。こうして、端子２８および３０と母線３６および３８は、カバープレート１６とキャリヤタイル１２の間に挟まれることにより、太陽電池タイル内に埋め込まれる。
【００５０】
図２０ａ〜２０ｃは、１０Ｂで示す太陽電池タイルの第２の態様を示し、ここで、同じ参照番号は同じ特徴を示すのに用いられる。図１９ａ〜１９ｃとの比較から明らかであるように、２つの態様はよく類似しており、そのためこれらの態様における違いのみを説明する。
基本的にこれらの態様の主な違いは、太陽電池タイル１０Ｂのカバープレート１６の方が小さく、特に、これが凹部２０に設置される寸法であることである。そのため、凹部２０はより深く作られ、ここでカバープレート１６と太陽電池セル１４を合わせた厚さが、凹部２０の厚さにほぼ等しい。こうして太陽電池タイル１０Ｂは、太陽電池タイル１０Ｂとの関連において上記された平らな上部表面２４を維持することになる。また、カバープレート１６が凹部２０内に設置されるために、タイル１０Ｂの下の縁２６の曲線傾斜プロファイル（curved of vebeled profile）がキャリヤタイル１２に提供される。
【００５１】
端子２８および３０ならびに母線３６および３８は、キャリヤタイル１２内に埋め込まれ具体的にはこの中に成形されることにより、太陽電池タイル１０Ｂに埋め込まれる。例えば、端子２８および３０ならびにそれらに取り付けられた母線３６および３８の長さの一部は、キャリヤタイル１２の形成の間に、キャリヤタイル１２内に成形することができる。しかし、各母線の遠位端は凹部２０内に伸びて、自由に太陽電池セル１４との接続ができるようになっている。カバープレート１６もまた、透明プラスチック材料から作られてよい。
太陽電池タイル１０および１０Ｂ両方の態様の操作および使用は、同一である。単純化のために、これらの操作および使用を、以下ではタイル１０のみを参照して説明する。
【００５２】
図２１は、太陽電池パネル４００のアレイおよび、複数の平行な屋根の垂木３４８を含む屋根構造３００の上にありこれに結合された、対応する太陽電池タイル１０のアレイを示す。前に記載したように、太陽電池タイル１０は下にある対応するベースタイル１００に結合され、該ベースタイルは下にある垂木３４８に固定されている。従来のスレートフックに類似のフック３０２（図８参照）を必要に応じて用いて、太陽電池タイル１０の支持および保持をさらに支援することができる。
【００５３】
太陽電池タイル１０は連続する列５２ａ〜５２ｉに配置され、ここで列５２ａが最も下である。連続する列は、下の列に対して太陽電池タイル１０の幅の半分だけずらされている。さらに、高い列は隣接する下の列に部分的に重なっている。例えば、列５２ｂの太陽電池タイル１０は、列５２ａの太陽電池タイル１０の上に重なっている。特に、高い列の太陽電池タイル１０は、下の列の太陽電池タイル１０の一部４４に重なる。この太陽電池タイル１０の配置が、スレートまたはこけら板の幾何学的外観を有する屋根材による屋根構造４６を提供する。この外観は、太陽電池タイル１０のスレート様の外観および色によって強調される。
【００５４】
最も単純な形態において、太陽電池タイル１０の相対する長手方向側面は平らであり、隣接するタイル１０の側面に接している。防水シールが必要な場合は、隣接面の間またはその上に、シーラント材料のビード（bead）が必要である。しかし、代替の態様において、図２２および２３に示すように、各太陽電池タイル１０の相対する長手方向側５４および５６を密封構造または密封要素で形成でき、これは互いにはめあわされた場合に、任意の特定の列５２の隣接する太陽電池タイル１０の間に防水シールを形成する。すなわち、太陽電池タイル１０の５６の側は、隣接する太陽電池タイル１０の長手方向側５４とはめあわされてシールを形成することができる。これは、幾つかの異なる方法により実現できる。例えば図２２は部分４４を通るタイル１０の断面を示し、ここで側面５４は長手方向の溝５５と共に形成され、側面５６は、溝に適合してこれとシールを形成する、長手方向および横方向に伸びるさね５７と共に形成される。図２３に示す代替の配置において、側面５４は、厚さが太陽電池タイル１０の半分である、表面２４と同一平面の横方向に伸びるリップ（lip）５９と共に形成され、一方側面５６は、厚さは同様に太陽電池タイル１０の半分であるが、キャリヤタイル１２の底面と同一平面の相補的リップ６１を備えており、これにより１つの太陽電池タイル１０の側面５６は、隣接する太陽電池タイル１０の側面５４に重なって、防水シールを形成することができる。両方の配置の密閉効果は、第１の例においてはさね５７と溝５５の間で、および第２の例においては重なるリップ６１、５９の間で作用する、１または２以上のゴムシール６３の提供により、増強することができる。
【００５５】
図１９ａは、３×６のマトリクスに配置された１８個の太陽電池セル１４を有する太陽電池タイル１０を示す。太陽電池タイル１０当たりの具体的なセル１４の数、およびセルがタイル１０内で接続される様式、ならびに各ベースタイル１００に接続されるタイル１０の数およびタイル１０が電気的に接続される様式は、多数の設計考慮事項に依存する。これらには、限定はされないが以下が含まれる：
（ａ）太陽電池タイル１０により駆動される負荷の性質、特に、任意の最小電圧および／または電流要求；
（ｂ）製造された太陽電池セル１４の形状および構造、およびセルがキャリヤタイル１２の上にどのように敷き詰められるか；および
（ｃ）セル１４への遮蔽の効果。
【００５６】
例えば、ソーラーパネル４００およびしたがって太陽電池タイル１０が、一般の室内グリッドインバータを駆動するのに十分な電圧を提供するために用いられる場合、セル１４を１８０Ｖのオーダーの最大電圧を生成するような様式で配置および接続するのが適当である。例えば、典型的な容易に入手可能な多結晶太陽電池セルが約０．５Ｖの最大電圧を生成するとする。生成される電流は、セルのサイズおよび面積に依存する。１８０Ｖを生成するためには、多数のセル１４を一緒に接続しなければならないことは明らかである。約１８０Ｖの電圧を生成するための最適な方法を決定するには、次の間のトレードオフを考える必要がある：
【００５７】
（ｉ）直列接続された太陽電池セルが大きな面積を有すること、これは、直列接続されたセルの１つが遮蔽効果（すなわち、周辺の建物による、または葉および／または鳥の糞などの不透明な異物による）のために完全な照射を受けられなかった場合には、低下した電力出力となる可能性がある；
（ｉｉ）直列接続された太陽電池セルが小さな面積を有すること、これは、遮蔽効果の影響を受けにくいが、しかしより高い電圧を生成するため安全性についての懸念を呼び、必要な負荷および／または関連するエネルギー管理システムに対して十分に高くない電流を生成する可能性がある。
【００５８】
１５０＋ＶのＭＰＰＴ範囲を有する、典型的な室内グリッドインバーターを駆動するのに好適と見られる、太陽電池パネル４００の１つの具体的の構造は、ベースタイル１００上に３×３のマトリクスに配置された、９個の直列接続太陽電池タイル１０を含み、各太陽電池タイル１０には、３×３のマトリクスに配列された９個の太陽電池セル１４がある。ここで、図１７および１８に示す接続システム２００ａは、各太陽電池タイル１０の間に直列接続を提供するために用いられる。かかる構造において、各太陽電池パネル４００は約４１Ｖの出力電圧と約１．２５Ａの電流を生成する。５個の太陽電池パネル４００を一緒に直列に接続することにより、約１８０Ｖの出力電圧が達成される。各ベースタイル１００（したがって太陽電池パネル４００）が６００×６００ｍｍの寸法の場合、約１８０Ｖを生成するために必要な屋根の面積は６００×３０００ｍｍであり、ここに５個の太陽電池パネル４００が並んで配置される。
【００５９】
しかし、これのみが、目的のインバーターを駆動するのに十分な電圧を生成するための、可能なただ１つの構造ではない。他の構造も可能であり、例えば、各太陽電池タイル１０が２×５のマトリクスに配列された１０個の直列接続太陽電池セル１４を有し、ここで各太陽電池パネル４００は、９個の直列接続タイル１０を有する。この場合、各タイル１０は約５Ｖを生成し、したがって各ベースタイル１００は約４５Ｖを生成し、このケースでは約１８０Ｖを生成するためには、４個の直列接続の太陽電池パネル４００が必要である。
【００６０】
さらなる代替案において、各太陽電池タイル１０は、例えば５×５のマトリクスに配列された２５個の太陽電池セル１４を有してもよい。この場合、各タイル１０は約１２．７Ｖを生成し、したがって９個の直列接続太陽電池タイル１０を有する各太陽電池パネル４００は、約１１４Ｖを生成し、このケースでは１８０Ｖの出力を達成するには、２個の直列接続ベースタイル１００が必要である。
【００６１】
上記の構造において、各太陽電池タイル１０は、複数の太陽電池セル１４を含む。これには、セルの切断、したがって廃棄が必要である。さらなる変形において、各太陽電池タイル１０は、１個の切断されない太陽電池セルを含むことができる。ベースタイル１００上の太陽電池タイル１０の間の、例えば図１、１０および１３に示す接続システム２００を用いた並列接続では、各ベースタイルは約４．６Ｖの出力電圧および約５．１Ａの電流を生成する。したがって少なくとも１８０Ｖの出力電圧を実現するには、４０個の直列接続ベースタイルが必要となる。図１７および１８に示すような接続システムでは、各ベースタイルは約４．５Ｖの出力電圧および約５．１Ａの電流を生成する。したがって、少なくとも１８０Ｖの出力電圧を実現するために、４０個の直列接続ベースタイルが必要である。
【００６２】
キャリヤタイル１２は、１つの太陽電池セル１４を設置するための１つの凹部２０を含むように記載され示されている。しかし、それぞれに別々の小さな太陽電池セルが設置される、多数の凹部を形成してもよい。さらに、端子２８および３０は、キャリヤタイル１２の分離された貫通穴端子として示されている。しかし、別の形態において、端子２８および３０は互いに同心円状に形成してもよく、これによって電気接続を同軸の単一ピンコネクタを用いて実現できる。逆に、必要に応じて、２個より多くの端子をタイル１０に提供してもよく、例えば２つの正の端子と２つの負の端子を提供し、ここで同じ極性の端子を太陽電池セル１４に並列接続する。これにより、１つのコネクタが故障した場合に一定の冗長性を提供し、また太陽電池タイル１０のベースタイル１００へのより強い機械的結合を提供する。
【００６３】
バイパス４２
バイパス４２は、１または２個以上のバイパスされたセルの群１２が、それらが有効となる程度または開回路の傾向となる程度まで遮蔽された場合に、太陽電池タイル１０の、したがってパネル４００の出力電圧の降下を低減する。バイパスなしでは、開回路セル１２は、セルが直列接続されてゼロ電圧出力を生成する、全回路出力（total circuit output）となる。これについては、以下に詳細に説明する。
【００６４】
図２４は、直列に接続された複数の太陽電池セル１２ａ〜１２ｉ（以下では一般的に「太陽電池セル１２」または「セル１２」と言う）を含む太陽電池タイル１０を示す。直列接続の太陽電池セル１２の最初と最後は、それぞれの母線３６および３８により電気端子４０および４２に電気的に接続されている。直列接続セル１２は太陽電池セル回路５００を形成する。
図２５は、太陽電池セル回路５００の開回路電圧を、入射光源から遮蔽された太陽電池セル１２の数の関数として示したグラフ５０２である。開回路電圧は、太陽電池セル１２がより多く遮蔽されるにつれて、実質的に直線的に低下しているのがわかる。
【００６５】
図２６は太陽電池セル回路５００用の試験回路５３０を示す。試験回路５３０は、直列接続の負荷５３２および、負荷５３２を、したがって試験回路５３０を流れる電流を測定する第１のマルチメーター５３４を含む。第２マルチメーター５３６は、負荷５３２に並列に接続され、負荷５３２にかかる電圧を測定する。
【００６６】
試験回路５３０は、入射光から遮蔽された太陽電池セル１２の効果を試験するために行った実験において用いられた。負荷５３２を通って流れる電流およびこの両端の電圧降下を、第１および第２マルチメーター５３４、５３６によりそれぞれ測定した。これらの測定から、負荷５３２により引き出される電力を計算した。この例および次の例において、負荷抵抗は３３．３Ωであった。
第１の試験においては、全ての太陽電池セル１２が入射光から遮蔽されなかった。負荷３２の電流、電圧および電力は以下であった：
【００６７】
【表１】
2010080916.tif 000003
【００６８】
第２の試験においては、太陽電池セル１２ａが入射光から遮蔽された。これらの条件のもとで、負荷５３２の電流、電圧および電力は以下であった：
【００６９】
【表２】
2010080916.tif 000004
【００７０】
第２の試験において、１個の太陽電池セル１２を遮蔽することにより、太陽電池セル１２が全く遮蔽されていない場合から、全出力の０．７６％の降下をもたらすことがわかる。
図２７は、太陽電池セル回路５００が同じ試験回路５３０に接続されているが、ただし、ダイオード４２の形態のバイパス素子が太陽電池セル１２ａ（セル１２の群を構成している）にわたり分路している。ダイオード４２は太陽電池セル１２ａに対して逆バイアスされている。太陽電池セル１２ａが入射光から遮蔽されると、太陽電池セル１２ａは実質的な開回路として作用するが、ダイオード４２は、図２８に示すように電流が回路を通って流れるための代替経路（すなわちバイパス）を提供する。これにより、図２６に示すような、太陽電池セル１２ａが入射光から遮蔽され、ダイオードまたは他のスイッチング素子が存在しない場合を参照して記載された状況よりも、電力損失が少なくなる。
【００７１】
バイパスの種々の形態の有効性を試験回路５３０を用いて例証し、以下に説明する。初めは、太陽電池セル回路４０のいずれの太陽電池セル１２も、入射光から遮蔽されていなかった。負荷５３２の電流および電圧測定を、第１および第２マルチメーター５３４、５３６によりそれぞれ行った。負荷３２の電流、電圧および電力は以下の通りであった：
【００７２】
【表３】
2010080916.tif 000005
【００７３】
図２８は、太陽電池セル１２ａが入射光から遮蔽された太陽電池セル回路５００を示す。これにより、太陽電池セル１２ａは効果的に開回路１３となる。この状況において、ダイオード４２は残りの８個の太陽電池セル１２に対して順バイアスされ、電流がダイオード４２を流れることができる。負荷３２の電流、電圧および電力は以下の通りであった：
【００７４】
【表４】
2010080916.tif 000006
【００７５】
これは、太陽電池セル１２のいずれもが入射光から遮蔽されず、ダイオードも存在しない構造に比べて、４１．４％の出力を示す。
色々な太陽電池セル１２を入射光から遮蔽し、ダイオード４２を色々な太陽電池セル１２と並列に接続して、さらに実験を行った。これらの実験の幾つかの成果を示す表は以下である：
【００７６】
【表５】
2010080916.tif 000007
【表６】
2010080916.tif 000008
【００７７】
図２９は、ダイオード４２が全てのセル１２（すなわち、９個のセルの群１２）にわたって分流する、太陽電池セル回路５００を示す。図１および２４を参照すると、この回路は、ダイオード４２を太陽電池タイル１０の端子２８と３０にわたって配置することにより、実現される。ダイオード４２は全セル１２に対して逆バイアスされる。１または２個以上のセル１２が入射光から遮蔽される場合、ダイオード４２は、電流が流れることのできる代替経路を提供することができる。これは、複数の太陽電池セル回路５００が、そして特に複数の太陽電池タイル１０が、以下に記載されるように直列接続される場合に、特に有利である。
【００７８】
太陽電池セル回路５００は、図３０に示すように、さらなる太陽電池セル回路５００と直列接続してもよい。これは、各太陽電池タイル１０がそれらの対応する端子２８および３０にわたってダイオード４２を有する、直列接続の太陽電池タイル１０に等しい。任意の１つの太陽電池セル回路５００の１個のセル１２が入射光から遮蔽される場合、それぞれの太陽電池セル回路５００のそれぞれのダイオード４２は、電流が流れることのできる代替経路を提供可能である。この方法により、入射光からの１または２個以上のセル１２の遮蔽は、ダイオードまたは他のスイッチング素子が各太陽電池セル回路５００にわたって接続されていない場合ほど大きな電力損失を引き起こさない。
【００７９】
代替の態様において、ダイオード４２を複数の太陽電池セル１２にわたって、例えば、１または２以上のソーラーパネル４００上の太陽電池タイル１０のアレイに、適用してもよい。これにより、より高い電圧を得ることができて、構成する太陽電池セル１２が入射太陽光から遮蔽される場合に電圧降下を克服できるという利点を提供できる。
【００８０】
各太陽電池セル回路５００におけるダイオード４２の並列接続は、各太陽電池セル回路５００の１または２個以上のセル１２が入射光から遮蔽される場合の逆効果を局所化する。ダイオード４２の両端の電圧降下は、太陽電池セル回路５００の直列接続が十分高い電圧、例えば１００Ｖを超える範囲を生成する場合には、無視できるほどである。これは、複数の直列接続太陽電池セル回路５００（すなわち、太陽電池タイル１０）を、例えばインバーターを作動するための十分高い電圧を生成するために用い、同時に、１または２個以上のセル１２への入射光の遮蔽が、実現可能な電圧を、ダイオードまたは他のスイッチング素子を用いない場合よりも大幅に低下させないような方法を提供することを、可能とする。
１または２以上のバイパス素子４２を太陽電池セル１２の任意の組合せと並列に接続することができ、これにより、１または２個以上の太陽電池セル１２が入射光から遮蔽される逆効果を低減させる。
【００８１】
ソーラーパネル４００の１つの形態において、１または２以上のバイパス素子４２は熱的に絶縁され、例えば入射太陽光による加熱から絶縁されている。この方法により、温度に依存した、バイパス素子４２の任意の漏洩電流が、ある程度低減できる。太陽電池タイル２を屋根上に載せる場合、またはこれが屋根の太陽発電システムの一部を形成する場合、ダイオード４２を、ダイオード４２と入射太陽光との間に配置された１または２以上の層により、入射太陽光による加熱から絶縁することができる。層は、絶縁材料の任意の１種または２種以上であってよく、例えば、太陽電池タイル１０の要素間の空隙または任意の他の絶縁手段である。効果的な熱的絶縁の任意の形態を用いて、ダイオード４２の漏洩電流を低下させることができる。他の素子もダイオード４２を冷却するのに用いてよく、例えば冷却システム、ダイオード４２から熱放射を発生させるよう配置されたデバイス、例えばフィン状の金属製ラジエーター、およびファンなどである。
【００８２】
太陽電池セル回路５００は、１つの分路バイパス素子を有する直列接続回路として記載されているが、バイパス素子４２は、並列接続の太陽電池セル回路にも適用してよく、または、スイッチング素子が任意数の太陽電池セルにわたって配置された、直列および並列両方の回路の組合せに適用してもよい。さらに、示された態様では０．７Ｖ以下の順電圧降下を有するダイオード型のスイッチング素子を組み込むが、代替のスイッチング素子、例えばアンチヒューズまたはトランジスタスイッチング素子であって、同様の低い順電圧降下を有するもの、または電圧降下のないものも用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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