(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池装置であって、
負荷への全出力電力を生成するために直列接続された太陽電池の複数のグループと、
前記太陽電池の前記複数のグループの動作点を調整して、最大電力ポイント追跡モジュールによる決定にしたがって前記負荷への前記全出力電力を最大にするように構成された最大電力ポイント追跡モジュールと、
前記太陽電池の前記複数のグループ内の各グループのための個別の局所電力ポイントオプティマイザと
を備え、
前記局所電力ポイントオプティマイザは、第１のトランジスタを変調して、太陽電池の対応するグループを、前記装置に電気的に接続し、及び前記装置から電気的に切り離すことによって、太陽電池の前記対応するグループのバイアスポイントを調整して、前記局所電力ポイントオプティマイザによって決定された最大電力を供給するように構成された電力ポイントコントローラと、
前記第１のトランジスタがオフのときには前記太陽電池からの電荷を蓄積し、前記第１のトランジスタがオンのときには放電する蓄積コンデンサとを含み、
前記太陽電池装置は、前記局所電力ポイントオプティマイザを複数備え、
複数の前記局所電力ポイントオプティマイザのそれぞれは、前記太陽電池の前記複数のグループ内の前記太陽電池の各グループのそれぞれに一対一に対応している、太陽電池装置。
【請求項２】
前記局所電力ポイントオプティマイザは、前記第１のトランジスタと第２のトランジスタを同期制御して、太陽電池の前記対応するグループのバイアスポイントを調節し、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタがオフに切り換えられているときに、太陽電池の前記対応するグループを通る電流路を提供する、請求項１に記載の太陽電池装置。
【請求項３】
前記第１のトランジスタはＰＦＥＴからなり、前記第２のトランジスタはＮＦＥＴからなる、請求項２に記載の太陽電池装置。
【請求項４】
太陽電池の前記対応するグループの電圧出力をフィルタリングするように構成された出力段をさらに備える、請求項１から３の何れか一項に記載の太陽電池装置。
【請求項５】
前記出力段は、第１及び第２の端部を有するインダクタと、第１及び第２の端部を有するコンデンサとを備え、前記インダクタの前記第１の端部は前記第１のトランジスタに結合され、前記インダクタの前記第２の端部は前記コンデンサの第１の端部に結合され、前記コンデンサの前記第２の端部は、前記太陽電池の前記複数のグループ内の別の太陽電池のグループの別の局所電力ポイントオプティマイザに結合される、請求項４に記載の太陽電池装置。
【請求項６】
前記複数のグループにはそれぞれ、互いに等しい数の前記太陽電池が含まれる、請求項１から５の何れか一項に記載の太陽電池装置。
【請求項７】
太陽電池装置の太陽電池の電力生成を制御する方法であって、
（ａ）負荷への全出力電力を生成するために直列接続された太陽電池の複数のグループを提供するステップと、
（ｂ）最大電力ポイント追跡モジュールによって、前記負荷への前記全出力電力を最大にするように前記太陽電池の前記複数のグループの動作点を調整するステップと、
（ｃ）複数の局所電力ポイントオプティマイザによって、前記太陽電池の前記複数のグループ内の前記太陽電池の各グループについて
（i）前記太陽電池のグループが特定量の電力を生成する、該太陽電池のグループの動作状態を決定するステップと、
（ii）前記決定された動作状態に基づいて、前記太陽電池のグループが前記太陽電池の前記複数のグループに対する電力に寄与する時間量を制御するステップと
を含み、
前記太陽電池のグループが前記太陽電池の前記複数のグループに対する電力に寄与する前記時間量を制御するステップは、第１のトランジスタを変調して、前記太陽電池の対応するグループを、前記装置に接続し、及び、前記装置から切り離すステップを含み、
前記太陽電池の対応するグループを、前記装置に接続し、及び、前記装置から切り離すステップは、前記第１のトランジスタがオフのときに、蓄積コンデンサに前記太陽電池からの電荷を蓄積し、前記第１のトランジスタがオンのときに、前記蓄積コンデンサから電荷を放電するステップを含み、
前記複数の局所電力ポイントオプティマイザのそれぞれは、前記太陽電池の前記複数のグループ内の前記太陽電池の各グループのそれぞれに一対一に対応している、方法。
【請求項８】
前記太陽電池のグループが前記太陽電池の前記複数のグループに対する電力に寄与する前記時間量を制御するステップが、前記第１のトランジスタと第２のトランジスタを同期して切り換えて、前記太陽電池のグループを、前記装置に接続し、及び、前記装置から切り離すステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
太陽電池装置であって、
負荷への全出力電力を生成するために直列接続された太陽電池の複数のグループと、
前記太陽電池の前記複数のグループの動作点を調整して、最大電力ポイント追跡モジュールによる決定にしたがって前記負荷への前記全出力電力を最大にするように構成された最大電力ポイント追跡モジュールと、
前記太陽電池の前記複数のグループ内の前記太陽電池の各グループ内の電気回路であって、太陽電池の対応するグループの動作状態を決定し、及び、太陽電池の前記対応するグループを調整して前記決定された動作状態で動作するように構成された電気回路と
を備え、
前記動作状態において、太陽電池の前記対応するグループは目標電力出力を生成することからなり、
前記電気回路は、変調されることで、太陽電池の前記対応するグループを、前記装置に電気的に接続し、及び前記装置から電気的に切り離す第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタがオフのときには前記太陽電池からの電荷を蓄積し、前記第１のトランジスタがオンのときには放電する蓄積コンデンサとを含み、
前記太陽電池装置は、前記電気回路を複数備え、
複数の前記電気回路のそれぞれは、前記太陽電池の前記複数のグループ内の前記太陽電池の各グループのそれぞれに一対一に対応している、太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には太陽電池に関し、より詳細には、太陽電池を備える設備または装置（以下、太陽電池装置という）（但し、これに限定するものではない）に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するための周知のデバイスである。それらは、半導体処理技術を用いて半導体ウェーハ上に作製されることができる。一般的に言えば、太陽電池は、シリコン基板にＰ型及びＮ型拡散領域を形成することによって作製することができる。太陽電池に入射する太陽放射は、拡散領域へと移動する電子及びホールを生成し、これによって、拡散領域間に電圧差を生じさせる。背面接合型太陽電池では、拡散領域と、該拡散領域に結合された金属グリッドが太陽電池の背面に存在する。金属グリッドによって、外部の電気回路を太陽電池に結合し、太陽電池から給電することが可能になる。
【０００３】
図１に示すような太陽電池装置は、典型的には、インバータなどの負荷に供給される電力を生成するために連結された複数の太陽電池を備える。図１では、この装置は、複数の太陽電池列１０４を有する太陽電池モジュール１００を備え、各々の太陽電池列は、１組の太陽電池１０２とダイオードＤ１を有する。装置は、２つ以上の太陽電池モジュールを備えることができる。最大電力ポイント（または最大電力点）追跡及びレギュレータモジュール１０３は、使用される太陽電池モジュールの数に関係なく、装置全体のレベルで負荷に供給される電力を最適化する。
【０００４】
各組の太陽電池１０２は、直列に配列された複数の太陽電池を含むことができる。各ダイオードＤ１は、列１０４が故障するか、または、装置の全体的な電力生成能力が低下した場合には、装置から列１０４を除去できるようにする。通常動作中は、部分列１０４は、それが、図１に示す極性を有するように電力を生成する。この場合、ダイオードＤ１は、逆バイアスであり、装置に電気的影響を与えない。故障した場合には、列１０４は極性を変えて、対応するダイオードＤ１が順方向バイアスされ、これによって、列１０４を装置から切り離す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１の装置並びにこれに類似する装置は、大いに必要とされている再生可能なエネルギー源を提供するが、それらの装置の電力生成能力を高めるための技術があれば、それらの装置を広範な用途に対してより経済的に実施できるようになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
要旨
１実施形態では、太陽電池装置は、太陽電池のいくつかのグループを有する。太陽電池の各グループは、グループの電力生成を制御するように構成された局所電力ポイントオプティマイザを備える。局所電力ポイントプティマイザは、対応する太陽電池のグループに対して最適な動作状態を決定するように構成されることができる。局所電力ポイントオプティマイザは、パルス幅変調などによってトランジスタを変調して、グループを装置に電気的に接続し、また、グループを装置から電気的に切り離すことによって、グループの動作状態を最適な動作状態に調節することができる。局所電力ポイントオプティマイザを、グローバル最大電力ポイント追跡モジュールと共に使用することができる。
【０００７】
本発明のこれらの及び他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことによって当業者には容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の太陽電池装置を概略的に示す。
【図２】種々の照明レベルで動作する単一列の太陽電池のシミュレートされた応答を示す。
【図３】直列に接続された３つの個別の列の応答をシミュレートした結果を示す。１つの列は、種々の照明レベルを有する。
【図４】本発明の１実施形態による太陽電池装置を概略的に示す。
【図５】本発明の１実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザと共に使用されている直列に接続された太陽電池の１つのグループを概略的に示す。
【図６】本発明の１実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザと共に使用されている直列に接続された太陽電池の１つのグループを概略的に示す。
【図７】本発明の１実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザと共に使用されている直列に接続された太陽電池の１つのグループを概略的に示す。
【図８】本発明の１実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザと共に使用されている直列に接続された太陽電池の１つのグループを概略的に示す。
【図９】本発明の１実施形態のシミュレートされた応答を示す。この応答は、予測された性能を示す。
【図１０】本発明の１実施形態のシミュレートされた応答を示す。この応答は、予測された性能を示す。
【０００９】
異なる図面間で使用されている同じ参照ラベルは、同じまたは同等の構成要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示では、本発明の実施形態を完全に理解してもらうために、装置、構成要素、及び方法の例などの多数の特定の細部を提供する。しかしながら、当業者であれば、それらの特定の細部のうちの１つ以上がなくても本発明を実施できることを理解するであろう。他の例では、本発明の態様が不明瞭になるのを避けるために、周知の細部については図示または説明していない。
【００１１】
図２は、種々の照明レベルで動作する２４個の太陽電池の単一列のシミュレートされた応答を示す。図２において、垂直軸と水平軸は、それぞれ、列の電力出力と電圧出力を表す。グラフ２０１は、１日射（または１インソレーション）における列の応答を示す。グラフ２０２は、０．８日射（または０．８インソレーション）の場合、グラフ２０３は、０．６日射（または０．６インソレーション）の場合である。グラフ２０２及び２０３における１より小さい日射（またはインソレーション）は、太陽が、列内の全ての太陽電池を完全に照明するのを妨害するちりや雲や影などに起因する場合がある。
【００１２】
装置（今の例では単一の列を備える装置）は、典型的には、特定の出力電圧及び電流（すなわち、電力）を生成するようにバイアスされている。本明細書では、バイアスポイント（またはバイアス点）を「動作状態」（または「動作条件」）ともいう。図２からわかるように、「最大電力ポイント」と呼ばれる特定のバイアスポイントがあり、装置は、このポイントで最大の出力電力を生成する。装置によって生成される電力は、最大電力ポイントを過ぎると減少する。
【００１３】
図３は、各々の列が２４個の太陽電池を有する直列に接続された３つの個別の列のシミュレートされた応答を示す。図３において、水平軸は出力電圧を表す。左側の垂直軸は、出力電流を表し、グラフ３０２−３０４に対するものであり、右側の垂直軸は、出力電力を表し、グラフ３２２−３２４に対するものである。グラフ３０２及び３２２では、３つの全ての列が同じ１００％の日射を有する。グラフ３０３及び３２３では、２つの列が１００％の日射を有し、１つの列が８０％の日射を有する。グラフ３０４及び３２４では、２つの列が１００％日射を有し、１つの列が６０％日射を有する。
【００１４】
図２と図３を比較すると、３列からなる装置（図３）の単一列に対する太陽放射の減少が出力電力全体に与える影響は、単一列からなる装置（図２）の場合よりも非常に大きいことに留意されたい。１つの列が８０％の日光（すなわち、０．８日射）で、他の２つが完全な日光（すなわち、１日射）で照明されているグラフ３０３および３２３の場合、装置は、１９５ワットを生成しうるはずであるが１７９ワットしか生成していない。これは、性能の点で１６ワットの損失である。この性能の差は、照明がより大きく減少するにつれてより顕著になる。
【００１５】
本発明は、局所化された（または局所的な）電力ポイントの最適化を行うことによって、一般的に、部分的な照明及び太陽電池の性能の変化に関連する上記の問題に対処する。局所電力ポイントオプティマイザは、装置全体が最適な電力量を負荷に送るように、太陽電池のいくつかのグループを具備する装置内の太陽電池の各グループにおける電力生成を管理すべく構成されることができる。以下、本発明の実施形態を図４から開始して説明する。以下の実施形態は、バック変換（buck conversion）について記述されているが、本発明の利点を損なうことなく、ブースト変換、線形（連続）分路技術、ＡＣ電力変換などの他アプローチを使用することもできる。
【００１６】
図４は、本発明の１実施形態による太陽電池装置の略図である。図４の例では、装置は、１つ以上の太陽電池モジュール（「パネル」とも呼ばれる）４０１を備える。各太陽電池モジュール４０１は、各々が背面接合型太陽電池を構成することが可能な複数の太陽電池４１３を有することができる。太陽電池４１３を直列に接続して１つの列を形成することができる。図４の例では、列４０４は、直列に接続された太陽電池４１３のグループと局所電力ポイントオプティマイザ４０２を備える。
【００１７】
局所電力ポイントオプティマイザ４０２は、太陽電池のいくつかのグループを具備する太陽電池装置に対する太陽電池の１つのグループの電力寄与を最適化するように構成された電気回路を備えることができる。局所電力ポイントオプティマイザ４０２は、最大電力供給のポイント（すなわち、最大電力ポイント）において太陽電池４１３の列に負荷をかけるように構成することができる。局所電力ポイントオプティマイザ４０２をどのようにして装置内に設けることができるかに関する参考のために、ノード４２１−４２６が図４に示されている。
【００１８】
図４の装置は、また、最大電力ポイント追跡（ＭＰＰＴ）及びレギュレータモジュール４１４を備えている。モジュール４１４は、装置全体のグローバル最大電力ポイント追跡を提供するための市販されているＭＰＰＴモジュールから構成することができる。モジュール４１４を、たとえば、住宅や商業ビルや産業設備のインバータに接続することができる。後の説明からより明らかになることであるが、グローバル最大電力ポイント追跡と局所電力ポイント最適化は連携して、太陽電池装置の性能を改善する。
【００１９】
図５は、本発明の１実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａと共に使用されている直列接続された太陽電池４１３の１つのグループの略図である。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａは、図４に示す局所電力ポイントオプティマイザ４０２の特定の１実施形態である。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａを、たとえば、ノード４２１及び４２２を介して図４の装置に直列に接続することができる。
【００２０】
１実施形態では、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａは、直列接続された太陽電池４１３が太陽電池の装置全体に対して寄与する電力量を制御するように構成された電気回路を備える。図５の例では、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａは、電力ポイントコントローラ５０１、Ｐチャンネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＰＦＥＴ）Ｑ１、インダクタＬ１とコンデンサＣ２からなる出力段、電力蓄積コンデンサＣ１、ダイオードＤ２、及び検出回路５０３から構成される。検出回路５０３は、抵抗器、比較器、または、列４０４の電流及び電圧出力を検出するように構成された他の回路構成またはコンポーネント（構成要素）から構成することができる。
【００２１】
電力ポイントコントローラ５０１は、検出回路５０３を介して列４０４の電圧及び電流出力をモニタし、列の最大電力ポイントを決定し、及び、トランジスタＱ１のスイッチングを制御して、列のバイアスポイントを決定された最大電力ポイントへと調整するよう構成された電気回路から構成することができる。電力ポイントコントローラ５０１は、山登り（Hill-climbing）アルゴリズムやＲＣＣアルゴリズムなどの従来の最大電力ポイント追跡アルゴリズムを使用して追跡することにより、列の最大電力ポイントを決定することができる。
【００２２】
図５の例では、電力ポイントコントローラ５０１は、列のバイアスポイントを最大電力ポイントに調整するために太陽電池４１３に負荷をかける。１実施形態では、電力ポイントコントローラ５０１は、ＰＦＥＴＱ１のスイッチングを制御するために使用されるパルス幅被変調信号のデューティサイクルを調整することによってこれを行う。ＰＦＥＴ Ｑ１をオンにすることによって、太陽電池４１３を太陽電池装置の残りの部分に電気的に接続する。これとは逆に、ＰＦＥＴＱ１をオフにすることによって、太陽電池４１３を太陽電池装置の残りの部分から電気的に切り離す。
【００２３】
電力ポイントコントローラ５０１をマイクロコントローラを用いて実施して、最大電力ポイント追跡及びバックレギュレータを実行することによって、たとえば、列の負荷を制御して列の電力ポイントを最大電力ポイントに調整することができる。電力ポイントコントローラ５０１は、太陽電池４１３が、最大電力ポイントにおいて電圧及び／または電流を生成することができる場合にはＰＦＥＴＱ１をオンに切り換えることができ、太陽電池４１３が、最大電力ポイントにおいて電圧及び／または電流を生成することができない場合にはＰＦＥＴ Ｑ１をオフに切り換えることができる。蓄積コンデンサＣ１は、ＰＦＥＴＱ１がオフのときには太陽電池４１３からの電荷を蓄積し、ＰＦＥＴ Ｑ１がオンのときには放電する。これによって、太陽電池４１３がそれ自体では最大電力を供給できない場合に、太陽電池４１３と蓄積コンデンサＣ１に蓄積された電荷とによって最大電力を供給することが可能になる。このように、蓄積コンデンサＣ１は、太陽電池４１３を接続できる時間を長くし、したがって、装置に対する電力供給に寄与するという利点をもたらす。
【００２４】
特定の例として、負荷（たとえばインバータ）が５アンペアを要求しているが、雲量や他の理由のために列が最大４アンペアしか提供できない場合を想定する。この場合には、電力ポイントコントローラ５０１は、その列をバイパスすることによって、約１アンペアの電流がダイオードＤ２を流れるように、ＰＦＥＴＱ１のスイッチングを調整するであろう。これによる正味の影響は、列が、より大きな電流において低電力生成状態になるのではなく、依然として装置に４アンペアを供給し続け、その時点における列の最大電力ポイントにあるということである。
【００２５】
ダイオードＤ２は、ＰＦＥＴトランジスタがオフに切り換えられているときには列を通る電流路を提供する。ダイオードＤ２はまた、非常に低い電力生成状態にあるかまたは故障しているときなどのように太陽電池４１３の極性が逆になっているときに、装置から太陽電池４１３を分離（または短絡）するための安全対策として機能する。その場合、通常動作中はダイオードＤ２は逆バイアスされ、それゆえ、その間は列の動作に影響しない。
【００２６】
インダクタＬ１とコンデンサＣ２は、急速に変化する電圧ではなく安定した電圧を提供するように、列の出力をフィルタリングするための出力段を形成する。インダクタＬ１とコンデンサＣ２は全ての列に必要とされるわけではないことに留意されたい。コストを節約し、効率を上げるために、インダクタＬ１とコンデンサＣ２を、図４の装置の列４０４の全てではなくいくつかに限定することができる。用途に応じて、インダクタＬ１とコンデンサＣ２を装置から完全に省くこともできる。
【００２７】
５アンペア回路に適した値は、コンデンサＣ１及びＣ２について約１ミリファラッドであり、インダクタＬ１について１０マイクロヘンリーである。コンデンサＣ１及びＣ２は、好ましくは、高リプル電流能力（たとえば５Ａより大きい）及び低ＥＳＲを有する。インダクタＬ１は、好ましくは、抵抗値が小さく、かつ、６アンペアよりも大きな電流に対応することができる。ＰＦＥＴＱ１は、好ましくは、可能な限りオン抵抗値が低く（たとえば、ST Microelectronics社のSTP80PF55トランジスタ。これは、オン抵抗値が０．０１６オームである）。好適なダイオードＤ２には、International Rectifier社の80SQ045ダイオードがある。ＰＦＥＴＱ１のスイッチング周期は、選択されたコンポーネントに基づいて最適化することができるが、用途に応じて１０−１００ｋＨｚが適切な場合がある。
【００２８】
図６は、本発明の別の実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂと共に使用されている直列接続された太陽電池４１３の１つのグループの略図である。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂは、図４に示す局所電力ポイントオプティマイザ４０２の特定の１実施形態である。
【００２９】
局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂは、Ｎチャンネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＮＦＥＴ）Ｑ２が追加されている点を除いて、図５の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａと同じである。ＮＦＥＴＱ２は、ＰＦＥＴ Ｑ１がオフのときに列を通る（ダイオードＤ２に比べて）低損失の電流路を提供する。電力ポイントコントローラ５０１と５０２とは、電力ポイントコントローラ５０２がトランジスタＱ１とＱ２を同期して切り換える、すなわち、ＮＦＥＴＱ２がオフのときはＰＦＥＴ Ｑ１がオン、及び、この逆も同様となるように切り換えるという点を除いて同じである。ダイオードＤ２は、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂにおけるオプションの安全対策である。用途によっては、ダイオードＤ２を省くことができる。電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂと４０２Ａの構成要素と動作は、他の点では同じである。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａは、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂよりも構成要素が少なく、したがって、製造コストが安い。しかしながら、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂは、より高い効率を必要とする用途に好適である。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａ及び４０２Ｂの両方における制限は、ＰＦＥＴＱ１などのＰチャンネルＭＯＳＦＥＴが、オンのときに約０．０２オームの最小抵抗を有することである。これは、約０．５ワットがＰＦＥＴの非効率性によって浪費されることを意味する。コストは高くなるが性能も高い選択肢は、ハイサイドスイッチ（高側スイッチ）としてＮＦＥＴを使用することである。しかしながら、ハイサイドスイッチとしてＮＦＥＴを使用する場合は、いくつかの太陽電池列の出力電圧よりも電圧が高い電圧源が必要になる。この場合、図７及び図８に示す電圧源７０２のような追加の電圧源を使用する必要がある。
【００３０】
図７は、本発明の別の実施形態による、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｃと共に使用されている直列接続の太陽電池４１３の１つのグループを示す略図である。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｃは、図４に示す局所電力ポイントオプティマイザ４０２の特定の１実施形態である。
【００３１】
局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｃは、ＰＦＥＴＱ１ではなくＮＦＥＴ Ｑ３を使用している点を除いて図５の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａと同じである。ＮＦＥＴ Ｑ３は、ＮＦＥＴ Ｑ３をオンに切り換えるのに十分なゲート電圧（の供給）が可能である電圧源７０２に結合されている。１実施形態では、電圧源７０２は約５Ｖを供給する。電圧源７０２として、太陽電池装置内の他の列、電圧変換回路（たとえば、チャージポンプ）、太陽電池モジュール内の指定された太陽電池などを用いることができる。電力ポイントコントローラ５０１と７０１は、電力ポイントコントローラ７０１が、ＮＦＥＴＱ３をオンに切り換えるためにＮＦＥＴ Ｑ３に追加の電圧を供給するという点を除いて同じである。局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ａと４０２Ｃの構成要素及び動作は、他の点では同じである。
【００３２】
図８に示す局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｄは、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｃの同期バージョンである。コントローラ８０１−１、８０１−２の２つの部分として図示されている電力ポイントコントローラ８０１は、ＮＦＥＴＱ３とＮＦＥＴ Ｑ２を同期制御して、前述のように列のバイアスポイントを調整する。電圧源７０２は、電力ポイントコントローラ８０１が、ＮＦＥＴ Ｑ３のゲートに十分な電圧を印加してＮＦＥＴＱ３をオンにできるようにする。
【００３３】
電力ポイントコントローラ８０１は、電力ポイントコントローラ８０１がＮＦＥＴＱ３とＮＦＥＴ Ｑ２を同期制御するという点を除いて、電力ポイントコントローラ５０１と同様に動作する。ＮＦＥＴ Ｑ３はＮＦＥＴ Ｑ２がオンのときにオフに切り換えられ、この逆も同様である。図６の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂにおけるのと同様に、ＮＦＥＴＱ２は、ＮＦＥＴ Ｑ３がオフのときに（ダイオードＤ２に比べて）低損失の電流路を提供する。ダイオードＤ２は、局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｄにおけるオプションの安全対策である。用途によっては、ダイオードＤ２を省くことができる。電力ポイントオプティマイザ４０２Ｄと４０２Ａの構成要素及び動作は他の点では同じである。５Ａ回路の場合の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｄに対する適切な値を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
図９は、各列が２４個の太陽電池を有する、３０個の列を具備するテスト用太陽電池モジュールのシミュレートされた応答を示す。垂直軸は、このテストモジュールの最大電力出力をワット単位で表し、水平軸は、単一列の性能劣化を％単位で表している。図９において、グラフ９０３は、３０個の全ての列について単一のグローバルな最大電力ポイント追跡を用いたときのテストモジュールの応答であり、それらの列のうちの１つが劣化している。グラフ９０２は、３０個のすべての列（これらの列のうちの１つが劣化している）に対して単一のグローバルな最大電力ポイント追跡を使用し、列の各々に対して局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂ（図６参照）を使用したときのテストモジュールの応答である。グラフ９０２は、９９％の効率の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂを想定している。グラフ９０１は、理想的な場合におけるグラフ９０２と同じであり、１００％の効率の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂである。
【００３６】
図９からわかるように、単一列の劣化が約８％を超える場合には、従来の最大電力ポイント追跡アプローチ（グラフ９０３）は、テストモジュールから利用できる最大電力を回復しない。実際に、個々の列の性能の低下が約１５％を超える場合には、従来のアプローチは、劣化した列がゼロの電力を提供するバイアスポイントにおいてテストモジュール全体を利用する。これとは対照的に、局所電力ポイント最適化（グラフ９０２及び９０１）によれば、テストモジュールのすべての列は、それらの列の性能が他に対してどれだけ低下しているかに関係なく、負荷に常に電力を供給することを保証する。ちなみに、理想的な場合である、１００％の効率の局所電力ポイント最適化（グラフ９０１）では、安全ダイオード（たとえばダイオードＤ２）は順方向にはバイアスされないことが保証される。
【００３７】
図１０は、３０個の列を具備するテスト用の太陽電池モジュールのシミュレートされた応答を示す。この場合、各列は２４個の太陽電池を有する。垂直軸は、テストモジュールの回復可能な電力をワット単位で表し、水平軸は、２つの列の性能劣化を％単位で表している。図１０において、グラフ９０６は、３０個のすべての列（これらの列のうちの２つが劣化している）に対して単一のグローバルな最大電力ポイント追跡を使用したときのテストモジュールの応答である。グラフ９０５は、３０個のすべての列（これらの列のうちの２つが劣化している）に対して単一のグローバルな最大電力ポイント追跡を使用し、列の各々に対して局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂを使用したときのテストモジュールの応答である。グラフ９０５は、９９％の効率の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂを想定している。グラフ９０６は、理想的な場合におけるグラフ９０５と同じであり、１００％の効率の局所電力ポイントオプティマイザ４０２Ｂである。
【００３８】
図１０からわかるように、テストモジュールの３０個の列のうちの２つの性能劣化が２０％の場合には、９９％の効率の局所電力ポイント最適化（グラフ９０５）は、従来のアプローチ（グラフ９０６）に比べて、テストモジュールから９０Ｗ（１１０Ｗ−２０Ｗ）だけ多く取り出すことができる。
【００３９】
本発明の特定の実施形態を提示したが、これらの実施形態は、説明のためのものであって限定するためのものではないことが理解されよう。本開示を読んだ当業者には多くの追加の実施形態が明らかになろう。
［項目１］
上記第１のトランジスタはＰＦＥＴからなる。
［項目２］
上記第１のトランジスタはＮＦＥＴからなる。
［項目３］
上記第１のトランジスタをオンに切り換えることができるように上記第１のトランジスタのゲートに追加の電圧を供給するように構成された電圧源をさらに備える。
［項目４］
太陽電池の上記対応するグループの両端間に接続されたダイオードであって、太陽電池の上記対応するグループの通常動作の間、逆バイアスされるように構成されたダイオードをさらに備える。
［項目５］
上記第１のトランジスタがオフに切り換えられているときに、太陽電池の上記対応するグループによって充電されるように構成されたコンデンサをさらに備える。
［項目６］
上記決定された動作状態が、上記太陽電池のグループが最大電力を生成する、該太陽電池のグループの電圧出力及び電流出力を含む。
［項目７］
上記電気回路は、第１のトランジスタを変調して太陽電池の前記対応するグループを、上記装置に電気的に接続し、及び、上記装置から電気的に切り離し、これによって、太陽電池の上記対応するグループが上記目標電力出力を生成するようにする。
［項目８］
上記電気回路は、上記第１のトランジスタと第２のトランジスタを同期して切り換えて、太陽電池の上記対応するグループを、上記装置に電気的に接続し、及び、上記装置から電気的に切り離し、これによって、太陽電池の上記対応するグループが上記目標電力出力を生成するようにする。
［項目９］
上記第１のトランジスタはＰＦＥＴからなり、上記第２のトランジスタはＮＦＥＴからなる。
［項目１０］
上記第１のトランジスタはＮＦＥＴからなる。
【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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