(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の効率及び電力出力を増大させる太陽電池管理システム及びこのシステムを製作し使用する方法を提供する。【解決手段】光起電デバイスを発電モードで動作させる方法であって、電圧源から供給される電圧信号の第１の構成要素を前記光起電デバイスに印加するステップであって、第１の構成要素は正の大きさの一連の電圧パルスを有し、前記光起電デバイスにわたって外部電場を生成するオン状態を含むステップと、隣接する第１の構成要素間の所定の時間間隔Ｄの間、電圧信号の第２の構成要素を光起電デバイスに印加するステップであって、所定の時間間隔Ｄの間、前記電圧源は前記光起電デバイスに電位を供給しないステップ、を有する【選択図】図５Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電デバイスを発電モードで動作させる方法であって、
電圧源から供給される電圧信号の第１の構成要素を前記光起電デバイスに印加するステップであって、当該第１の構成要素は正の大きさの一連の電圧パルスを有し、前記光起電デバイスにわたって外部電場を生成するオン状態を含む、ステップと、
隣接する第１の構成要素間の所定の時間間隔の間、電圧信号の第２の構成要素を前記光起電デバイスに印加するステップであって、前記所定の時間間隔の間、前記電圧源は前記光起電デバイスに電位を供給しない、ステップ、
を有する、方法。
【請求項２】
前記第１の構成要素を印加するステップは、電圧パルサ回路から時変電圧パルスの高電圧を印加するステップを含み、前記第２の構成要素を印加するステップは、前記電圧パルサ回路を遮断するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の構成要素を印加するステップは、電圧源及び前記光起電デバイスを前記電圧源と前記光起電デバイスとの間に配置されるスイッチの第１の位置において接続するステップを含み、
前記第２の構成要素を印加するステップは、前記スイッチの第２の位置において前記電圧源及び前記光起電デバイスを切断するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記光起電デバイスの出力電圧を、前記光起電デバイスにわたって接続された電圧プローブを介してモニタするステップ、又は、
前記光起電デバイスの出力電流を、前記光起電デバイスと当該光起電デバイスによって駆動される負荷との間に結合された電流センサを介してモニタするステップ、
を更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記モニタするステップに基づいて、電力出力を最大にするために、前記電圧源に結合された制御回路を介して前記第１の構成要素の大きさ、持続時間、または周波数を調整するステップ、
を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
光起電デバイスを発電モードで動作させる方法であって、
電圧源を前記光起電デバイスに結合可能にするステップと、
前記電圧源によって生成された電圧信号を、前記光起電デバイスに印加するステップであって、前記電圧信号は、前記光起電デバイスにわたって外部電場を発生させるための正の大きさを有する一連の電圧パルスを含む第１の状態と、隣接する第１の状態間の所定の時間間隔に対応する第２の状態とを有する、ステップと、
を有し、
前記電圧源は、前記所定の時間間隔の間前記光起電デバイスに電位を供給しないことを特徴とする、方法。
【請求項７】
前記電圧源を結合可能にするステップは、
前記光起電デバイスにわたって時変電圧パルスを供給するために、電圧パルサ回路を前記光起電デバイスに結合可能にするステップ、あるいは、
前記電圧源と前記光起電デバイスとの間にスイッチを結合可能にするステップであって、当該スイッチは、第１の状態を制止するために第１の位置で前記電圧源と前記光起電デバイスを接続し、第２の状態を生成するために第２の位置で前記電圧源と前記光起電デバイスとを切断する、ステップ、
を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電圧信号を印加するステップは、
前記電圧パルサ回路のスイッチングトランジスタが第１の状態を生成するためのオン位置にあるときに、前記電圧パルサ回路の高電圧源の出力を前記光起電デバイスに印加するステップと、
前記電圧パルサ回路のパルス発生器が前記スイッチングトランジスタを第２の状態を発生するためのオフ位置に変えるまで、前記高電圧源の前記出力を印加し続けるステップと、
を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記スイッチまたは前記電圧パルサ回路に制御回路を結合可能にするステップをさらに含む、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記光起電デバイスの出力電圧をモニタするために、当該光起電デバイスにわたって電圧プローブを結合可能にするステップ、あるいは、
前記光起電デバイスの出力電流をモニタするために、当該光起電デバイスと当該光起電デバイスの負荷との間に直列に、電流センサを結合可能にするステップ、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力電圧あるいは前記出力電流をモニタするステップと、
電力出力を最大にするために、前記第１の状態の大きさを、当該モニタするステップに基づき前記制御回路を介して調整するステップと、
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電圧信号を印加するステップは第１の方向と第２の方向の少なくとも一方で前記外部電場を生成するステップを含み、
前記第１の方向および前記光起電デバイスの内部電極の極性は、前記光起電デバイスの電力出力を増加させるために同じ方向にあり、前記第２の方向は、前記電力出力を減少させるために前記内部電極の極性の反対方向にあることを特徴とする、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電圧源を結合可能にするステップは、太陽電池、太陽電池アレイ、太陽パネル、あるいは、太陽パネルアレイへ、当該電圧源を結合可能にするステップを含む、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の構成要素を印加するステップは、隣り合う電圧パルスの間に前記電圧信号の前記第２の構成要素を印加するステップを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の構成要素を印加するステップは、選択された隣り合う電圧パルスの間に、前記電圧信号の前記第２の構成要素を印加するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の構成要素を印加するステップは、複数の光起電デバイスの中から選択された光起電デバイスに前記電圧信号の前記第１の構成要素を印加するステップを含み、
前記第２の構成要素を印加するステップは、前記選択された光起電デバイスへ前記電圧信号の前記第２の構成要素を印加するステップを含む、
請求項１〜５，１４，１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の構成要素を印加するステップは、前記複数の光起電デバイスの各々に、前記電圧信号の前記第１の構成要素を印加するステップを含み、
前記第２の構成要素を印加するステップは、前記複数の光起電デバイスの各々に、前記電圧信号の前記第２の構成要素を印加するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の構成要素を印加するステップは、前記電圧パルサ回路のスイッチングトランジスタが、前記第１の構成要素を生成するためのオン位置にあるときに、前記電圧パルサ回路の高電圧源の出力を、前記光起電デバイスに印加するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
前記電圧パルサ回路のパルス発生器が前記スイッチングトランジスタを第２の状態を発生するためのオフ位置に変えるまで、前記高電圧源の前記出力を印加し続けるステップを、さらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記電圧源と前記光起電デバイスとを切断するステップは、前記スイッチが前記第２の位置にあるとき、前記電圧源と前記光起電デバイスによって駆動される負荷との間に電気的絶縁を提供するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項２１】
前記電圧信号を印加するステップは第１の方向または第２の方向で前記外部電場を生成するステップを含み、
前記第１の方向および前記光起電デバイスの内部電極の極性は、前記光起電デバイスの電力出力を増加させるために同じ方向にあり、前記第２の方向は、前記電力出力を減少させるために前記内部電極の極性の反対方向にあることを特徴とする、請求項１〜５，１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の構成要素を印加するステップは、太陽電池、太陽電池アレイ、太陽パネル、あるいは、太陽パネルアレイにわたって、前記外部電場を生成するステップを含む、請求項１〜５，１４〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成が、前記光起電デバイスの出力電力または出力電流を増大させることを特徴とする、請求項１〜５，１４〜２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成が、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を５０％まで増大させる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成が、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を５０％を超えて増大させる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成が、高強度光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を２０％まで増大させる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成が、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％から５０％の範囲で増大させる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項２３に記載の法要。
【請求項２９】
前記出力電力または前記出力電流の増大は、前記光起電デバイスへの入射光の強度、前記光起電デバイスへ印加される前記電圧信号、前記光起電デバイスの厚み、前記電圧パルスのパルス幅、あるいは、前記電圧パルスの周波数に基づく、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記電圧信号を印加するステップは、隣り合う電圧パルスの間に前記第２の状態を印加するステップを含む、請求項６〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記電圧信号を印加するステップは、選択された隣り合う電圧パルスの間に前記第２の状態を印加するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記電圧源を結合可能にするステップは、前記電圧源を、複数の光起電デバイスから選択された光起電デバイスへ結合可能にするステップを含み、
前記電圧信号を印加するステップは、前記電圧源によって生成された前記電圧信号を、前記選択された光起電デバイスへ印加するステップを含む、請求項６−１３，３０，３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記電圧源を結合可能にするステップは、前記電圧源を前記複数の光起電デバイスの各々へ結合可能にするステップを含み、
前記電圧信号を印加するステップは、前記複数の光起電デバイスの各々へ、前記電圧源によって生成された前記電圧信号を印加するステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、前記光起電デバイスの出力電力または出力電流を増大させる、請求項６〜１３，３０〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％まで増大させる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、高強度光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％まで増大させる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％から５０％の範囲で増大させる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記出力電力または前記出力電流の増大は、前記光起電デバイスへの入射光の強度、前記光起電デバイスへ印加された電圧信号、前記光起電デバイスの厚み、前記電圧パルスのパルス幅、または前記電圧パルスの周期に基づく、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
光起電デバイスを発電モードで動作させるシステムであって、
前記光起電デバイスへ電圧信号の第１の構成要素を印加する電圧源であって、当該第１の構成要素は正の大きさの一連の電圧パルスを有し、前記光起電デバイスにわたって外部電場を生成するオン状態を含むものである、電圧源を備え、
前記電圧源は、隣接する第１の構成要素間の所定の時間間隔の間、前記電圧信号の第２の構成要素を前記光起電デバイスに印加し、
前記所定の時間間隔の間、前記電圧源は前記光起電デバイスに電位を供給しないことを特徴とする、システム。
【請求項４２】
光起電デバイスを発電モードで動作させるシステムであって、
前記光起電デバイスに結合される電圧源と、
前記電圧源によって生成される電圧信号を前記光起電デバイスへ印加するためのコントローラであって、前記電圧信号は、前記光起電デバイスにわたって外部電場を発生させるための正の大きさを有する一連の電圧パルスを含む第１の状態と、隣接する第１の状態間の所定の時間間隔に対応する第２の状態とを有する、コントローラと、
を備え、
前記電圧源は、前記所定の時間間隔の間、前記光起電デバイスへ電位を供給しないことを特徴とする、システム。
【請求項４３】
前記電圧源は、時変電圧パルスの高電圧を印加するための電圧パルサ回路を含み、当該電圧パルサ回路は前記第２の構成要素を印加するために遮断される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記電圧源と前記光起電デバイスとの間に配置されるスイッチを含み、
前記第１の構成要素を印加するために、前記スイッチの第１の位置において前記電圧源が前記光起電デバイスと結合され、
前記第２の構成要素を印加するために、前記スイッチの第２の位置において前記電圧源が前記光起電デバイスから切断される、請求項４１又は４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記光起電デバイスの出力電圧をモニタするための、前記光起電デバイスにわたって接続される電圧プローブ、及び／または、
前記光起電デバイスの出力電流をモニタするための、前記光起電デバイスと当該光起電デバイスによって駆動される負荷との間に結合された電流センサ、
を更に含む、請求項４１，４３，４４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項４６】
前記電圧源に結合され、前記モニタされた出力電圧及び／または前記モニタされた出力電流に基づいて、前記光起電デバイスの電力出力を最大にするために前記第１の構成要素の大きさ、持続時間、または周波数を調整する制御回路、
を更に含む、請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記電圧源が、前記光起電デバイスに結合され、当該光起電デバイスにわたり時変電圧パルスを供給する電圧パルサ回路であって、前記時変電圧パルスは前記第１の状態と前記第２の状態を供給する電圧パルサ回路を備える、または、
前記システムが、さらに、前記電圧源と前記光起電デバイスとの間に結合されたスイッチであって、当該スイッチは、前記第１の状態を生成するための第１の位置において、前記電圧源と前記光起電デバイスとを結合し、前記第２の状態を生成するための第２の位置に置いて、前記電圧源と前記光起電デバイスとを切断する、スイッチを備える、
ことを特徴とする、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４８】
前記電圧パルサ回路が、スイッチングトランジスタ、パルス発生器、高電圧源を含み、
前記高電圧源は、前記スイッチングトランジスタが前記第１の状態を生成するためのオン位置にあるときに、前記光起電デバイスへ高電圧出力を印加し、前記パルス発生器が前記スイッチングトランジスタを前記第２の状態を生成するためのオフ位置へ変えるまで、前記高電圧出力の印加を続ける、
ことを特徴とする、請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記スイッチまたは前記電圧パルサ回路と結合された制御回路をさらに含む、請求項４７または４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記光起電デバイスの出力電圧をモニタするために前記光起電デバイスにわたって接続された電圧プローブ、および／または、
前記光起電デバイスの出力電流をモニタするために、前記光起電デバイスの負荷と前記光起電デバイスとの間に直列に結合された、電流センサ、
をさらに含むことを特徴とする、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記制御回路は、前記モニタされた出力電圧及び／または前記モニタされた出力電流に基づいて、前記光起電デバイスの電力出力が最大となるよう、前記第１の状態の大きさを調整する、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
前記外部電場は、少なくとも第１の方向と第２の方向のいずれか一方で生成され、
前記第１の方向および前記光起電デバイスの内部電極の極性は、前記光起電デバイスの電力出力を増加させるために同じ方向にあり、
前記第２の方向は、前記電力出力を減少させるために前記内部電極の極性の反対方向にあることを特徴とする、請求項４２，４７〜５１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５３】
前記光起電デバイスは、太陽電池、太陽電池アレイ、太陽パネル、あるいは、太陽パネルアレイを含むことを特徴とする、請求項４２，４７〜５１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５４】
前記電圧源は、隣接する電圧パルスの間に、前記電圧信号の前記第２の構成要素を印加する、請求項４１，４３〜４６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５５】
前記電圧源は、選択された隣接する電圧パルスの間に、前記電圧信号の前記第２の構成要素を印加する、請求項４１，４３〜４６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５６】
前記電圧源は、複数の光起電デバイスから選択された光起電デバイスへ、前記電圧信号の前記第１の構成要素と前記第２の構成要素を印加する、請求項４１，４３〜４６，５４，５５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５７】
前記電圧源は、前記複数の光起電デバイスの各々に、前記電圧信号の前記第１の構成要素と前記第２の構成要素を印加する、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記電圧パルサ回路は、スイッチングトランジスタと、高電圧源とを含み、
前記スイッチングトランジスタが前記第１の構成要素を生成するためのオン位置にあるとき、前記光起電デバイスへ高電圧出力が印加されることを特徴とする、請求項４３に記載のシステム。
【請求項５９】
前記電圧パルサ回路は、パルス発生器を含み、
前記高電圧源は、前記パルス発生器が前記スイッチングトランジスタを前記第２の構成要素を生成するためのオフ位置へ変えるまで、前記高電圧出力を印加しつづけることを特徴とする、請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
前記スイッチは、前記第２の位置において、前記電圧源と前記光起電デバイスによって駆動される負荷との間に、電気的絶縁を提供することを特徴とする、請求項４４に記載のシステム。
【請求項６１】
前記外部電場は第１の方向または第２の方向で生成され、
前記第１の方向と前記光起電デバイスの内部電極の極性は、前記光起電デバイスの電力出力を増加させるために同じ方向にあり、
前記第２の方向は、前記電力出力を減少させるために前記内部電極の極性の反対方向にあることを特徴とする、請求項４１，４３〜４６，５４〜６０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６２】
前記光起電デバイスは、太陽電池、太陽電池アレイ、太陽パネル、または、太陽パネルアレイを含むことを特徴とする、請求項４１，４３〜４６，５４〜６１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６３】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の生成は、前記光起電デバイスの出力電力または出力電流を増大させることを特徴とする、請求項４１，４３〜４６，５４〜６２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６４】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記生成は、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％まで増大させる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記生成は、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６６】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記生成は、高強度光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％まで増大させる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６７】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記生成は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％から５０％の範囲で増大させる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６８】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記生成は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６９】
前記出力電力または前記出力電流の増大は、前記光起電デバイスへの入射光の強度、前記光起電デバイスへ印加される前記電圧信号、前記光起電デバイスの厚み、前記電圧パルスのパルス幅、または、前記電圧パルスの周波数に基づく、請求項６３に記載のシステム。
【請求項７０】
前記電圧源は、隣接する電圧パルスの間に、前記第２の状態を印加する、請求項４２，４７〜５３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７１】
前記電圧源は、選択された隣接する電圧パルスの間に、前記第２の状態を印加する、請求項７０に記載のシステム。
【請求項７２】
前記電圧源は、複数の光起電デバイスから選択された光起電デバイスに結合され、当該選択された光起電デバイスへ前記電圧信号を印加する、請求項４２，４７〜５３，７０，７１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７３】
前記電圧源は、前記複数の光起電デバイスの各々に結合され、前記複数の光起電デバイスの各々へ前記電圧信号を印加する、請求項７２に記載のシステム。
【請求項７４】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の印加は、前記光起電デバイスの出力電圧または出力電流を増大させる、請求項４２，４７〜５３，７０〜７３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７５】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記印加は、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％まで増大させる、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７６】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記印加は、低光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７７】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記印加は、高強度光状況下において、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％まで増大させる、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７８】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記印加は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、２０％から５０％の範囲で増大させる、請求項７４に記載のシステム。
【請求項７９】
前記光起電デバイスにわたる前記外部電場の前記印加は、前記光起電デバイスの前記出力電力または前記出力電流を、５０％を超えて増大させる、請求項７４に記載のシステム。
【請求項８０】
前記出力電力または前記出力電流の増大は、前記光起電デバイスへの入射光の強度、前記光起電デバイスへ印加される前記電圧信号、前記光起電デバイスの厚み、前記電圧パルスのパルス幅、または、前記電圧パルスの周波数に基づく、請求項７４に記載のシステム。
【請求項８１】
前記第１の構成要素を印加するステップは、前記光起電デバイスの構造的変化を伴わずに、前記光起電デバイスへ前記第１の構成要素を印加するステップを含む、請求項１〜５，１４〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８２】
前記第１の構成要素を印加するステップは、前記光起電デバイスの１つまたは複数の外部電極へ、前記第１の構成要素を印加するステップを含む、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記スイッチが前記第１の位置にある間、前記光起電デバイスによって駆動される負荷における電圧降下を軽減するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８４】
前記電圧降下を軽減するステップは、前記スイッチが前記第１の位置にある間、エネルギー貯蔵デバイスから前記負荷へエネルギーを供給するステップを含む、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記エネルギー貯蔵デバイスは、キャパシタ、インダクタ、および／または、電池を含む、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
前記電圧降下を軽減するステップは、前記スイッチが前記第２の位置にある間、前記光起電デバイスによって生成されたエネルギーを貯蔵するステップを含む、請求項８３〜８５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８７】
前記光起電デバイスによって生成された前記エネルギーは、エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵される、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記エネルギー貯蔵デバイスは、キャパシタ、インダクタ、および／または、電池を含む、請求項８７に記載の方法。
【請求項８９】
前記複数の光起電デバイスは、直列デバイス構成で、並列デバイス構成で、あるいは、それらの組合せで配置される、請求項１６に記載の方法。
【請求項９０】
前記電圧信号の前記第１の構成要素および／または前記第２の構成要素の、周波数、大きさ、期間、繰り返し率、および持続時間のうちの少なくとも１つを制御するステップをさらに含む、請求項１〜５，１４〜２９，８１〜８９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９１】
前記制御するステップは、前記光起電デバイスの出力電流および／または前記光起電デバイスの出力電圧に基づいて、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間のうち少なくとも１つを制御する、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
前記光起電デバイスの出力電流および／または前記光起電デバイスの出力電圧を測定するステップをさらに含み、
前記制御するステップは、少なくとも当該測定するステップに部分的に基づいて、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間のうち少なくとも１つを制御する、請求項９０または９１に記載の方法。
【請求項９３】
前記出力電流を測定するステップは、前記光起電デバイスの前記出力電流を、前記光起電デバイスと前記光起電デバイスによって駆動される負荷との間に直列に結合された電流センサを介して測定し、および／または、
前記出力電圧を測定するステップは、前記光起電デバイスの前記出力電圧を、前記光起電デバイスにわたり結合された電圧プローブを介して測定する、
ことを特徴とする、請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
前記光起電デバイスによって生成される、前記外部電場および／または前記出力電圧、前記出力電流および／または前記出力電力を、前記制御ステップを介して調整するステップをさらに有する、請求項９０〜９３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９５】
前記調整するステップは、前記光起電デバイスによって生成される前記出力電圧、前記出力電流、および／または前記出力電力を最大にするステップを含む、請求項９４に記載の方法。
【請求項９６】
前記電圧信号を印加するステップは、前記光起電デバイスの構造的変化を伴わずに、前記光起電デバイスに前記第１の状態を印加するステップを含む、請求項６〜１３，３０〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９７】
前記電圧信号を印加するステップは、前記光起電デバイスの１つまたは複数の外部電極に前記第１の状態を印加するステップを含む、請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
前記スイッチが前記第１の位置にある間、前記光起電デバイスによって駆動される負荷における電圧降下を軽減するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９９】
前記軽減するステップは、前記スイッチが前記第１の位置にある間、エネルギー貯蔵デバイスから前記負荷へエネルギーを供給するステップを含む、請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
前記エネルギー貯蔵デバイスは、キャパシタ、インダクタ、および／または電池を含む、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
前記軽減するステップは、前記スイッチが前記第２の位置にある間、前記光起電デバイスにより生成されたエネルギーを貯蔵するステップを含む、請求項９８〜１００のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０２】
前記生成されたエネルギーはエネルギー貯蔵デバイスに貯蔵される、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
前記エネルギー貯蔵デバイスは、キャパシタ、インダクタ、および／または電池を含む、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記複数の光起電デバイスは、直列デバイス構成で、並列デバイス構成で、あるいは、それらの組合せで配置される、請求項３２に記載の方法。
【請求項１０５】
前記電圧信号の前記第１の状態および／または前記第２の状態の、周波数、大きさ、期間、繰り返し率、および持続時間の少なくとも１つを制御するステップをさらに含む、請求項６〜１３，３０〜４０、９６〜１０４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０６】
前記制御するステップは、前記光起電デバイスの出力電流および／または前記光起電デバイスの出力電圧に基づいて、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、前記持続時間の少なくとも１つを制御する、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記光起電デバイスの前記出力電流および／または前記光起電デバイスの前記出力電圧を測定するステップをさらに含み、
前記制御するステップは、少なくとも当該測定するステップに部分的に基づいて、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間のうち少なくとも１つを制御する、請求項１０５または１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記出力電流を測定するステップは、前記光起電デバイスの前記出力電流を、前記光起電デバイスと前記光起電デバイスによって駆動される負荷との間に直列に結合された電流センサを介して測定し、および／または、
前記出力電圧を測定するステップは、前記光起電デバイスの前記出力電圧を、前記光起電デバイスにわたり結合された電圧プローブを介して測定する、
ことを特徴とする、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記光起電デバイスによって生成される、前記外部電場および／または前記出力電圧、前記出力電流および／または前記出力電力を、前記制御ステップを介して調整するステップをさらに有する、請求項１０５〜１０８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１０】
前記調整するステップは、前記光起電デバイスによって生成される前記出力電圧、前記出力電流、および／または前記出力電力を最大にするステップを含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記電圧源は、前記光起電デバイスの構造的変化を伴わずに、前記光起電デバイスに前記第１の構成要素を印加する、請求項４１，４３〜４６，５４〜６９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１２】
前記電圧源は前記光起電デバイスの１つまたは複数の外部電極へ前記第１の構成要素を印加する、請求項１１１に記載のシステム。
【請求項１１３】
前記スイッチが前記第１の位置にあるときに、前記光起電デバイスによって駆動される負荷における電圧降下を軽減する手段をさらに備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項１１４】
前記軽減する手段は、前記スイッチが前記第１の位置にあるときに、前記負荷にエネルギーを供給する手段を含む、請求項１１３に記載のシステム。
【請求項１１５】
前記エネルギーを供給する手段は、キャパシタ、インダクタおよび／または電池を含む、請求項１１４に記載のシステム。
【請求項１１６】
前記軽減する手段は、前記スイッチが第２の位置にある間、前記光起電デバイスによって生成されたエネルギーを貯蔵する手段を含む、請求項１１３〜１１５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記エネルギーを貯蔵する手段は、キャパシタ、インダクタ、および／または電池を含む、請求項１１６に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記複数の光起電デバイスは、直列デバイス構成で、並列デバイス構成で、あるいは、それらの組合せで配置される、請求項５６に記載のシステム。
【請求項１１９】
前記電圧信号の前記第１の構成要素および／または前記第２の構成要素の、周波数、大きさ、期間、繰り返し率、および持続時間の少なくとも１つを制御する手段をさらに含む、請求項４１，４３〜４６，５４〜６９，１１１〜１１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２０】
前記制御する手段は、前記光起電デバイスの出力電流および／または前記光起電デバイスの出力電圧に基づき、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間の少なくとも１つを制御する、請求項１１９に記載のシステム。
【請求項１２１】
前記光起電デバイスの前記出力電流および／または前記光起電デバイスの前記出力電圧を測定する手段をさらに含み、
前記制御する手段は、少なくとも当該測定された前記出力電流および／または前記出力電圧に部分的に基づいて、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間のうち少なくとも１つを制御する、請求項１１９または１２０に記載のシステム。
【請求項１２２】
前記測定する手段は、
前記光起電デバイスと前記光起電デバイスによって駆動される負荷との間に直列に結合され、前記光起電デバイスの前記出力電流を測定する電流センサ手段、および／または、
前記光起電デバイスにわたり結合され、前記光起電デバイスの前記出力電圧を測定する電圧測定手段、
を含む、請求項１２１に記載のシステム。
【請求項１２３】
前記制御手段は、前記光起電デバイスによって生成された、前記外部電場および／または出力電圧、出力電流および／または出力電力を調整する、請求項１１９〜１２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２４】
前記制御手段は、前記光起電デバイスによって生成された、前記出力電圧、前記出力電流、および／または前記出力電力を最大にする請求項１２３に記載のシステム。
【請求項１２５】
前記電圧源は、前記光起電デバイスの構造的変化を伴わずに、前記光起電デバイスに前記電圧信号を印加する、請求項４２，４７〜５３，７０〜８０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２６】
前記電圧源は、前記光起電デバイスの１つまたは複数の外部電極へ前記電圧信号を印加する、請求項１２５に記載のシステム。
【請求項１２７】
前記スイッチが前記第１の位置にある間、前記光起電デバイスによって駆動される負荷における電圧降下を軽減する手段をさらに含む、請求項４７に記載のシステム。
【請求項１２８】
前記軽減する手段は、前記スイッチが前記第１の位置にある間、前記負荷にエネルギーを供給する手段を含む、前記請求項１２７に記載のシステム。
【請求項１２９】
前記エネルギーを供給する手段は、キャパシタ、インダクタ、および／または電池を含む、請求項１２８に記載のシステム。
【請求項１３０】
前記軽減する手段は、前記スイッチが第２の位置にある間、前記光起電デバイスによって生成されるエネルギーを貯蔵する手段を含む、請求項１２７〜１２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３１】
前記エネルギーを貯蔵する手段は、キャパシタ、インダクタ、および／または電池を含む、請求項１３０に記載のシステム。
【請求項１３２】
前記複数の光起電デバイスは、直列デバイス構成で、並列デバイス構成で、あるいは、それらの組合せで配置される、請求項７２に記載のシステム。
【請求項１３３】
前記電圧信号の前記第１の状態および／または前記第２の状態の、周波数、大きさ、期間、繰り返し率、および持続時間の少なくとも１つを制御する手段をさらに含む、請求項４２，４７〜５３，７０〜８０，１２５〜１３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３４】
前記制御する手段は、前記光起電デバイスの出力電流および／または前記光起電デバイスの出力電圧に基づき、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間の少なくとも１つを制御する、請求項１３３に記載のシステム。
【請求項１３５】
前記光起電デバイスの出力電流および／または前記光起電デバイスの出力電圧を測定する手段をさらに含み、
前記制御する手段は、少なくとも当該測定された前記出力電流および／または前記出力電圧に部分的に基づいて、前記周波数、前記大きさ、前記期間、前記繰り返し率、および前記持続時間のうち少なくとも１つを制御する、請求項１３３または１３４に記載のシステム。
【請求項１３６】
前記測定する手段は、
前記光起電デバイスと前記光起電デバイスによって駆動される負荷との間に直列に結合され、前記光起電デバイスの前記出力電流を測定する電流センサ手段、および／または、
前記光起電デバイスにわたり結合され、前記光起電デバイスの前記出力電圧を測定する電圧測定手段、
を含む、請求項１３５に記載のシステム。
【請求項１３７】
前記制御手段は、前記光起電デバイスによって生成された、前記外部電場および／または出力電圧、出力電流および／または出力電力を調整する、請求項１３３〜１３６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３８】
前記制御手段は、前記光起電デバイスによって生成された、前記出力電圧、前記出力電流、および／または前記出力電力を最大にする請求項１３７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１４年２月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／９４３，１２７号、２０１４年２月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／９４３，１３４号、２０１４年３月３日に出願された米国仮特許出願第６１／９４７，３２６号、及び２０１４年７月８日に出願された米国特許出願第６２／０２２，０８７号の利益を主張するものであり、これらの開示は、全体的に参照により本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般的には光起電デバイスに関し、より詳細には、例えば、太陽電池にわたり外部電場を印加して調整することにより、１つ又は複数の太陽電池の電力又は生成エネルギー及び全体効率を最大にするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽電池（光起電電池とも呼ばれる）は、「光起電効果」として知られるプロセスにより、光のエネルギーを電気に直接変換する電気デバイスである。光に露出されると、太陽電池は、いかなる外部電圧源にも取り付けられずに、電流を生成し、サポートすることができる。
【０００４】
最も一般的な太陽電池は、図１に示される太陽電池１００内の半導体材料等の半導体材料（例えば、シリコン）から製作されるｐ−ｎ接合１１０からなる。例えば、ｐ−ｎ接合１１０は、ｐ型シリコンのより厚い層の上にｎ型シリコンの超薄層からなる薄いウェーハを含む。これらの２つの層が接触する場所において、太陽電池１００の上面近傍で電場（図示せず）が生成され、高電子濃度の領域（ｐ−ｎ接合１１０のｎ型側）から低電子濃度の領域（ｐ−ｎ接合１１０のｐ型側）への電子の拡散が生じる。
【０００５】
ｐ−ｎ接合１１０は、２つの導電性電極１０１ａと１０１ｂとの間に封入される。上部電極１０１ａは、入射（太陽）放射線を透過するか、又は太陽電池１００の上部を全体的には覆わない。電極１０１ａ、１０１ｂは、直列結合される外部負荷３０に接続された抵抗金属半導体接点として機能することができる。抵抗性のみが示されるが、負荷３０は抵抗成分及び反応成分の両方を含むこともできる。
【０００６】
通常、複数の太陽電池１００が一緒に結合されて（直列及び／又は並列）、太陽パネル１０（図２に示される）を形成する。図２を参照して、少なくとも１つの太陽パネル１０を使用する典型的な設置構成を示す。太陽パネル１０は、図２に示されるように並列に、直列に、又はそれらの組合せで接続され、インバータ３１等の負荷に取り付けることができる。インバータ３１は、抵抗成分及び反応成分の両方を含むことができる。
【０００７】
図１に戻ると、光子が太陽電池１００に衝突すると、光子は、太陽電池材料を一直線に透過する−これは一般に、エネルギーのより低い光子の場合に生じる−か、太陽電池の表面から反射されるか、又は好ましくは、太陽電池材料に吸収される−光子エネルギーがシリコンバンドギャップよりも高い場合−電子−正孔対を生成する。
【０００８】
光子が吸収される場合、光子のエネルギーは太陽電子材料内の電子に与えられる。通常、この電子は荷電子帯にあり、近傍の原子間の共有結合において強く結合され、したがって、遠くに移動することができない。光子によって電子に与えられたエネルギーは、電子を伝導帯に「励起」させ、伝導帯では、電子は太陽電池１００内で自在に動き回ることができる。電子が前に一部であった共有結合はここでは、１つ少ない電子を有する−これは正孔として知られている。共有結合の欠損の存在により、近傍の原子の結合電子は正孔内に移動することができ、別の正孔を後に残す。このようにして、正孔も太陽電池１００を通して効率的に移動することができる。したがって、太陽電池１００に吸収された光子は、可動電子−正孔対を生成する。
【０００９】
可動電子−正孔対は、電極１０１ａ、１０１ｂに向かって拡散又はドリフトする。通常、電子は、負電極に向かって拡散／ドリフトし、正孔は正電極に向かって拡散／ドリフトする。キャリア（例えば、電子）の拡散は、キャリアが電場によって捕捉されるまで、ランダム熱運動に起因する。キャリアの拡散は、太陽電池１００の活性場にわたり確立される電場によって駆動される。薄膜太陽電池では、電荷キャリア分離の支配的なモードは、薄膜太陽電池の厚さ全体を通して延びるｐ−ｎ接合１１０の静電場によって駆動されるドリフトである。しかし、活性領域に電場が略ないより厚い太陽電池の場合、電荷キャリア分離の支配的なモードは拡散である。少数キャリアの拡散長（すなわち、光子生成キャリアが再結合される前に移動することができる長さ）は、より厚い太陽電池では長くなければならない。
【００１０】
最終的に、ｐ−ｎ接合１１０のｎ型側に生成され、ｐ−ｎ接合１１０によって「収集」され、ｎ型側に掃引される電子は、電力を外部負荷３０に提供し（電極１０１ａを介して）、太陽電池１００のｐ型側に戻る（電極１０１ｂを介して）ことができる。ｐ型側に戻ると、電子は、ｐ型側の電子−正孔対として生成されるか、又はｎ型側からｐ−ｎ接合１１０にわたり掃引された正孔と再結合することができる。
【００１１】
図１に示されるように、電子−正孔対は、電子−正孔対が生成されるポイントから電子−正孔対が電極１０１ａ、１０１ｂにおいて収集されるポイントまで回り道を移動する。電子−正孔対が移動する経路は長いため、電子又は正孔が別の正孔又は電子と再結合する十分な機会が存在し、再結合は、任意の外部負荷３０への電流の損失を生じさせる。別の言い方をすれば、電子−正孔対が生成されるとき、キャリアの１つはｐ−ｎ接合１１０に到達し（収集キャリア）、太陽電池１００によって生成される電流に寄与し得る。代替的には、キャリアは、セル電流に正味の寄与を有さずに再結合することができる。電荷再結合は、量子効率（すなわち、太陽電池１００場合、電流に変換される光子の割合）を下げ、したがって、太陽電池１００の全体効率を下げる。
【００１２】
太陽電池１００又は太陽パネル１０のコストは通常、公称条件下で生成することができるピーク電力のワット当たりのドル数という単位で与えられる。高効率太陽電池は、太陽エネルギーのコストを低減させる。太陽発電システム又は太陽発電所のコストの多くは、必要とされる太陽パネルの数及びパネルを搭載するために必要な（土地）面積に比例する。効率の高い太陽電池ほど、所与のエネルギー出力で必要とされる太陽パネルの数及びシステムの配備に必要な面積を低減することができる。パネル数及び使用スペースのこの低減は、セル自体のコストがより高い場合であっても、発電所の合計コストを低減し得る。
【００１３】
最終的な目標は、太陽発電のコストを、天然ガス、石炭、及び／又は燃料油を利用して発電する従来の発電所に匹敵させるか、又はそれ未満にすることである。大規模な中央発電所を必要とする最も従来的な発電手段とは異なり、太陽発電システムは、電気事業者による大規模な中央ロケーション、電力のコストの相殺に役立つように商業ビルに、及び住宅毎に配備することができる。
【００１４】
太陽電池のコストを低減し、効率を増大させる最近の試みは、太陽電池に使用される様々な材料及び様々な製作技法をテストすることを含む。別の手法は、ｐ−ｎ接合１１０の周囲に形成される空乏領域を強化して、太陽電池１００を通る電荷キャリアの移動を強化しようと試みる。例えば、１９９１年５月３日に出願され、Ｈｉｎｇｏｒａｎｉらに付与された米国特許第５，２１５，５９９号明細書（「Ｈｉｎｇｏｒａｎｉ」）及び２０１０年１２月３日の出願日への優先権を主張する２０１１年１２月２日に出願され、Ｆｏｒｎａｇｅに付与された米国特許第８，４６６，５８２号明細書（「Ｆｏｒｎａｇｅ」）を参照のこと。これらの開示は全体的に、参照により本明細書に援用される。
【００１５】
しかし、太陽電池１００を通る電荷キャリアの移動を強化するこれらの従来の手法では、太陽電池１００の基礎構造を変更する必要がある。Ｈｉｎｇｏｒａｎｉ及びＦｏｒｎａｇｅは、例えば、変更された太陽電池構造を使用する太陽電池に外部電場を印加することを開示している。外部電場を印加するには、電場を誘導する電極間に電圧を印加する必要がある（以下の式２を参照して更に詳細に説明する）。太陽電池１００の基礎構造を変更しない場合、電圧を太陽電池１００の既存の電極１０１ａ、１０１ｂに印加すると、外部負荷３０を通して印加電圧が短絡する。別の言い方をすれば、太陽電池１００の電極１０１ａ、１０１ｂへの電圧の印加は、外部電場を生成し、電荷キャリアの移動を強化するには非効率である。したがって、Ｈｉｎｇｏｒａｎｉ及びＦｏｒｎａｇｅに開示される手法等の従来の手法では、太陽電池１００のベースに１組の外部（且つ電気的に絶縁された）電極を挿入すること等により、太陽電池１００の基礎構造を変更する必要がある。この手法には幾つかの欠点がある。
【００１６】
例えば、外部電極は、製作プロセス中に太陽電池１００に配置されなければならない−外部電極を既存の太陽電池又はパネルに追加導入することは略不可能である。製作プロセスへのこの変更は、製造コストを大幅に増大させるとともに、製造歩留まりを大幅に低減する。さらに、太陽電池１００の前側、すなわち入射側を覆うように外部電極を配置することは、太陽電池１００に達する光エネルギーを低減させ、それにより、生成される電力出力を低下させる。
【００１７】
更なる欠点として、太陽電池１００の電力出力の大幅な改善をもたらすために、かなりの電圧を太陽電池１００の外部電極に印加しなければならない。例えば、Ｆｏｒｎａｇｅは、印加される電場を効率的にし、太陽電池１００の電力出力を増大させるために、約「１，０００代」のボルトの電圧を外部電極に供給しなければならないことを開示している。この電圧の大きさは、サービス提供に特殊な訓練と、既存又は新しい太陽パネル配備に現在存在していない追加の高電圧機器及び配線とを必要とする。例として、外部電極と太陽電池１００との間の絶縁層は、高い印加電圧に耐えるのに十分でなければならない。絶縁層の不具合が生じる場合、太陽電池１００のみならず、故障した太陽電池に直列接続又は並列接続された全ての太陽パネル１０及び外部負荷３０（又はインバータ３１）も破損する大きなリスクがある。
【００１８】
更なる欠点として、変動する照明状況（例えば、雲が太陽を覆うこと及び／又は通常の天気変動に起因する）は、従来の太陽電池及び太陽パネルの電力出力に不安定性を生じさせるおそれがある。例えば、図２を参照すると、インバータ３１は通常、静的で変動しない電圧及び電流入力を必要とする。図２に示されるように、太陽パネル１０は、入力電圧及び入力電流をインバータ３１に提供する。しかし、時変照明状況は、太陽パネル１０からの出力を変動させるおそれがある（例えば、約数秒以下で）。インバータ３１に供給される電圧及び電流の変動は、例えば、周波数、電圧、及び高調波成分に関してインバータ３１によって出力される電力の品質を損なう。変動する照明状況に打ち克つ従来の努力は、インバータ３１の入力に電池又はキャパシタを配置することを含むが、不都合なことに、これらの変動を最小に抑えるのみである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記に鑑みて、従来の太陽電池システムの上述した障害及び欠陥を解消するために、電子−正孔対の可動性の増大投の効率及び電力出力を増大させる改善された太陽電池システム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本開示は、光起電デバイスの電力出力を最適化するシステム並びにそのシステムを使用する方法及び製作する方法に関する。本明細書に開示される第１の態様によれば、光起電デバイスを管理する方法が記載され、本方法は、
電圧信号の第１の構成要素を光起電デバイスに印加することであって、第１の構成要素は、光起電デバイスにわたり外部電場を生成するオン状態を表す、第１の構成要素を印加することと、
電圧信号の第２の構成要素を光起電デバイスに印加することであって、第２の構成要素はオフサイクルを表す、第２の構成要素を印加することと
を含む。
【００２１】
開示される方法の幾つかの実施形態では、第１の構成要素を印加することは、電圧パルサ回路から高電圧の時変電圧パルスを印加することを含み、第２の構成要素を印加することは、電圧パルサ回路を遮断することを含む。
【００２２】
開示される方法の幾つかの実施形態では、第１の構成要素を印加することは、電圧源及び光起電デバイスを電圧源と光起電デバイスとの間に配置されるスイッチの第１の位置において接続することを含み、上記第２の構成要素を印加することは、スイッチの第２の位置において電圧源及び光起電デバイスを切断することを含む。
【００２３】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、光起電出バイスにわたり結合される電圧プローブを介して、光起電デバイスの出力電圧をモニタすることと、光起電デバイスと光起電デバイスによって駆動される負荷との間に直列結合される電流センサを介して、光起電デバイスの出力電流をモニタすることとを更に含む。
【００２４】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、電圧源に結合される制御回路を介して、上記モニタリングに基づいて、第１の構成要素の大きさ、持続時間、及び周波数のうちの少なくとも１つを調整することであって、それにより、電力出力を最大にする、調整することを更に含む。
【００２５】
本明細書に開示される別の態様によれば、光起電デバイスを管理する方法が記載され、本方法は、
電圧源を光起電デバイスに結合できるようにすることと、
電圧源によって生成される電圧信号を光起電デバイスに印加することであって、電圧信号は、光起電デバイスにわたり外部電場を生成する第１の状態と、オフサイクルを表す第２の状態とを有する、電圧信号を印加することと
を含む。
【００２６】
開示される方法の幾つかの実施形態では、電圧源を光起電デバイスに結合できるようにすることは、
光起電デバイスにわたり時変電圧パルスを提供する電圧パルサ回路を光起電デバイスに結合できるようにすることであって、時変電圧パルスは第１の状態及び第２の状態を提供する、電圧パルサ回路を光起電デバイスに結合できるようにすること、及び
スイッチを電圧源と光起電デバイスとの間に結合できるようにすることであって、スイッチは、第１の状態を生成する第１の位置において電圧源及び光起電デバイスを接続し、第２の状態を生成する第２の位置において電圧源及び光起電デバイスを切断する、スイッチを電圧源と光起電デバイスとの間に結合できるようにすること
のうちの少なくとも一方を含む。
【００２７】
開示される方法の幾つかの実施形態では、電圧信号を印加することは、電圧パルサの切り換えトランジスタが、第１の状態を生成するオン位置にあるとき、電圧パルサ回路の高電圧源の出力を光起電デバイスに印加し、電圧パルサ回路のパルス生成器が、切り換えトランジスタを、第２の状態を生成するオフ位置にするまで、上記高電圧源の出力印加を継続することを含む。
【００２８】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、制御回路をスイッチ及び電圧パルサ回路のうちの少なくとも一方に結合できるようにすることを更に含む。
【００２９】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、電圧プローブを光起電デバイスにわたり結合できるようにすることであって、それにより、光起電デバイスの出力電圧をモニタする、電圧プローブを結合できるようにすることと、電流センサを光起電デバイスと光起電デバイスの負荷との間に直列結合できるようにすることであって、それにより、光起電デバイスの電流出力をモニタする、電流センサを直列結合できるようにすることとを更に含む。
【００３０】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、出力電圧及び出力電流をモニタすることと、上記モニタに基づいて、制御回路を介して第１の状態の大きさを調整することであって、それにより、電力出力を最大にする、調整することとを更に含む。
【００３１】
開示される方法の幾つかの実施形態では、電圧信号を印加することは、第１の方向及び第２の方向のうちの少なくとも一方を有する外部電場を生成することを含み、第１の方向及び光起電デバイスの内部電極の極性は同じ方向であり、光起電デバイスの電力出力を増大させ、第２の方向は、内部電極の極性とは逆の方向であり、電力出力を低減する。
【００３２】
開示される方法の幾つかの実施形態では、電圧源を光起電デバイスに結合できるようにすることは、電圧源を太陽電池、太陽電池のアレイ、太陽パネル、及び太陽パネルのアレイのうちの少なくとも１つに結合できるようにすることを含む。
【００３３】
本明細書に開示される別の態様によれば、光起電デバイスを管理する方法が記載され、本方法は、
電圧パルサを光起電デバイスに結合できるようにすることと、
電圧パルサによって生成される電圧信号を光起電デバイスに印加することであって、電圧信号は、光起電デバイスにわたり外部電場を生成する第１の状態と、オフサイクルを表す第２の状態とを有する、電圧信号を印加することと
を含む。
【００３４】
開示される方法の幾つかの実施形態では、電圧信号を印加することは、調整可能な電圧を光起電デバイスに印加することを含む。
【００３５】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、負荷への電圧信号の遮断周波数が所定の周波数よりも高い場合、１つ又は複数の直列インダクタを電圧パルサと光起電デバイスの負荷との間に結合できるようにすることを更に含む。
【００３６】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、電圧パルサに結合される制御回路を介して、第１の状態及び第２の状態の周波数及び持続時間のうちの少なくとも一方を制御することを更に含む。
【００３７】
本明細書に開示される別の態様によれば、光起電デバイスを管理する方法が記載され、本方法は、
スイッチの第１のポートを光起電デバイスに結合できるようにすることと、
スイッチの第２のポートを、光起電デバイスによって駆動される負荷に結合できるようにすることと、
スイッチの第３のポートを電圧源に結合できるようにすることであって、スイッチは、光起電デバイスと電圧源との間に電流路を提供する第１の位置及び光起電デバイスと負荷との間に電流路を提供する第２の位置で動作することができる、第３のポートを電圧源に結合できるようにすることと、
スイッチが第１の位置にあるとき、電圧源によって生成される電圧信号を光起電デバイスに印加することであって、電圧信号は、スイッチが第１の位置にあるとき、光起電デバイスにわたり外部電場を生成する第１の状態と、スイッチが第２の位置にあるとき、電圧源と負荷との間に電気的絶縁を提供する第２の状態とを有する、電圧信号を光起電デバイスに印加することと
を含む。
【００３８】
開示される方法の幾つかの実施形態では、スイッチの第１のポートを光起電デバイスに結合できるようにすることは、双投スイッチの第１のポートを光起電出バイスに結合できるようにすることを含む。
【００３９】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、双投スイッチに結合されるスイッチコントローラを介して、第１の位置と第２の位置とを切り換える周波数及び持続時間のうちの少なくとも一方を制御することを更に含む。
【００４０】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、第１の構成要素の任意の電圧降下を軽減するデバイスを負荷と光起電デバイスとの間に結合できるようにすることを更に含む。
【００４１】
開示される方法の幾つかの実施形態では、電圧信号を印加することは、調整可能な電圧を光起電デバイスに印加することを含む。
【００４２】
開示される方法の幾つかの実施形態では、本方法は、光起電デバイスと負荷との間に直列結合される電流センサによって測定される光起電デバイスの出力電流と、光起電デバイスにわたり結合される電圧プローブによって測定される光起電デバイスの出力電圧とに基づいて、電圧源及びスイッチに結合される制御回路を介して第１の状態及び第２の状態の周波数、大きさ、及び持続時間のうちの少なくとも１つを制御することを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】従来技術の太陽電池の実施形態を示す例示的な上部レベル断面図である。
【図２】図１の太陽電池を使用する従来技術の太陽パネルアレイの一実施形態を示す例示的な上部レベルブロック図である。
【図３】太陽電池管理システムの実施形態を示す例示的な上部レベルブロック図である。
【図４】太陽パネルアレイがスイッチを通して電圧源に結合される、図３の太陽電池管理システムの代替の実施形態を示す例示的なブロック図である。
【図５Ａ】図４の太陽パネルアレイと併用されるスイッチの入力及び出力の時間の関数としての印加電圧を示す例示的な波形である。
【図５Ｂ】図４の太陽パネルアレイと併用されるスイッチの入力及び出力の時間の関数としての印加電圧を示す例示的な波形である。
【図５Ｃ】図４の太陽パネルアレイと併用されるスイッチの入力及び出力の時間の関数としての印加電圧を示す例示的な波形である。
【図５Ｄ】図４の太陽パネルアレイと併用されるスイッチの入力及び出力の時間の関数としての印加電圧を示す例示的な波形である。
【図６】太陽パネルアレイが電圧パルサ回路に結合される、図３の太陽電池管理システムの別の代替の実施形態を示す例示的なブロック図である。
【図７】図６の太陽パネルアレイと共に使用される時間の関数としての印加電圧を示す例示的な波形である。
【図８】図６の電圧パルサ回路の一実施形態を示す例示的なブロック図である。
【図９Ａ】太陽電池管理システムが制御回路を含む、図４の太陽電池管理システムの代替の実施形態を示す例示的なブロック図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示される制御回路の状態図を示す例示的なフローチャートである。
【図１０Ａ】太陽電池管理システムは制御回路を含む、図６の太陽電池管理システムの代替の実施形態を示す例示的なブロック図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示される制御回路の状態図を示す例示的なフローチャートである。
【図１１Ａ】図３の光起電デバイスの改善された電流出力に対する印加電圧の関係の実施形態を示す例示的な波形である。
【図１１Ｂ】図３の光起電デバイスの改善された電流出力に対するパルス周波数の関係の実施形態を示す例示的な波形である。
【図１１Ｃ】図３の光起電デバイスの改善された電流出力に対するパルス幅の関係の実施形態を示す例示的な波形である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図が一定の縮尺で描かれておらず、同様の構造又は機能の要素が一般に、図全体を通して、例示のために同様の参照番号によって表されることに留意されたい。図が、好ましい実施形態の説明の促進のみを意図することにも留意されたい。図は、説明される実施形態のあらゆる態様を示しているわけではなく、本開示の範囲を限定しない。
【００４５】
現在利用可能な太陽電池システムは、光起電電池の電力出力を最大にすることができないため、電子−正孔対の可動性を増大させ、半導体材料での再結合電流を低減する太陽電池システムは、太陽パネルとして構成された太陽電池の効率及び電力出力を増大させる等のために、望ましい太陽電池システムを提供するとともに、多種多様な太陽電池システムのベースを提供することができる。この結果は、図３に示されるような太陽電池管理システム３００により、本明細書に開示される一実施形態により達成することができる。
【００４６】
図３を参照すると、太陽電池管理システム３００は、多種多様な光起電デバイスとの併用に適する。一実施形態では、太陽電池管理システム３００は、図１に示される太陽電池１００との併用に適することができる。例えば、太陽電池１００は、結晶シリコンのウェーハベース電池（第一世代）、非晶質シリコン電池を含む薄膜太陽電池（第二世代）、及び／又は第三世代電池等の太陽電池の任意の適する世代を表すことができる。太陽電池管理システム３００は有利なことに、構造的変更及び関連する欠点なしで、任意の世代の太陽電池１００と併用することができる。
【００４７】
別の実施形態では、太陽電池管理システム３００は、図２に示される太陽パネル１０等の複数の太陽電池１００との併用に適することができる。上述したように、複数の太陽電池１００を一緒に結合して（直列及び／又は並列）、太陽パネル１０を形成することができる。太陽パネル１０は、地面搭載、屋根搭載、ソーラー追跡システム、固定ラック等を介して支持構造体（図示せず）に搭載することができ、地上用途及び衛星搭載用途の両方に利用することができる。同様に、太陽電池管理システム３００は有利なことに、太陽パネル１０の構造的変更及び関連する欠点なしで、任意の世代の太陽電池１０と併用することができる。
【００４８】
図３に示されるように、光起電デバイス２００は電場２５０と協働する。幾つかの実施形態では、電場２５０の極性は、光起電デバイス２００内の電極１０１ａ、１０１ｂ（図１に示される）の極性と同じ方向又は逆の方向のいずれかで印加することができる。例えば、電場２５０を光起電デバイス２００内の電極１０１ａ、１０１ｂの極性と同じ方向で印加する場合、電場２５０は、光起電デバイス２００内の電子−正孔対に作用して、力−ｅ−Ｅ又はｈ＋Ｅを電子又は正孔にそれぞれかけ、それにより、各電極に向けた電子及び正孔の可動性を加速化させる。代替的には、電場２５０の極性が逆になる場合、光起電デバイス２００内の電子−正孔対の可動性は低減し、それにより、光起電デバイス２００内の再結合電流を増大させる。したがって、光起電デバイス２００の効率は、光起電デバイス２００の電力出力の管理等のために、所望に応じて低減することができる。
【００４９】
さらに、光起電デバイス２００に印加される電場２５０は、所望に応じて静的又は時変であることができる。電場２５０は、時変である場合、非ゼロの時間平均大きさを有する。別の言い方をすれば、電子及び正孔への正味の力は非ゼロであり、光起電デバイス２００の電子−正孔対の可動性の増大を提供する。
【００５０】
外部負荷３０（図１に示される）がない状態で、図１の従来の太陽電池１００に印加される場合、外部電圧は太陽電池１００の電極１０１ａ、１０１ｂにわたり印加されて、電場２５０を生成することができる。一実施形態では、電場２５０（例えば、電極１０１ａと１０１ｂとの間）は、式１によって定義される。
【００５１】
【数１】
2019110756.tif 000003
【００５２】
式１中、Ｅは電場２５０を表し、ＶＡＰＰは、光起電デバイス２００に外部から印加される電圧であり、ＶＰは、光起電デバイス２００の電圧出力（例えば、〜３０ボルト）であり、ｔは、電極１０１ａから１０１ｂまでの光起電デバイス２００内の半導体材料の厚さである。例えば、ＶＡＰＰ−ＶＰ＝２００ボルト（公称）であり、厚さｔが約０．０２ｃｍであると仮定すると、電場２５０は約１０Ｋボルト／ｃｍである。式１から、光起電デバイス２００の厚さｔが低減するにつれて（例えば、０．０１ｃｍ未満）、同じ又はより低い電圧を使用して高い電場２５０を生成可能なことが分かる。
【００５３】
上述したように、光起電デバイス２００は通常、太陽電池１００の負荷３０等の外部負荷を駆動する。式１を参照して、外部電圧ＶＡＰＰを、外部負荷３０を駆動する光起電デバイス２００に直接に印加する場合、外部負荷３０は、印加電圧ＶＡＰＰの電圧源から電流を消費する抵抗性構成要素を含むことができる。別の言い方をすれば、光起電デバイス２００に外部電圧ＶＡＰＰを印加することは、式２によって表される電力を全体回路に効率的に供給することができる。
【００５４】
【数２】
2019110756.tif 000004
【００５５】
式２中、ＲＬは外部負荷３０のインピーダンスを表す。幾つかの場合、入力電力は、光起電デバイス２００の電力出力よりもはるかに大きいことができる。したがって、太陽電池管理システム３００は、光起電デバイス２００が生成可能なエネルギー又は光起電デバイス２００にわたり電場を印加することによって得られるエネルギーよりも多くのエネルギーを注入せずに、光起電デバイス２００にわたり電場２５０を印加するように構成される。
【００５６】
太陽電池管理システム３００は、図４に示されるようなスイッチの使用を含め、本明細書に記載される任意の適する手段を使用して外部電圧ＶＡＰＰを光起電デバイス２００に印加することができる。図４を参照すると、光起電デバイス２００は、示されるような太陽電池１００及び／又は太陽パネル１０等の任意の数の光起電デバイスを表すことができる。太陽パネル１０は、示されるように単極双投（又は三路）スイッチ等のスイッチ５５に接続される。一実施形態では、スイッチ５５は、電圧源５０及び外部負荷ＲＬ（例えば、インバータ３１として示される）にも結合される。インバータ３１は、ＤＣ電圧及びＤＣ電流をＡＣ電圧及びＡＣ電流に変換することができ、このＡＣ電圧及びＡＣ電流は通常、従来のＡＣ送電網の電圧及び周波数と互換性を有する。インバータ３１の出力周波数及びＡＣ電流／電圧の振幅は、電流、ロケーション、及び地域の送電要件に基づくことができる。
【００５７】
電圧源５０は、理想的な電圧源、被制御電圧源等を含め、定電圧を維持する任意の適する手段を含むことができる。しかし、図９Ａを参照して以下に示される実施形態等の幾つかの実施形態では、電圧源５０は、可変の調整可能な出力（例えば、時変電圧）を有することができる。スイッチ制御デバイス（又はコントローラ）４５がスイッチ５５に結合されて、太陽パネル１０への接続の持続時間及び／又は電圧源５０とインバータ３１との切り換え等の切り換えの周波数を制御する。スイッチコントローラ４５は、一定の切り換え持続時間Ｄ及び切り換え周波数ｆ（図５Ａ〜図５Ｃに示される）で動作するように予め設定することができる。スイッチ５５の第１の位置において印加される電圧は、一定であり、電圧源５０に基づくことができる。幾つかの実施形態では、電圧源５０によって印加される電圧の大きさ、接続の持続時間Ｄ、及び／又は切り換えの周波数ｆは、予め設定してもよく、且つ／又は負荷の状況に基づいて変更されてもよい。
【００５８】
例えば、スイッチ５５は、第１の位置（図４のスイッチ５５において矢印で示されるように）において、太陽パネル１０を電圧源５０に接続する。第１の位置で接続される場合、電圧源５０は、電圧を太陽パネル１０の電極１０１ａ、１０１ｂ（図１に示される）にわたり電圧ＶＡＰＰを印加し、電場２５０を各太陽パネル１０にわたり誘導する（図３に示される）。電場２５０が太陽パネル１０にわたり確立されると、スイッチ５５は、第２の位置において太陽パネル１０をインバータ３１（すなわち、負荷ＲＬ）に接続するように切り替わる。したがって、電圧源５０は、太陽パネル１０及びインバータ３１に同時に接続せずに、電場２５０を提供することができる。したがって、式２を再び参照すると、外部電圧ＶＡＰＰの印加は、負荷ＲＬ（例えば、インバータ３１）に電圧源５０から直接電流を消費させない。
【００５９】
太陽パネル１０への電場２５０の印加は、太陽パネル１０が続けて、第２の位置においてインバータ３１に接続される場合、所定量だけ太陽パネル１０の電流及び電力出力を増大させることができる。所定量は、太陽パネル１０に入射する光の強度、電圧源５０によって太陽パネル１０に印加される電圧ＶＡＰＰ、太陽パネル１０の厚さ、電圧源５０が太陽パネル１０に接続される周波数ｆ、及び第１の位置と第２の位置との切り換えプロセスのデューティサイクルに依存し、デューティサイクルは、太陽パネル１０が電圧源５０に接続される時間量を切り換え時間１／ｆで除算（すなわち、周波数ｆで乗算するか、又は信号の全周期で除算）したものとして定義される。切り換え持続時間Ｄ、切り換え周波数ｆ、及びデューティサイクルが全て、任意の２つの数量の定量化により、第３の数量の特定が可能なように相互に関連する数量であることに留意されたい。例えば、切り換え周波数及びデューティサイクルの指定により、切り換え持続時間Ｄを特定することができる。例えば、高強度光状況下では、電力出力の改善は約２０％であることができ、低光状況下では、５０＋％であることができる。
【００６０】
図４に示される実施形態は有利なことに、追加の外部電極を含むように太陽パネル１０及び／又は太陽電池１００を変更する必要なく、電場２５０を光起電デバイス２００に提供する。
【００６１】
幾つかの実施形態では、キャパシタ４１、インダクタ４２、及び／又は電池４３等のエネルギー貯蔵デバイスをインバータ３１の前に配置して、スイッチ５５が第１の位置にある間、インバータ３１によって見られる任意の電圧降下を軽減することができる。したがって、スイッチ５５が第１の位置にあり、電場２５０が太陽パネル１０にわたり確立されているとき（すなわち、図５Ａ〜図５Ｄに示される切り換え時間Ｄ）、インバータ３１（すなわち、負荷）が太陽パネル１０から切断されている間、エネルギー貯蔵デバイスは、エネルギーをインバータ３１に供給して、この切り換え期間中、電流が流れている状態を保つ。別の言い方をすれば、エネルギー貯蔵デバイスは、太陽パネル１０がインバータ３１から切断されている間、放電することができる。
【００６２】
したがって、電圧源５０からの定電圧−これは電場２５０を生成する−は、太陽パネル１０の電力出力を改善するために、常に印加される必要はない。例えば、持続時間切り換え時間Ｄが公称１０〜２０００ｎｓであり、ＶＡＰＰが公称１００〜５００＋ボルトであり、切り換え周波数ｆが２０μ秒である場合、公称０．１〜１０％のデューティサイクルを使用することができる。インダクタ４２、キャパシタ４１、及び／又は電池４３は、太陽パネル１０が切断され、電場２５０が太陽パネル１０にわたり配置されて、インバータ３１の出力を降下させないようにしている間、十分な放電を提供するのに十分なサイズのものが選ばれる。
【００６３】
例えば、負荷（例えば、インバータ３１）にわたり配置されるキャパシタ４１のサイズは、インバータ３１が切り換え時間Ｄ中に耐えることができる許容可能な電圧降下によって決まる。例えば、切り換え時間Ｄ中の電圧降下が、光起電デバイス２００によって生成される最大電圧の９０％を下回るべきではない場合、キャパシタは、式３に従うようなサイズのものである必要がある。
【００６４】
【数３】
2019110756.tif 000005
【００６５】
式３中、Ｄは、スイッチが電圧源５０に接続される持続時間であり、ＭａｘＶは、所要最大電圧の割合（例えば、上記例では９０％）である。同様に、インダクタンス及び／又は電池も計算することができる。
【００６６】
図５Ａは、図４の太陽電池管理システム３００を使用してスイッチ５５をアクティブ化し制御する、スイッチコントローラ４５からの時間の関数としての制御電圧を示す。この例では、太陽パネル１０は、スイッチ５５の第１の位置において持続時間Ｄにわたり、インバータ３１から切断され、電圧源５０に接続されており、これは１／ｆ秒毎に繰り返される。図５Ｂは、第１の位置においてスイッチ５５に提供される、電圧源５０からの時間の関数としての電圧を示す。図５Ｃは、第２の位置においてインバータ３１に結合されるスイッチ５５の出力での、時間の関数としての太陽パネル１０（並列配線される場合）からのスイッチ５５の出力電圧を示す。同様に、図５Ｄは、間に結合されたキャパシタ４１を有するインバータ３１に接続するスイッチ５５の出力における、時間の関数としての電圧を示す。
【００６７】
切り換え持続時間Ｄの終わりに図５Ｄに示されるインバータ３１が受ける電圧降下は、上述した電圧降下に指定される。電圧降下は、キャパシタ４１、インダクタ４２、及び／又は電池４３のサイズに依存する。キャパシタ４１、インダクタ４２、又は電池４３を含まないシステム３００の一例では、インバータ３１の入力にわたり印加される電圧は、図５Ｃに示される出力電圧として見られる。
【００６８】
図６は、図３の太陽電池管理システム３００の代替の実施形態を示す。図６を参照すると、光起電デバイス２００は、示されるように、太陽電池１００及び／又は太陽パネル１０等の任意の数の光起電デバイスを表すことができる。示されるように、太陽パネル１０は並列に配線されるが、直列又は任意のそれらの組合せで配線することもできる。
【００６９】
高電圧パルス生成器等の電圧パルサ６０が、時変電圧パルス７１（図７に示される）を太陽パネル１０のうちの１つ又は複数にわたり印加することができる。一実施形態では、電圧パルス７１の持続時間ＤＰは、短い−公称で１０〜２０００ｎｓ−ことができ、大きさは高い−公称で１００〜５００＋ボルト−であることができる。図６に示される実施形態では、印加電圧、パルス幅、及びパルス反復率は、選択された動作条件下で最適な性能を提供する所定のレベルに固定される。例えば、図６及び図７を参照すると、電圧パルス７１は、約１０００ｎｓの持続時間ＤＰを有し、この電圧パルス７１は、１／ｆの周期で繰り返される。電圧パルス７１の持続時間ＤＰ及び電圧パルス７１の周波数ｆは、電圧インバータ３１内のインダクタのリアクタンスが電圧パルサ６０に対して高いインピーダンスを提示するように選ばれ、この高いインピーダンスは、太陽パネル１０の電極１０１ａ、１０１ｂ（図１に示される）にわたり、インバータ３１によって短絡されない高電圧を生成させることができる。
【００７０】
さらに、直列インダクタ（図示せず）をインバータ３１の入力に配置することができ、直列インダクタは、インバータ３１への電流入力を取り扱い、電圧パルス７１がインバータ３１の抵抗構成要素によって減衰されない（又は事実上短絡しない）ように、ＲＦチョークとして機能する。デューティサイクル（パルスがオンである時間／パルスがオフである時間）は公称で０．１〜１０％であることができる。
【００７１】
光起電デバイス２００に課される電場２５０の強度は、光起電デバイス２００の厚さ、光起電デバイス２００の材料及び誘電率、光起電デバイス２００の最大絶縁破壊電圧等の光起電デバイス２００の構造の関数である。
【００７２】
図７に示される電圧パルス７１では、この波形のフーリエ分析により、周波数ω＝ｎωｏを有する一連のパルスが生成され、ここで、ωｏ＝２πｆであり、パルスの強度は式４によって与えられる。
【００７３】
【数４】
2019110756.tif 000006
【００７４】
式４中、ｎは−∞〜＋∞の一連の整数である。したがって、０次パルス（すなわち、ｎ＝０）は、抵抗負荷ＲＬを通して短絡されるＤＣ構成要素を有する。太陽パネル１０にわたり印加される一次電圧パルス７１はＶＡＰＰ（１−ＤＰ／ｆ）であり、ここで、ＤＰ／ｆはパルスのデューティサイクルであり、ＤＰはパルス持続時間であり、ｆはパルスの反復率である。インバータ３１のインダクタンスは、図６の実施形態によって生成される電圧パルス７１に対して高インピーダンスＺとして機能するため、高電圧パルス７１が各太陽パネル１０にわたり生成され、これは太陽パネル１０にわたり高電場２５０を生成する。
【００７５】
図６に示されるように、電圧インバータ３１は外部負荷ＲＬを表す。しかし、外部負荷ＲＬは、１組のインダクタを負荷ＲＬと直列に配置して、ＲＦチョークとして機能し、それにより、電圧パルス７１（及び電場２５０）が太陽パネル１０にわたり印加されるような純粋に抵抗性の構成要素を含むことができる。
【００７６】
任意の数の回路を電圧パルサ６０に使用して、所望に応じて電圧パルス７１を印加することができる。電圧パルサ６０で使用されるそのような例示的な一回路を図８に示す。示されるように、電圧パルサ６０は、パルス生成器６１（図示せず）、高電圧源６９（図示せず）、及び図６に示される太陽パネル１０に高電圧パルス７１を印加する切り換えトランジスタ６８（例えば、高電圧源６９の出力を太陽パネル１０に切り換えることにより）を含む。図８の電圧パルサ６０は、光遮断器６２等の、光を使用して電気信号を２つの電気的に絶縁された回路間で移送して、パルス生成器６１を高電圧切り換えトランジスタ６８から絶縁するデバイスを含む。有利なことに、光遮断器６２は、高電圧（例えば、高電圧源６９からの）がパルス信号７１に影響しないようにする。光遮断器６２は、ピン１〜８を有して示されており、電圧パルサ６０への入力回路の一部として示されている。
【００７７】
バイアス電圧源６３（図示せず）が、電圧（例えば、１５ＶＤＣ）を光遮断器６２に提供して、光遮断器６２が必要とするバイアスを供給する。キャパシタ６４が、バイアス電圧源６３を絶縁し、歪んだバイアス源から光遮断器６２への任意の信号のＡＣ路を生成する。光遮断器６２のピン６及び７は、高電圧切り換えトランジスタ６８の駆動に使用される光遮断器６２の切り換え信号出力である。ダイオード６６−ツェナーダイオード等−が使用されて、切り換えトランジスタ６８の切り換え閾値をダイオード６６の設定点上に維持し、いかなるノイズも不注意で切り換えトランジスタ６８をトリガーしないようにする。抵抗６７は、切り換えトランジスタ６８のゲートＧ及びエミッタＥのバイアス点を設定する。光遮断器６２のピン６及びピン７にわたり印加される電圧が、抵抗６７によって設定される閾値を超える場合、切り換えトランジスタ６８は「オン」になり、電流は、高電圧切り換えトランジスタ６８のコレクタＣとエミッタＥとの間で流れる。したがって、高電圧切り換えトランジスタ６８は、パルス生成器６１からの制御パルスＩＮが、高電圧切り換えトランジスタ６８のＧにおいて設定閾値を下回るまで、注入高電圧源を太陽パネル１０に提示し、設定閾値を下回ると、Ｃ−Ｇにわたる電流を停止させ、切り換えトランジスタ６８を「オフ」にする。
【００７８】
上述した前の実施形態と同様に、太陽パネル１０への電場２５０の印加は、所定量（例えば、太陽パネル１０に入射する光の強度、電圧源５０により太陽パネル１０に印加される電圧ＶＡＰＰ、太陽パネル１０の厚さ、パルス幅ＤＰ、及び電圧パルス７１が太陽パネル１０に印加される周波数ｆ等に依存）だけインバータ３１に続けて接続される場合、太陽パネル１０の電流及び電力出力を増大させることができる。同様に、高強度光状況下では、太陽パネル１０の電力出力の改善は約２０％であることができ、低光状況下では、５０＋％であることができる。
【００７９】
電場２５０と協働した光起電デバイス２００の性能の改善は、式５に示されるように、太陽電池の短絡回路電流ＩＳＣの増大として測定することができる。
【００８０】
【数５】
2019110756.tif 000007
【００８１】
式中、ＩＢａｓｅは、外部電場２５０が印加されない場合の短絡回路電流であり、ｐｍａｘは最大光強度であり、それにより、いかなる追加の強度もいかなる追加の電子−正孔対も生じさせない。太陽電池の電流出力の改善は電場２５０によって引き起こされるため、ｃ（Ｖ（τ，ｆ），ｔ，ε）の形態は式６によって記述することができる。
【００８２】
【数６】
2019110756.tif 000008
【００８３】
式６中、ｍ（ｔ，ε）は光起電デバイス２００に依存する。電場２５０に起因する短絡回路電流ＩＳＣの改善は、印加電圧ＶＡＰＰと線形であることができる。パルス反復率に関して観測される改善は、特徴的な遅延率（１／ｆｄｅｃａｙ）を有し、パルス率ｆに関して指数的に挙動する。パルス幅τに関して観測される改善も指数的に挙動し、印加電圧ＶＡＰＰが最大の大きさにいかに素早く達するかを記述することができる。パルス幅τに関して観測される改善は、電圧パルサ６０の詳細に依存する。印加電圧ＶＡＰＰ、パルス反復率ｆ、及びパルス幅τの関数としての短絡回路電流ＩＳＣの増大は、それぞれ図１１Ａ〜図１１Ｃに示される。
【００８４】
図１１Ａは、印加電圧パルスＶＡＰＰの大きさの関数としての、太陽パネル１０（図２に示される）での短絡回路電流ＩＳＣの予期される改善を示す。示されるように、パルス幅及びパルス反復率は一定であり、パルス電圧の大きさは５０ボルト〜２５０ボルトで変化する。短絡回路電流の改善ΔＩＳＣは、公称で０．１アンペア〜２アンペア増大する。印加電圧パルスＶＡＰＰの関数としての短絡回路電流の変化ΔＩＳＣは、一次まで概ね線形である。図１１Ｂは、一定のパルス幅及び一定の電圧パルスでのパルス反復率の関数としての短絡回路電流の改善の変化ΔＩＳＣを示す。図１１Ｂに示されるように、短絡回路電流の改善ΔＩＳＣは、パルス反復率が任意の時間単位で１０から１００に低減するにつれて、約１．７アンペアから約０．４５アンペアに低減する。この挙動は概ね指数的である。図１１Ｃは、一定のパルス反復率及び一定の電圧パルスでパルス幅の関数としての短絡回路電流の改善ΔＩＳＣの変化を示す。この例では、短絡回路電流の改善ΔＩＳＣは、パルス幅が時間の経過に伴って０から２０００に増大するにつれて、０アンペアから１．２アンペアに増大する。
【００８５】
記載の各実施形態において、太陽電池１００又は太陽パネル１０の電極１０１ａ、１０１ｂにわたる電場２５０の強度の増大は、太陽電池１００又はパネル１０の効率を、例えば最高で最大電場強度Ｅｍａｘまで増大させる。別の言い方をすれば、電場２５０の強度が最大強度に達すると、電子−正孔再結合率は最小になっている。したがって、変化する動作状況下で出力電流及び出力電圧を最大にするように、光起電デバイス２００の制御回路を構成することが有利であり得る。
【００８６】
例えば、図９Ａを参照すると、電流センサ３３及び電圧プローブ３２は、図４の太陽電池管理システム３００に結合されて示される。示されるように、電流センサ３３は、太陽パネル１０とインバータ３１との間に直列結合される。電流センサ３３は、太陽パネル１０の電流出力をモニタすることができる。同様に、電圧プローブ３２は、太陽パネル１０及びインバータ３１にわたり接続されて、太陽パネル１０の出力電圧をモニタする。
【００８７】
制御回路３５は、制御リード３３ａを介して電流センサ３３に結合されるとともに、制御リード３２ａを介して電圧プローブ３２に結合される。電流センサ３３は、インライン又は誘導性測定ユニットであることができ、太陽パネル１０の電流出力を測定する。同様に、電圧センサ３２を使用して、太陽パネル１０の電圧出力を測定する。電流センサ３３から測定される電流と、電圧プローブ３２から測定される電圧との積は、太陽パネル１０からインバータ３１への電力出力である。
【００８８】
幾つかの実施形態では、電圧プローブ３２は、制御回路３５の電源として機能することもでき、太陽パネル１０が照明され、制御回路３５のアクティブ化に十分な電力を提供する場合のみ、アクティブである。制御回路３５はスイッチ５５に更に結合して、図４を参照して考察した切り換え時間及び周波数を決定する。切り換え時間の持続時間及び周波数は、太陽電池１００内で生成される電流並びに電流センサ３３及び電圧プローブ３２によって測定される電流の両方が、様々な又は可変の照明状況下等の様々な動作状況で最大になるように、太陽パネル１０にわたり電圧ＶＡＰＰを印加するように制御することができる。
【００８９】
電場２５０を印加する一実施形態では、太陽パネル１０は最初、例えば、夜間又は雲がかなり覆っている間、発電しない。太陽パネル１０が照明されると（例えば、朝の間）、電圧及び電流が太陽パネル１０により生成され、リード３２ａは電流及び電圧の両方を制御回路３５に送り始める。制御回路３５は、低電圧論理電源（図示せず）を含み、制御論理を制御回路３５内で駆動する。制御回路３５は、高電圧電源を提供する電源５０も含む。電圧源５０は、制御回路３５によって調整可能な可変出力を有し、リード３８へのＶＡＰＰの印加を担当する。制御回路３５からの高電圧出力ＶＡＰＰは、リード３８を駆動し、スイッチ５５に接続される。リード３８は、スイッチ５５を通して電圧ＶＡＰＰを太陽パネル１０に印加するために使用される。この例では、制御回路３５は、低電圧論理電源及び高電圧電源の両方をアクティブ化するのに十分な電力が太陽パネル１０によって生成されるまで、いかなる電圧ＶＡＰＰも太陽パネル１０に印加しないように構成される。
【００９０】
代替の実施形態では、制御回路３５は、日中の照明が増減するにつれて、電場２５０を印加し、電力出力を最大にするように構成することができる。制御回路３５は、図９Ｂに示されるプロセス９０００を含め、上述した任意の方法により、電場２５０を提供し、太陽パネル１０の電力出力を安定化することができる。
【００９１】
図９Ｂを参照すると、プロセス９０００は、ステップ９００において、電力を初期化することを含む。制御回路３５内の制御論理を動作させる低電圧論理電源と、リード３８上及びスイッチ５５を通して高電圧を印加するために必要な高電圧電源との両方をアクティブ化するために、太陽パネル１０の出力から十分な電力が提示されなければならない。代替的には、制御回路３５は、外部ソース（図示せず）−例えば、電池、大容量キャパシタ、外部ＡＣ電源から給電することができ、それにより、低電圧論理電源が動作可能であり、制御回路３５が、太陽パネル１０への電場２５０の印加が電力出力を増大させることを保証するのに十分な電力出力を太陽パネル１０が生成するまで、太陽パネル１０の電力出力をモニタすることができる。制御回路３５は始動中であるため、全てのパラメータ（例えば、印加高電圧ＶＡＰＰ、切り換え持続時間Ｄ、及び切り換え周波数ｆ）は初期化される。一実施形態では、印加高電圧ＶＡＰＰはゼロに設定され、一方、切り換え持続時間Ｄ及び切り換え周波数ｆは、公称値であるＤ＝τ０及びｆ＝ｆ０に設定される。全ての制御インデックスｎ、ｉ、及びｊはゼロに初期化される。
【００９２】
次に、制御回路３５は、ステップ９０１において、電圧プローブ３２で測定された電圧が、所定の最小ｖｍｉｎを上回るか、それとも下回るかを判断するとともに、電流センサ３３で測定される電流が所定の最小ｉｍｉｎを上回るか否かを判断する。ｖｍｉｎ及びｉｍｉｎの組合せは、太陽パネル１０が照明されており、幾らかの公称割合、例えば平均定格電力の５％を生成していると判断され、制御回路３５内の電源５０に供給して、太陽パネル１０の出力を増大させるのに十分な電力が生成されるように選ばれている。制御回路３５が、測定された電流及び電圧の両方がそれぞれの所定の最小を超えると判断する場合、制御回路３５はここで、動作可能であり、プロセス９０００はステップ９０３に移り、その他の場合、プロセス９０００は、ステップ９０２において、待機状態になり、ステップ９００に戻る。
【００９３】
ステップ９０３において、制御回路３５は、電流センサ３３を介してインバータ３１に流れる電流を測定し、電圧センサ３２を介してインバータ３１にわたる電圧を測定し、インバータ３１を通って流れる電力（公称では電流×電圧）を計算する。制御インデックスｎはｎ＋１にインクリメントされる。
【００９４】
ステップ９０４において、制御回路３５は、ＶＡＰＰをＶｍａｘと比較する。Ｖｍａｘは予め設定される値であり、太陽パネル１０又はインバータ３１を破損させずに太陽パネル１０に印加することができる最大電圧を表す。太陽パネル１０のタイプに応じて、Ｖｍａｘは通常、６００Ｖ〜１，０００Ｖである。ＶＡＰＰがＶｍａｘ未満の場合、プロセス９０００はステップ９０６に進み、その他の場合、プロセス９０００はステップ９０５において待つ。
【００９５】
ステップ９０６において、制御回路３５は、量ｎΔＶだけ印加高電圧ＶＡＰＰを増分させ、スイッチ５５をアクティブ化する。スイッチ５５のアクティブ化は、太陽パネル１０をインバータ３１から切断させ、太陽パネル１０をリード３８上で制御回路３５からのＶＡＰＰに接続する。この例では、ΔＶは、２５ボルトの一定電圧ステップであり得るが、より大きな又はより小さな電圧ステップを使用することもできる。電圧ＶＡＰＰは、電場２５０の強度が印加電圧ＶＡＰＰに比例するような電場２５０を太陽パネル１０に印加する。制御回路３５内でのＶＡＰＰへの太陽パネル１０の接続の持続時間は、インバータ３１の動作を妨げないように選ばれる。この例では、デューティサイクルは５％であるように選ばれ（太陽パネル１０は、制御回路３５内で時間のうちの５％でＶＡＰＰに接続される）、切り換え時間のデフォルト持続時間は、公称で１０００ｎｓであるように選ばれる。所望に応じて、代替の切り換え時間を使用することもできる。制御回路３５は再び、電流センサ３３を介してインバータ３１に流れる電流の測定値を受信し、電圧センサ３２を介してインバータ３１にわたる電圧の測定値を受信し、インバータ３１を通って流れる電力を再計算する。
【００９６】
ステップ９０８において、制御回路３５は、ＶＡＰＰが太陽パネル１０に印加される前の太陽パネル１０の電力出力を最新の測定値と比較する。電力が増大した場合、プロセス９０００はステップ９０１に戻り、繰り返される。リード３８に印加される電圧は、印加高電圧ＶＡＰＰがＶｍａｘよりも大きくなるまで、又は印加高電圧ＶＡＰＰの増大が太陽パネル１０の出力電力を増大させなくなるまで、ΔＶだけ増大する。ここでも、Ｖｍａｘは、いかなる破損も生じさせずに、太陽パネルに印加することができる最大電圧として定義される。太陽パネル１０のタイプに応じて、Ｖｍａｘは通常、約６００Ｖ〜約１，０００Ｖである。両事例で、プロセス９０００はステップ９０５において待つ。待機状態の持続時間は、数秒から数分であり得る。
【００９７】
待機ステップ９０５の後、プロセス９０００はステップ９０７に続く。リード３２ａ及び３３ａを通して測定された電力が変更されていなかった場合、インデックスｎはデクリメントされ（ｎ＝ｎ−１）、太陽パネル１０へのリード３８上の印加電圧ＶＡＰＰは、量ΔＶだけ低減し、制御回路３５はスイッチ５５をアクティブ化する。プロセス９０００はステップ９０９に続き、電力出力は電流センサ３３及び電圧プローブ３２によって測定される。電力出力が降下を示す場合、プロセス９０００はステップ９１０に続く。電力出力が増大した場合、プロセス９０００はステップ９０７に戻り、印加電圧ＶＡＰＰは、太陽パネル１０の電力出力が低減を止めるまで、デクリメントされ続ける。プロセス９０００はステップ９１０に進む。
【００９８】
ステップ９１０において、制御回路３５は、スイッチ５５が、上述した第１の位置において、リード３８上で太陽パネル１０に接続される持続時間を増大させる。スイッチ５５が電圧源５０に接続される時間量は、量ｉΔτ０だけ増大される。スイッチ５５はアクティブ化され、太陽パネル１０の電力出力は再び、電流センサ３３及び電圧プローブ３４によってモニタされる。プロセス９０００はステップ９１２に進み、太陽パネル１０の電力出力が増大するか否かを判断する。増大する場合、プロセス９０００はステップ９１０に移り、太陽パネル１０が電圧源５０に接続される持続時間が再び増大される。切り換え持続時間は、太陽パネル１０の出力電力が最大に達するまで（又は一定の持続時間限度まで−例えば、３〜５μ秒に達するまで）増大される。達した時点で、制御回路３５によって駆動されるスイッチ持続時間の変更は停止する。しかし、ステップ９１２において、スイッチ持続時間Ｄの増大が、電流センサ３３及び電圧プローブ３２によって測定される電力出力を低減させると制御回路３５が判断する場合、プロセス９０００はステップ９１１に続き、スイッチ持続時間Ｄは、太陽パネル１０の電力出力が再び最大になるまで、ステップ９１１と９１３との間を繰り返すことにより低減する。切り換え持続時間が、ステップ９１０〜ステップ９１３を繰り返すことにより太陽パネル１０の出力電力を最大にするように最適化されたと制御回路３５が判断した後、プロセス９０００はステップ９１４に続く。
【００９９】
ステップ９１４において、制御回路３５は、スイッチ５５が制御回路３５に接続される接続周波数ｆの増大を開始する。スイッチ５５が電圧源５０に接続される周波数ｆは、元の切り換え周波数ｆ０から、ｆ＝ｆ０＋ｊΔｆであるようなｊΔｆだけ増大する。ステップ９１４において、スイッチ５５は、新しい周波数ｆでリード３８と太陽パネル１０との間に接続され、太陽パネル１０の電力出力はここでも、電流センサ３３及び電圧プローブ３４によってモニタされる。プロセス９０００はステップ９１６に続く。太陽パネル１０の電力出力が増大した場合、プロセス９０００はステップ９１４に戻り、太陽パネル１０が電圧源５０に接続されるレートは再び増大される。接続レートは、太陽パネル１０の出力電力が最大に達するまで、又は最大周波数ｆｍａｘまで増大し、出力電力が最大に達するか、又は最大周波数ｆｍａｘになった時点で、プロセス９０００はステップ９１５に移る。ステップ９１４において、スイッチ５５がリード３８で高電圧５０に接続する周波数はここで、量ｊΔｆだけ減分され、スイッチ５５は再びアクティブ化され、太陽パネル１０の電力出力はここでも、電流センサ３３及び電圧プローブ３２によってモニタされる。その時点で、制御回路３５は、ステップ９１７において、接続レートの低減が太陽パネル１０の電力出力を増大させるか否かを判断する。増大させる場合、プロセス９０００はステップ９１５に戻る。代替的には、切り換え周波数が、ある最小周波数ｆｍｉｎに達する場合、プロセス９０００はステップ９１８に移り、待機する。
【０１００】
ステップ９１８において、太陽パネル１０の電力出力が最大になると、制御回路３５は、ある時間期間にわたり待機状態になる。待機の時間期間は数秒又は数分であり得る。ステップ９１８において待機した後、プロセス９０００はステップ９０１に移り、プロセス９０００は再び、電圧、切り換え接続時間、及び切り換えレートを前の最適化された値から変更開始して、太陽パネル１０がなお最大出力レベルで動作していることを確認する。制御回路３５からの印加電圧５０、切り換え持続時間、及び切り換えレートは全て、日中の動作の過程にわたり変更されて、太陽パネル１０がその特定の日の動作状況下で最大出力電力下で動作していることを確実にする。
【０１０１】
ステップ９０１において、電圧センサ３２で測定された電圧が所定の最小ｖｍｉｎを下回り、電流センサ３３で測定された電流が所定の最小ｉｍｉｎを下回る場合、制御回路３５は、線３８上のいかなる電圧もなくし、制御回路３５はステップ９０２に移り、待機して（システムが全てのパラメータ及びインデックスを再初期化する）からステップ９００に戻る。プロセス９０００は、電圧プローブ３２で測定される電圧及び電流センサ３３で測定される電流の両方が両方ともｖｍｉｎ及びｉｍｉｎをそれぞれ上回るまで、ステップ９００から９０１、９０２、９００へ交互になり、それぞれ上回った時点で、プロセス９０００はステップ９０１からステップ９０３に移る。
【０１０２】
制御回路３５内で異なる状態マシンが実施されて、同様の結果をもたらすことができ、本開示によって包含される。しかし、上述したプロセス９０００は有利なことに、電流プローブ３３によって測定される電流と電圧プローブ３２によって測定される電圧との積が最大になるように、印加電圧ＶＡＰＰの大きさを可能な最低値に最小化する。印加電圧ＶＡＰＰは、最大電力出力を常に維持することができるように、日中の過程における太陽電池１００、太陽パネル１０、又は複数の太陽パネル１０への入射光強度ｐの変化を説明するために、日中の動作の過程にわたり振動される−すなわち、小量だけ上下の両方に変更される。
【０１０３】
上のプロセス９０００で記載されるステップの大半は、複数分又は複数時間の期間にわたりゆっくりと生じる照明の断熱変化に対処するように設計された。代替の実施形態では、仮に照明変動がより高い変化速度で生じる場合、プロセス９０００は、ＤＣ出力電力が高すぎる変化速度で変化しないように試みることにより、インバータへのＤＣ電力出力の高周波数変動を最小にするように構成することができ、したがって、インバータの品質を高くする。
【０１０４】
別の例では、図１０Ａを参照すると、電流センサ３３及び電圧プローブ３２は、図６の太陽電池管理システム３００に結合されて示されている。示されるように、電流センサ３３は、太陽パネル１０とインバータ３１との間に直列結合される。電流センサ３３は、太陽パネル１０の電流出力をモニタすることができる。同様に、電圧プローブ３２は、太陽パネル１０及びインバータ３１にわたり接続されて、太陽パネル１０の出力電圧をモニタする。
【０１０５】
制御回路３６が、制御リード３３ａを介して電流センサ３３に結合されるとともに、制御リード３２ａを介して電圧プローブ３２に結合される。電流センサ３３は、インライン又は誘導性測定ユニットであることができ、太陽パネル１０の電流出力を測定する。同様に、電圧センサ３２は、太陽パネル１０の電圧出力の測定に使用される。電流センサ３３から測定される電流と、電圧プローブ３２から測定される電圧との積により、太陽パネル１０からインバータ３１への電力出力を計算することができる。
【０１０６】
幾つかの実施形態では、電圧プローブ３２は、制御回路３６の電源としても機能し得、太陽パネル１０が照明され、制御回路３６のアクティブ化に十分な電力を提供する場合のみ、アクティブである。制御回路３６は、電圧パルサ６０に更に結合されて、図６を参照して考察した電圧パルスＶＡＰＰの振幅、パルス持続時間ＤＰ、及びパルス周波数ｆを制御する。パルス持続時間ＤＰ、パルス周波数ｆ、及び太陽パネル１０にわたって印加されるパルス電圧ＶＡＰＰは、太陽パネル１０内で生成され、電流センサ３３及び電圧プローブ３２によって測定される電流の両方が、異なる又は可変照明状況等の様々な動作状況下で最大になるように制御し調整することができる。
【０１０７】
電場２５０を印加する一実施形態では、太陽パネル１０は最初は、例えば、夜間又は雲がかなり覆っている間、発電しない。太陽パネルが照明されると（例えば、朝の間）、電圧及び電流が太陽パネル１０により生成され、リード３２ａは電流及び電圧の両方を制御回路３６に送り始める。制御回路３６は、低電圧論理電源（図示せず）を含み、制御論理を制御回路３６内で駆動する。パルサ回路６０は、低電圧電源及び高電圧電源（図示せず）の両方を含む。電圧パルサ６０内の高電圧電源は、制御回路３６によって調整することができる可変出力を有し、ＶＡＰＰを太陽パネル１０に印加することを担当する。この例では、制御回路３６は、パルサ６０内の低電圧論理電源及び高電圧電源の両方をアクティブ化するのに十分な電力が太陽パネル１０によって生成されるまで、いかなる電圧も太陽パネル１０に印加しないように構成される。
【０１０８】
代替の実施形態では、制御回路３６は、日中の照明が増減するにつれて、電場２５０を制御し、電力出力を最大にするように構成される。制御回路３６は、図１０Ｂに示されるプロセス１００００を含め、上述した任意の方法により、電圧パルサ６０によって印加される電場２５０を制御し、太陽パネル１０の電力出力を安定化することができる。
【０１０９】
図１０Ｂを参照すると、プロセス１００００は、ステップ１０００において、電力を初期化することを含む。制御回路３６内の制御論理を動作させる低電圧論理電源と、電圧パルサ６０内の低及び高電圧電力との両方をアクティブ化するために、太陽パネル１０の出力から十分な電力が提示されなければならない。代替的には、制御回路３６は、外部ソース（図示せず）−例えば、電池、大容量キャパシタ、外部ＡＣ電源から給電することができ、それにより、低定電圧論理電源が動作可能であり、制御回路３６が、太陽パネル１０への電場２５０の印加が電力出力を増大させることを保証するのに十分な電力出力を太陽パネル１０が有するまで、太陽パネル１０の電力出力をモニタすることができる。制御回路３６は始動中であるため、全てのパラメータ（例えば、印加高電圧ＶＡＰＰ、切り換え持続時間ＤＰ、及び切り換え周波数ｆ）は初期化される。一実施形態では、印加高電圧ＶＡＰＰはゼロに設定され、一方、切り換え持続時間ＤＰ及びパルス反復率ｆは、公称値であるＤＰ＝τ０及びｆ＝ｆ０に設定される。全ての制御インデックスｎ、ｉ、及びｊはゼロに初期化される。
【０１１０】
次に、制御回路３６は、ステップ１００１において、電圧プローブ３２で測定された電圧が、所定の最小ｖｍｉｎを上回るか、それとも下回るかを判断するとともに、電流センサ３３で測定される電流が所定の最小ｉｍｉｎを上回るか否かを判断する。ｖｍｉｎ及びｉｍｉｎの組合せは、太陽パネル１０が照明されており、幾らかの公称割合、例えば平均定格電力の５％を生成していると判断され、太陽パネル１０の出力を増大させるのに十分な電力が生成され、高電圧電源に供給されるように選ばれている。制御回路３６が、測定された電流及び電圧の両方がそれぞれの所定の最小を超えると判断する場合、プロセス１００００はここで動作可能であり、プロセス１００００はステップ１００３に移り、超えない場合、プロセス１００００は待機状態１００２になり、ステップ１０００に戻る。
【０１１１】
ステップ１００３において、制御回路３６は、電流センサ３３を介してインバータ３１に流れる電流を測定し、電圧センサ３２を介してインバータ３１にわたる電圧を測定し、インバータ３１を通って流れる電力（公称ではＩ×Ｖ）を計算する。制御インデックスｎはｎ＋１にインクリメントされる。
【０１１２】
ステップ１００４において、プロセス１００００は、ＶＡＰＰをＶｍａｘと比較する。Ｖｍａｘは予め設定される値であり、太陽パネル１０又はインバータ３１を破損させずに太陽パネルに印加することができる最大電圧を表す。ＶＡＰＰがＶｍａｘ未満である場合、プロセス１００００はステップ１００６に進み、その他の場合、プロセス１００００は、ステップ１００５において待つ。
【０１１３】
ステップ１００６において、制御回路３６は、量ｎΔＶだけ印加高電圧ＶＡＰＰを増分させるように電圧パルサ６０に通知し、太陽パネル１０に電圧パルスを印加するように電圧パルサ６０に通知する。この例では、ΔＶは、２５ボルトの一定電圧ステップであり得るが、より大きな又はより小さな電圧ステップを使用することもできる。電圧ＶＡＰＰは、電場２５０の強度が印加電圧ＶＡＰＰに比例するような電場２５０を太陽パネル１０に印加する。この例では、パルス幅ＤＰは１０００ｎｓであるように選ばれ、パルス反復率は２０μ秒であるように選ばれる。他のパルス幅及びパルス反復率を選ぶこともできる。制御回路３６は再び、電流センサ３３を介してインバータ３１に流れる電流の測定値を受信し、電圧センサ３２を介してインバータ３１にわたる電圧の測定値を受信し、インバータ３１を通って流れる電力を再計算する。
【０１１４】
ステップ１００８において、制御回路３６は、ＶＡＰＰが太陽パネル１０に印加される前の太陽パネル１０の電力出力を最新の測定値と比較する。電力が増大した場合、プロセス１００００はステップ１００１に戻り、繰り返される。印加電圧ＶＡＰＰは、印加高電圧ＶＡＰＰがＶｍａｘよりも大きくなるまで、又は印加高電圧ＶＡＰＰの増大が太陽パネル１０の出力電力を増大させなくなるまで、ΔＶだけ増大する。ここでも、Ｖｍａｘは、いかなる破損も生じさせずに、太陽パネル１０に印加することができる最大電圧として定義され、太陽パネルのタイプに応じて、Ｖｍａｘは通常、約６００Ｖ〜約１，０００Ｖである。両事例で、プロセス１００００はステップ１００５において待つ。待機状態の持続時間は、数秒から数分であり得る。
【０１１５】
待機ステップ１００５の後、プロセス１００００はステップ１００７に入る。リード３２ａ及び３３ａを通して測定された電力が変更されていなかった場合、インデックスｎはデクリメントされ（ｎ＝ｎ−１）、印加電圧パルスＶＡＰＰは、量ΔＶだけ低減し、制御回路３６はパルサ６０をアクティブ化する。プロセス１００００はステップ１００９に続き、このステップで、電力出力は電流センサ３３及び電圧プローブ３２によって測定される。電力出力が降下を示す場合、プロセス１００００はステップ１０１０に続く。電力出力が増大した場合、プロセス１００００はステップ１００７に戻り、印加電圧ＶＡＰＰは、太陽パネル１０の電力出力が低減を止めるまで、デクリメントされ続ける。プロセス１００００はステップ１０１０に進む。
【０１１６】
ステップ１０１０において、制御回路３６は、電圧パルスの持続時間ＤＰを増大開始する。電圧パルス持続時間ＤＰは、量ｉΔτ０だけ増大される。電圧パルサ６０はアクティブ化され、太陽パネル１０の電力出力は再び、電流センサ３３及び電圧プローブ３４によってモニタされる。プロセス１００００はステップ１０１２に進み、太陽パネル１０の電力出力が増大するか否かを判断する。増大する場合、プロセス１００００はステップ１０１０に移り、電圧パルス７１の持続時間ＤＰは再び増大される。パルス持続時間ＤＰは、太陽パネル１０の出力電力が最大に達するまで、又は一定の持続時間限度まで−例えば、５μ秒のパルス持続時間に達するまで、増大される−達した時点で、制御回路３６によって駆動されるパルス幅変更は停止する。しかし、ステップ１０１２において、パルス幅の増大が、電流センサ３３及び電圧プローブ３２によって測定される電力出力を低減させることが分かる場合、プロセス１００００はステップ１０１１に続く。パルス幅は、太陽パネル１０の電力出力が再び最大になるまで、ステップ１０１１と１０１３との間を繰り返すことにより低減する。パルス持続時間が、ステップ１０１０〜ステップ１０１３を経ることにより太陽パネル１０の出力電力を最大にするように最適化されたと制御回路３６が判断した後、プロセスはステップ１０１４に続く。
【０１１７】
ステップ１０１４において、制御回路３６は、電圧パルスの周波数を増大させる。電圧パルスの周波数は、元の切り換え周波数ｆ０から、ｆ＝ｆ０＋ｊΔｆであるようなｊΔｆだけ増大される。ステップ１０１４において、電圧パルスは、新しい周波数ｆで電圧パルサ６０により太陽パネル１０に印加され、太陽パネル１０の電力出力は再び、電流センサ３３及び電圧プローブ３４によってモニタされる。プロセスはステップ１０１６に移る。
【０１１８】
太陽パネル１０の電力出力が増大した場合、プロセス１００００はステップ１０１４に戻り、電圧パルスが太陽パネル１０に印加されるレートは再び増大される。電圧パルスのレートの増大は、太陽パネル１０の出力電力が最大に達するまで、又は最大周波数ｆｍａｘまで増大し、出力電力が最大に達するか、又は最大周波数ｆｍａｘになった時点で、プロセス１００００はステップ１０１５に移る。ステップ１０１４において、電圧パルスの周波数はここで、量ｊΔｆだけ減分され、電圧パルサ６０は、再びアクティブ化され、太陽パネル１０の電力出力は再び、電流センサ３３及び電圧プローブ３２によってモニタされる。その時点で、制御回路３６は、ステップ１０１７において、電圧パルスのレート低減が太陽パネル１０の電力出力を増大させるか否かを判断する。増大させる場合、プロセス１００００はステップ１０１５に戻る。代替的には、切り換え周波数が、ある最小周波数ｆｍｉｎに達する場合、プロセス１００００はステップ１０１８に移り、ステップ１０１８は待機状態である。
【０１１９】
ステップ１０１８において、太陽パネル１０の電力出力が最大になると、プロセス１００００は、ある時間期間にわたり待機状態になる。待機の時間期間は数秒又は数分であり得る。ステップ１０１８において待機した後、プロセス１００００はステップ１００１に移り、制御回路３６は再び、パルス電圧、切り換え接続時間、及びパルス反復率を前の最適化された値から変更開始して、太陽パネル１０がなお最大出力レベルで動作していることを確認する。パルス振幅ＶＡＰＰ、パルス持続時間、及びパルス反復率は全て、日中の動作の過程にわたり変更されて、太陽パネル１０がその特定の日の動作状況下で最大出力電力下で動作していることを確実にする。
【０１２０】
ステップ１００１において、電圧センサ３２で測定された電圧が所定の最小ｖｍｉｎを下回り、電流センサ３３で測定された電流が所定の最小ｉｍｉｎを下回る場合、制御回路３６は、電圧パルサ６０を停止させ、プロセス１００００はステップ１００２の待機状態に移り、次に、ステップ１０００に移り、ここで、システムは全てのパラメータ及びインデックスを再初期化する。プロセス１００００は、電圧プローブ３２で測定される電圧及び電流センサ３３で測定される電流の両方が両方ともｖｍｉｎ及びｉｍｉｎをそれぞれ上回るまで、ステップ１０００から１００１、１００２、１０００に移り、それぞれ上回った時点で、プロセス１００００はステップ１００１からステップ１００３に移る。
【０１２１】
制御回路３６内で異なる状態マシンが実施されて、同様の結果をもたらすことができ、本開示によって包含される。しかし、上述したプロセス１００００は有利なことに、電流プローブ３３によって測定される電流と電圧プローブ３２によって測定される電圧との積が最大になるように、印加電圧パルスＶＡＰＰの大きさを可能な最低値に最小化する。印加電圧ＶＡＰＰは、最大電力出力を常に維持することができるように、日中の過程における太陽電池１００、太陽パネル１０、又は複数の太陽パネル１０への入射光強度ｐの変化を説明するために、日中の動作の過程にわたり振動される−すなわち、小量だけ上下の両方に変更される。
【０１２２】
プロセス１００００で記載されるステップは、複数分又は複数時間の期間にわたりゆっくりと生じる照明の断熱変化に対処することができる。代替の実施形態では、仮に照明変動がより高い変化速度で生じる場合、プロセス１００００は、ＤＣ出力電力が高すぎる変化速度で変化しないように試みることにより、インバータへのＤＣ電力出力の高周波数変動を最小にするように構成することができ、したがって、インバータの品質を高くする。
【０１２３】
記載した実施形態は、様々な変更及び代替の形態を受けやすく、その特定の例が図面において例として示され、本明細書において詳細に説明されている。しかし、記載された実施形態が、開示される特定の形態又は方法に限定されるべきではなく、逆に、本開示が、全ての変更、均等物、及び代替を包含するべきであることを理解されたい。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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