(57)【要約】      （修正有）【課題】放射線損傷などによるソーラーセルの損傷による電圧の変化に適応するための電流フロー経路の変更手段を備えたソーラーセルアレイを提供する。【解決手段】基板に取り付けられた一又は複数のソーラーセル１４から成るソーラーセルアレイにおいて、基板は、ソーラーセル１４への一又は複数の電気的接続２０と、ソーラーセル１４のうちの一又は複数と、電気的接続２０のうちの一又は複数との間で電流フロー経路を変更することによって、ソーラーセル１４の一又は複数に対するストリング長を変更するための一又は複数のスイッチ５４とを含む。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１２）に取り付けられた一又は複数のソーラーセル（１４）を含み、
前記基板が、前記ソーラーセルへの一又は複数の電気的接続（２０）を含み、
前記基板が、前記ソーラーセルのうちの前記一又は複数と、前記電気的接続のうちの一又は複数との間で電流流路を変更することによって、前記ソーラーセルの一又は複数のストリング長を変更するための一又は複数のスイッチ（５４）を含む、ソーラーセルアレイ。
【請求項２】
一又は複数の刈り込まれたコーナー（２４）を有する前記ソーラーセル（１４）のうちの少なくとも１つが前記基板に取り付けられるとき、前記基板（１２）のエリア（２８）が露出されたままであり、
前記基板の露出されたままである前記エリアが、前記スイッチのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項３】
前記ソーラーセル（１４）のうちの少なくとも１つの隣接するものの前記刈り込まれたコーナー（２４）によって画定されたコーナー領域（２６）が位置合わせされ、それにより前記基板の前記エリア（２８）を露出するように、前記ソーラーセル（１４）のうちの前記少なくとも１つが、前記基板（１２）に取り付けられる、請求項２に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項４】
前記スイッチ（５４）のうちの少なくとも１つが、前記ソーラーセル（１４）のうちの前記少なくとも１つに隣接した前記刈り込まれたコーナー（２４）によって画定された前記コーナー領域（２６）内に位置する、請求項３に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項５】
前記スイッチ（５４）が、一又は複数の制御信号に応じて、前記ソーラーセル（１４）のうちの前記一又は複数の前記ストリング長を変更する、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項６】
前記スイッチが、複数のストリング間の直列接続及び出力の再構成可能性を許容するために、前記ストリング長を変更する、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項７】
前記スイッチ（５４）が、一又は複数の制御信号に応じて、所望の電圧出力のための前記ソーラーセル（１４）の２以上のストリングを組み合わせる、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項８】
前記スイッチ（５４）が、単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチである、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項９】
前記スイッチ（５４）が、双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチである、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項１０】
前記基板（１２）が、前記ソーラーセル（１４）間の前記電気的接続を行うための前記スイッチに接続された一又は複数のトレースを含む、請求項１に記載のソーラーセルアレイ。
【請求項１１】
ソーラーセルアレイを動作させる方法であって、
前記ソーラーセルのうちの一又は複数と、電気的接続のうちの一又は複数との間の電流流路を変更することによって、前記ソーラーセルのうちの一又は複数のストリング長を変更するための、一又は複数のソーラーセル（１４）への一又は複数の電気的接続（２０）において、一又は複数のスイッチ（５４）を作動させること
を含む方法。
【請求項１２】
ソーラーセルアレイを製造するための方法であって、
一又は複数のソーラーセルを基板に取り付けること
を含み、
前記基板が、前記ソーラーセルへの一又は複数の電気的接続を含み、
前記基板が、前記ソーラーセルのうちの前記一又は複数と、前記電気的接続のうちの一又は複数との間で電流流路を変更することによって、前記ソーラーセルの一又は複数のストリング長を変更するための一又は複数のスイッチを含む、方法。
【請求項１３】
一又は複数の刈り込まれたコーナーを有する前記ソーラーセルのうちの少なくとも１つが、前記基板に取り付けられるとき、前記基板のエリアが露出されたままであり、
前記基板の露出されたままである前記エリアが、前記スイッチのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ソーラーセルのうちの少なくとも１つの隣接するものの前記刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域が位置合わせされ、それにより前記基板の前記エリアを露出するように、前記ソーラーセルのうちの前記少なくとも１つが、前記基板に取り付けられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記スイッチのうちの前記少なくとも１つが、前記ソーラーセルのうちの前記少なくとも１つに隣接した前記刈り込まれたコーナーによって画定された前記コーナー領域内に位置する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記スイッチが、一又は複数の制御信号に応じて、前記ソーラーセルのうちの前記一又は複数の前記ストリング長を変更する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記スイッチが、複数のストリング間の直列接続及び出力の再構成可能性を許容するために、前記ストリング長を変更する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記スイッチが、一又は複数の制御信号に応じて、所望の電圧出力のための前記ソーラーセルの２以上のストリングを組み合わせる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記スイッチが、単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチである、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記スイッチが、双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチである、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記基板が、前記ソーラーセル間の前記電気的接続を行うための前記スイッチに接続された一又は複数のトレースを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概してソーラーセルパネルに関し、より具体的には、変更可能なストリング長を有するソーラーセルアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な宇宙飛行可能なソーラーセルパネルアセンブリは、ソーラーセルの長いストリングからなるソーラーセルアレイを構築することを含む。これらのストリングは、長さ、すなわちソーラーセルの数が変更可能であり、非常に長くすることができる。
【０００３】
従来のソーラーセルアレイは、必要な出力電圧を生成するために固定数のソーラーセルで構築されている。固定数のソーラーセルは、電子及び陽子線の最高線量を含む最も熱い動作期間である最も難しい条件下でサイズ決定しなければならない。特に、既存の解決策では、最悪の場合の環境に対してサイズ決定されたストリングが生成される。
【０００４】
１００Ｖ動作について、これは、５５までのソーラーセルでありうる。ソーラーセルアレイの動作開始時には、放射線損傷は最小限であり、４５までのソーラーセルで１００Ｖに到達する可能性がある。したがって、動作開始時には、ソーラーセルの約１８％（１０／５５）が使用可能な電力を生成していない。
【０００５】
これは、動作温度及び宇宙環境における高エネルギー電子及び陽子の累積線量とともに変化することになる。最も重要なのは、ソーラーセルアレイの寿命中に変化する電圧である。
【０００６】
したがって、必要とされるのは、寿命中のソーラーセルアレイの動作に対する変化に適応するための手段である。
【発明の概要】
【０００７】
上記の限定を克服し、本明細書を読み理解すれば明らかになる他の限定を克服するために、本開示は、基板に取り付けられた一又は複数のソーラーセルから成り、基板が、ソーラーセルへの一又は複数の電気的接続を含み、基板が、ソーラーセルのうちの一又は複数と電気的接続のうちの一又は複数との間で電流流路を変更することによって、ソーラーセルの一又は複数のストリング長を変更するための一又は複数のスイッチを含むソーラーセルアレイを記載する。
【０００８】
一又は複数の刈り込まれたコーナーを有するソーラーセルのうちの少なくとも１つが基板に取り付けられるとき、基板のエリアが露出されたままであり、基板の露出されたままであるエリアが、スイッチのうちの少なくとも１つを含む。ソーラーセルのうちの少なくとも１つの隣接するものの刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域が位置合わせされ、それにより基板のエリアを露出するように、ソーラーセルのうちの少なくとも１つが、基板に取り付けられる。スイッチのうちの少なくとも１つは、ソーラーセルのうちの少なくとも１つに隣接した刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域内に位置する。
【０００９】
スイッチが、制御信号に応じて、ソーラーセルのうちの一又は複数のストリング長を変更し、スイッチが、複数のストリング間の直列接続及び出力の再構成可能性を許容するために、ストリング長を変更する。スイッチは、単極単投（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ  ｓｉｎｇｌｅ−ｔｈｒｏｗ（ＳＰＳＴ））スイッチ、又は双極単投（ｄｕａｌ−ｐｏｌｅ  ｓｉｎｇｌｅ−ｔｈｒｏｗ（ＤＰＳＴ））スイッチである。
【００１０】
基板は、ソーラーセル間の電気的接続を行うためのスイッチに接続された一又は複数のトレースを含む。
【００１１】
ここで、図面を参照するが、各図面を通じて、類似の参照番号は対応する部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ソーラーセルパネルの従来の構造を示す。
【図２】ソーラーセルパネルの従来の構造を示す。
【図３】Ａ及びＢは、１つの例によるソーラーセルパネルの改良された構造を示す。
【図４】Ａ及びＢは、１つの例によるソーラーセルパネルの代替的構造を示す。
【図５】図３及び図４の改良されたソーラーセルパネルで使用されうる例示的ソーラーセルの前面を示す。
【図６】図５の例示的ソーラーセルの背面を示す。
【図７】１つの例による、アレイの２次元（２Ｄ）グリッド内に配置されたセルを示す。
【図８】一又は複数のバイパスダイオードがコーナー領域内の基板の露出したエリアに追加されるアレイの例を示す。
【図９】バイパスダイオードがセルの背面に付けられ、バイパスダイオード用の相互接続子又は接点が前面接点と背面接点との間のコーナー領域内に延在している例を示す。
【図１０】バイパスダイオード用の相互接続子又は接点が前面接点と背面接点の間のコーナー領域内に延在している、図９の例の前面図を示す。
【図１１】２Ｄグリッドのアレイ内に配置され基板に付けられた図９及び図１０のセルであって、バイパスダイオードがセルの背面に付けられ、バイパスダイオード用の接点がセルのコーナー領域内に延在している、図９及び図１０のセルを示す。
【図１２】１つの実施例による、アレイのセル間の上方向／下方向の直列接続を示す。
【図１３】１つの実施例による、アレイのセル間の左方向／右方向の直列接続を示す。
【図１４】Ａは開いたスイッチを示し、Ｂ、Ｃ及びＤは、それぞれ１つ、２つ及び１つのスイッチが閉じられた３つの異なる構成を示す。
【図１５】単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチによるコーナー接続レイアウトを示す。
【図１６】ソーラーセルのストリングの長さを変えるためのスイッチの実装を示す。
【図１７】図１７は、ソーラーセルの短いセグメントをより長いストリングに結合する方法を示すレイアウトである。
【図１８】ストリングの長さを変更するためのソーラーセルのスイッチングを示す。
【図１９】ソーラーセルの再構成可能なアレイを示す。
【図２０】Ａは、複数の部分ストリングが共に結合されて、必要なストリング長及び出力電圧を提供する方法を示し、Ｂは、各々が２つの部分に分割されたソーラーセルのグループを示し、各グループのソーラーセルからの１つの部分は、必要なストリング長を提供するために共に結合される。
【図２１】各々が２つの部分を有する３枚のフレックスシートからなる再構成可能なソーラーセルのレイアウトを示す。
【図２２】図２１のソーラーセルを再構成するためにどのようにスイッチを使用することができるかを示す。
【図２３】１つの例による、ソーラーセル、ソーラーセルパネル及び／又は人工衛星を製造する方法を説明する。
【図２４】１つの例による、ソーラーセルからなるソーラーセルパネルを有する結果として得られる人工衛星を示す。
【図２５】１つの例による、機能ブロック図の形態でのソーラーセルパネルの図である。
【図２６】ＡからＥは、コーナー導体設計に基づき、フレックス回路基板を使用するソーラーセルアレイが、アレイのストリング長の再構成を示すために構築された実験結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明で、本出願の一部を形成する添付図面を参照するが、これらの添付図面は、本開示が実施されうる特定の例を示す目的で図示されている。他の実施例も利用可能であることと、本開示の範囲を逸脱することなく構造的な変更が加えられてよいことは、理解されるべきである。
【００１４】
例えば宇宙飛行用電力の用途に使用される、ソーラーセルアレイの設計に関する新たな手法は、アレイ内のソーラーセル間の電気的接続に基づいている。
【００１５】
これらの新たな手法は、ソーラーセルの構成要素及びアレイ内のソーラーセルの配列を配列し直すものである。ソーラーセルを接続して長い直線状のストリングにしてから基板上に組み立てる代わりに、ソーラーセルを個別に基板に取り付け、隣接するセルのコーナー領域が基板上で位置合わせされるようにして、基板のあるエリアを露出させる。セル間の電気的接続は、基板上又は基板内でこれらのコーナー領域内に形成された、コーナー導体によってなされる。結果として、この手法は、個別のセルをベースにしたソーラーセルアレイの設計を提示している。
【００１６】
こうして、ソーラーセルアレイの製造に、単一のレイダウンプロセスとレイアウトを使用することができる。ソーラーセル間の電流の流れは、基板内に埋設された導体によって補助されることになる。これらの電気的接続によって、そのソーラーセルアレイの特定の特性、例えばその寸法、ステイアウト区域、及び回路の終端が規定される。この手法によって製造が簡素化され、自動化が可能になり、コストと搬送時間が削減される。
【００１７】
図１及び図２は、基板１２、アレイ内に配列された複数のソーラーセル１４、及びソーラーセル１４間の電気コネクタ１６を含む、ソーラーセルパネル１０の従来型構造を示す。図１にはハーフサイズのソーラーセル１４が、図２にはフルサイズのソーラーセル１４が示されている。宇宙用ソーラーセル１４は、円形のゲルマニウム（Ｇｅ）基板の出発材料から作られる。より高密度でソーラーセルパネル１０に搭載するため、これらは後に、準長方形の形状に加工される。このウエハは、しばしば１つ又は２つのソーラーセル１４にダイスカットされ、これらは、ここではハーフサイズ又はフルサイズのソーラーセル１４として記載される。ソーラーセル１４間を電気的に接続する電気コネクタ１６は、ソーラーセル１４間の長い平行な端部に沿って作られている。ソーラーセル１４が接続されてできるストリングは、任意の数のソーラーセル１４の長さを持つように構築されるので、（セルとセルとの）これらの直列接続は、基板に取り付けられていない状態で完成させる。ソーラーセル１４のストリングは、完成した後に基板１２に当てられ、取り付けられる。
【００１８】
図２では、配線１８がソーラーセル１４のストリングの終端に取り付けられており、これは、ストリングを他のストリングに電気的に接続するためか、又は、配線を終端処理して回路とし、ソーラーセル１４のアレイの電流をここで断ち切るためである。ストリングとストリングの間の接続及び回路終端の接続は、通常、基板１２上で行われ、通常、配線１８を用いて行われる。しかし、あるソーラーセルパネル１０では、導体がはめ込まれたプリント回路基板（ＰＣＢ）タイプの材料が用いられる。
【００１９】
接続されたソーラーセル１４でできた、隣接するストリング同士は、平行又は反平行に延びることができる。加えて、接続されたソーラーセル１４でできたストリングは、位置合わせされていてもいなくてもよい。ソーラーセル１４のレイアウトに対して互いに競合する影響を与えるものは多く、その結果、ソーラーセル１４が平行な領域又は反平行である領域、位置合わせされている領域又は位置合わせされていない領域が存在する。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂは、１つの実施例による、ソーラーセルパネル１０ａの改良された装置及び構造を示し、図３Ｂは、図３Ａの破線円内の詳細拡大図である。図５から図１３では、ソーラーセルパネル１０ａの様々な構成要素が示され、より詳細に記載されている。
【００２１】
ソーラーセルパネル１０ａは、上に一又は複数のコーナー導体２０を有する、ソーラーセル１４用の基板１２を含む。１つの実施例では、基板１２は、一又は複数のパターニングされた金属層を分離する一又は複数のＫａｐｔｏｎ（登録商標）（ポリイミド）層からなる、多層基板１２である。基板１２は、従来型の組立品に類似する大きな剛性の基板１０ａに装着されていてよい。代わりに、基板１２は、装着用又は展開用の、より軽くより薄いフレーム又はパネル１０ａに装着することができる。
【００２２】
アレイ２２の２次元（２‐Ｄ）格子状で、複数のソーラーセル１４が基板１２に取り付けられている。この実施例では、アレイ２２は、４段×２４列に配列された、９６個のソーラーセル１４から構成されているが、異なる実施態様では、任意の数のソーラーセル１４が用いられ得ることが、認められている。
【００２３】
ソーラーセル１４は、破線円によって示されるように、コーナー領域２６を画定する刈り込まれたコーナー部２４を有する。ソーラーセル１４は、隣接するソーラーセル１４のコーナー領域２６同士が位置合わせされるようにして、基板１２に取り付けられており、それによって基板１２のエリア２８が露出している。基板１２の露出しているエリア２８は、一又は複数のコーナー導体２０を含み、ソーラーセル１４の刈り込まれたコーナー部２４によってできたコーナー領域２６内で、ソーラーセル１４とコーナー導体２０との間の一又は複数の電気的接続がなされている。
【００２４】
この実施例では、コーナー導体２０は、ソーラーセル１４が基板１２に取り付けられる前及び／又は後に、基板１２に取り付けられたか、基板１２上にプリントされたか、基板１２内に埋設されたか、基板１２上に堆積した導電経路であって、隣接するソーラーセル１４間の接続を促進する。ソーラーセル１４とコーナー導体２０との間の接続は、ソーラーセル１４が基板１２に取り付けられた後に行われる。
【００２５】
１つの実施例では、４つの隣接するソーラーセル１４が基板１２上で位置合わせされ、各ソーラーセル１４から１つずつの計４つの刈り込まれたコーナー部２４がコーナー領域２６で集まって共になっている。次に、ソーラーセル１４は基板１２に個別に取り付けられる。このときソーラーセル１４はコーナー導体２０の上に置かれ、ソーラーセル１４とコーナー導体２０との間で電気的接続が行われる。
【００２６】
ソーラーセル１４は、ＣＩＣ（セル、相互接続子、カバーグラス）ユニットとして基板１２に付けられてもよい。代わりに、未被覆のソーラーセル１４を基板１２上で組み立て、その後にソーラーセル１４に相互接続子を付け、続いて単セルのソーラーセル１４用カバーガラス、マルチセルのソーラーセル１４用カバーガラス、マルチセルのポリマーカバーシート、又はスプレー式封止材を付けることもできる。この組立品は、ソーラーセル１４を、性能を制限するような損傷から保護する。
【００２７】
図４Ａ及び図４Ｂは、１つの例による、ソーラーセルパネル１０ａの代替的構造を示し、図４Ｂは、図４Ａの破線円内の詳細拡大図である。この実施例では、ごく少数のコーナー導体２０のみが、基板１２上にプリントされているか、又は基板１２に組み込まれている。代わりに、コーナー導体２０のほとんどが、基板１２に取り付けられている電力ルーティングモジュール（ＰＲＭ）３０内に含まれている。
【００２８】
図５は、図３Ａ−Ｂ、及び図４Ａ−Ｂの改良型ソーラーセルパネル１０ａで使用されうる、例示的ソーラーセル１４の前面を示す。ＣＩＣユニットであるソーラーセル１４は、ハーフサイズのソーラーセル１４である。（フルサイズのソーラーセル１４もまた用いることができるだろう。）
【００２９】
破線円で示されるように、ソーラーセル１４は、コーナー領域２６を画定する少なくとも１つの刈り込まれたコーナー部２４を有するように製造されており、刈り込まれたコーナー部２４によってできたコーナー領域２６には、ソーラーセル１４との電気的接続をなす少なくとも１つの接点３２、３４が含まれる。図５に示す実施例では、ソーラーセル１４は２つの刈り込まれたコーナー部２４を有し、そのそれぞれが、ソーラーセル１４の前面にある前面接点３２と、ソーラーセル１４の背面にある背面接点３４とを有し、接点３２及び接点３４はコーナー領域２６内に延在している。（フルサイズのソーラーセル１４は４つの刈り込まれたコーナー部２４を有し、そのそれぞれが、１つの前面接点３２及び１つの背面接点３４を有する。）
【００３０】
刈り込まれたコーナー部２４があることによって、ソーラーセル１４の出発材料として円形のウエハを利用することが多くなる。従来型のパネル１０では、ソーラーセル１４が基板１２に取り付けられた後、これらの刈り込まれたコーナー部２４は、結果的にパネル１０上の不使用スペースになってしまう。しかし、本開示で記載する新たな手法では、この不使用スペースが利用される。具体的には、コーナー導体２０、前面接点３２、及び背面接点３４を備える金属箔相互接続子を、コーナー領域２６に移動させる。これに対して、既存のＣＩＣは、相互接続子がソーラーセル１４の前面に取り付けられており、ストリングの作製中に背面（接続が起こるところ）に接続される。
【００３１】
ソーラーセル１４によって生成された電流は、どちらの前面接点３２にも接続された、細型の金属フィンガー３８とより広い金属バスバー４０の格子３６によって、ソーラーセル１４の前面で集電される。格子３６に金属を追加してソーラーセル１４に入る光を減らしソーラーセル１４の出力を減らすことと、金属が増えることで抵抗が減少することとは、バランスの関係にある。バスバー４０は低抵抗導体であり、大電流を搬送すると共に、前面接点３２が切断された場合には冗長性も提供する。一般的に、最適化のためには前面接点３２間に直接延びる短いバスバー４０が必要とされる。刈り込まれたコーナー部２４内に前面接点３２を有することによって、バスバー４０をソーラーセル１４の外周から離す結果となる。これが達成される一方、同時に、バスバー４０の長さが最小化され、光遮蔽が最小化される。加えて、これによってフィンガー３８も短くなる。これによって、格子３６内の寄生抵抗が減少する。なぜならば、フィンガー３８の長さが短くなり、搬送される電流の総量が減少するからである。これによって、より短い細型のフィンガー３８を提供するために、前面接点３２及び接続するバスバー４０を移動させるという設計が生まれる。
【００３２】
図６は、図５の例示のソーラーセル１４の背面を示す。ソーラーセル１４の背面は、どちらの背面接点３４にも接続している、金属背面層４２を有する。
【００３３】
図７は、１つの実施例による、アレイ２２の２Ｄ格子状に配列されたソーラーセル１４を示す。アレイ２２は、隣接するソーラーセル１４のコーナー領域２６同士が位置合わせされるようにして基板１２に取り付けられている、複数のソーラーセル１４を備えており、それによって基板１２のエリア２８が露出している。ソーラーセル１４間の電気的接続（図示せず）は、ソーラーセル１４の前面接点３２及び背面接点３４、並びに、基板１２の露出したエリア２８上又はエリア２８内に形成されたコーナー導体２０（図示せず）を用いて、基板１２の露出したエリア２８内で、なされている。
【００３４】
組み立て中、ソーラーセル１４は、基板１２に個別に取り付けられる。この組み立ては、支持面、すなわち基板１２上で直接行うことができ、この基板は剛性と可撓性のどちらでもよい。代わりに、ソーラーセル１４は、仮の支持面上でアレイ２２の２Ｄ格子状に組み立てられ、その後に最終的な支持面、すなわち基板１２へと移送することもできるだろう。
【００３５】
図８は、基板１２のコーナー領域２６内の露出したエリア２８に、一又は複数の電気的接続で用いるための一又は複数のバイパスダイオード４４が追加された、アレイ２２の１つの実施例を示す。バイパスダイオード４４は、ソーラーセル１４が電流を生成できなくなった場合にソーラーセル１４を保護するのだが、ソーラーセル１４が電流を生成できなくなった場合とは、部分的に影になったせいでもありうるが、その場合には、ソーラーセル１４に逆バイアスがかかる。１つの実施例では、バイパスダイオード４４は、ソーラーセル１４から独立して、コーナー領域２６において基板１２に取り付けられている。
【００３６】
図９は、バイパスダイオード４４がソーラーセル１４の背面に付けられ、バイパスダイオード４４用の相互接続子又は接点４６が、背面層４２に接続され、更に前面接点３２と背面接点３４との間でコーナー領域２６内に延在している、１つの実施例を示す。
【００３７】
図１０は、バイパスダイオード４４（図示せず）用の相互接続子又は接点４６が前面接点３２と背面接点３４の間でコーナー領域２６内に延在している、図９の実施例の前面図を示す。
【００３８】
図１１は、アレイ２２の２Ｄ格子状に配列され基板１２に付けられた、図９及び図１０のソーラーセル１４を示すが、ここでは、バイパスダイオード４４（図示せず）がソーラーセル１４の背面に付けられ、バイパスダイオード４４用の接点４６がソーラーセル１４のコーナー領域２６内に延在している。
【００３９】
この手法の１つの利点は、図７、図８、及び図１１で示されるレイアウトが、一般化されたレイアウトであることである。特に、これらのレイアウトは、パネル１０ａの顧客が所望する任意の寸法にわたって、反復することができる。これによって、組み立て、改修、試験、及び検査の各工程が非常に簡素化される。
【００４０】
ソーラーセル１４及びバイパスダイオード４４の配置は一般的である。ソーラーセル１４を直列接続で電気的接続することと、ストリングを終端することとは、最終顧客にとって重要なカスタマイズであり、レイアウトとは別個になされる。ソーラーセル１４のコーナー領域２６内で、前面接点３２と背面接点３４とが、接続されなければならない。電流を所望の経路でルーティングするために、これは多数の組合せで行うことができる。
【００４１】
ソーラーセル１４とコーナー導体２０との間で接続がなされる。ソーラーセル１４の前面接点３２及び背面設定３４は、コーナー導体２０に取り付けるため、各コーナー領域２６にある。各ソーラーセル１４の前面接点３２及び背面接点３４用の相互接続子は、電流をソーラーセル１４の外部にルーティングする導電経路２０、３２、３４を設けるため、コーナー導体２０に溶接、はんだづけ、又は他のやり方で接合される。
【００４２】
コーナー導体２０を用いて、電気的接続において任意のカスタマイズを行うことができる。特定の設計の要望に従って電流を上方向／下方向、又は、左方向／右方向に流すように、隣接するソーラーセル１４同士を電気的に接続することができる。必要に応じて、ステイアウト区域を迂回するように電流をルーティングすることもできる。ソーラーセルアレイ２２の長さや幅は、所望に応じて設定することができる。また、アレイ２２の幅は、その長さに応じて変化しうる。
【００４３】
１つの実施例では、電気的接続は、複数のソーラーセル１４を通る電流の流れを決定する直列接続である。これは、図１２及び図１３に示す接続スキームによって達成されうるが、図１２は、アレイ２２のソーラーセル１４間の上方向／下方向の直列接続４８を示しており、図１３は、アレイ２２のソーラーセル１４間の左方向／右方向の直列接続５０を示している。図１２及び図１３のどちらにおいても、これらの直列接続４８、５０は、ソーラーセル１４の前面接点３２及び背面接点３４とバイパスダイオード４４との間の電気的接続であり、これらの直列接続は、基板１２の露出したエリア２８上又はエリア２８内に形成されたコーナー導体２０を用いてなされている。これらの直列接続４８、５０は、ソーラーセル１４を通じた、矢印５２で示されるような電流（電力）の流れを決定する。
【００４４】
ソーラーセル１４間のコーナー導体２０は、様々な形態であることができる。コーナー導体２０は、はんだ付け、溶接、導電性接着剤、又は他の処理であり得る方法で両端になされた電気的接続を有する、電線を用いて完成させることができるだろう。電線に加えて、相互接続子と類似の金属箔コネクタもまた適用できるだろう。金属導体経路又はトレース（図示せず）もまた、基板１２に組み込むことができる。
【００４５】
要するに、この新たな手法は、２個、３個、又は４個の隣接するソーラーセル１４のコーナー領域２６同士が、基板１２上で位置合わせされるようにして、ソーラーセル１４を個別に基板１２に取り付けるものである。ソーラーセル１４は、刈り込まれたコーナー部２４同士が位置合わせされてコーナー領域２６同士が隣接し、それによって基板１２のエリア２８が露出するようにして、レイアウトされうる。ソーラーセル１４間の電気的接続は、これらのコーナー領域２６内で、ソーラーセル１４の前面接点３２及び背面接点３２と、バイパスダイオード４４と、基板１２の露出したエリア２８上又はエリア２８内のコーナー導体２０との間でなされるが、これらの導電経路は、回路を含む直列接続４８、５０でソーラーセル１４のストリングを作り出すのに使用される。
【００４６】
変更可能なストリング長を有するソーラーセルアレイ
衛星電力システムは、複数の直列接続されたソーラーセル１４によって生成される特定の電圧で生成された電力を必要とする。各ソーラーセル１４によって生成される電圧は、主に動作温度、並びに電子及び陽子照射履歴に依存して変化する。このストリングは、典型的には固定長のソーラーセル１４であり、動作中に必要な電圧に達するのに十分なソーラーセル１４を有するように設計されている。ミッションの多くの部分で、ストリングは必要以上の電圧を生成している。効果的には、１つ以上のソーラーセル１４は、電力に寄与しない。本開示は、ミッションを通して各ソーラーセル１４から電力を収集することができるように、動作中にストリング長を再構成する方法を記載する。これは、一定の総出力電圧で動作し、ソーラーセルアレイ２２からより高い電力を生成するストリングを生成する能力をもたらす。
【００４７】
従来の三重接合ソーラーセル１４は、約１．２Ａ及び２．２２Ｖの最大電力を生成する。これは、動作温度及び宇宙環境における高エネルギー電子及び陽子の累積線量とともに変化することになる。
【００４８】
最も重要なのは、変化する電圧である。電力システムは、しばしば、負荷電圧として知られる特定の電圧で電流を収集する。衛星の寿命開始（ＢＯＬ）から寿命終了（ＥＯＬ）まで、電圧は、２．２Ｖから１．８Ｖに低下することがある。２０Ｖから１００Ｖでありうる負荷電圧に達するために、多くのソーラーセル１４が直列に接続され、各ソーラーセル１４がストリングの電圧に加わる。
【００４９】
１つの例では、４５個のソーラーセル１４が、ＢＯＬにおいて１００Ｖに近い最大電力点を有することが必要とされうる。一方、ＥＯＬでは、５５個のソーラーセル１４が、１００Ｖの最大電力点を有することが必要とされうる。したがって、ＢＯＬにおける追加の１０個のソーラーセル１４は、いかなる電力にも寄与しない。
【００５０】
ソーラーセルアレイ２２にスイッチを実装することにより、動作中にストリングの長さを再構成することができる。具体的には、ソーラーセルアレイ２２は、負荷電圧に近い最大電力点を生成するストリング長を有するように再構成される。
【００５１】
例えば、９９０個のソーラーセル１４を有するソーラーセルアレイ２２は、１００Ｖの電力システムに電力を供給するために多くのストリングに分割することができる。ＥＯＬにおいて１００Ｖで電力を供給するために、ソーラーセルアレイ２２は、１００Ｖの最大電力点を有する１８のストリングであって、５５個のソーラーセル１４各々が長いストリングを必要とすることになる。電力出力は、１８×１００Ｖ×１．２Ａ＝２１６０Ｗとなるだろう。固定ストリング長を有する従来のソーラーセルアレイは、ＢＯＬ及びＥＯＬで、この電力を供給するだろう。照射により電流及びフィルファクタがいくらか変化することがあるだろうが、それは、この議論の副次的要因である。
【００５２】
ストリング長を再構成すると、ＢＯＬでずっと高い電力レベルが供給されるだろう。ＢＯＬにおいて、ソーラーセルアレイ２２は、各々が４５個のソーラーセル１４の長さを有する２２のストリングを使用して、１００Ｖの最大電力点を生成するように再構成することができるだろう。電力出力は、２２×１００Ｖ×１．２Ａ＝２６４０Ｗとなるだろう。これは、前の例よりも電力が２２％多い。ソーラーセルアレイ２２は、４５個から５５個のソーラーセル１４にストリング長を変更するミッションの間、再構成することができる。これにより、１００Ｖの負荷電圧に近い最大電力点で電圧が維持され、最適な電力が供給されるだろう。
【００５３】
再構成可能なアレイ２２は、放射線及び動作温度が大きく変化し、それによってソーラーセル１４の電圧を変化させる惑星間のミッションにおいても有利でありうる。
【００５４】
別の用途では、負荷電圧が変化しうる場合がある。例えば、動作の初期段階において、人工衛星は、電気推進を用いてその軌道位置内に移動しうる。電気推進システムは、ミッションの他の段階の動作と比較して、より高い負荷電圧を好むことがある。再構成可能性は、ストリング長を変更するように実施することができ、ストリングの最大電力点が電気推進のために１６０Ｖ又は２００Ｖ又は３００Ｖに、そしてミッションの他の段階については１００Ｖに変更できるだろう。
【００５５】
再構成可能性は、幾つかのスイッチがソーラーセルアレイ２２に導入されることを必要とする。これらのスイッチを従来のソーラーセルアレイ内に配線するためには、ソーラーセル及び配線と、スイッチとの間にエンドタブを挿入する必要がある。また、スイッチには、所望の状態（開いた状態又は閉じた状態）を通信するための信号電線が必要だろう。これには、多大な労力、コスト、パネル面積が必要になる。加えて、余分な接続によって問題が発展するリスクも高くなる。これらのコストとリスクは利益を上回り、再構成可能なアレイの構築を妨げる。
【００５６】
しかしながら、コーナー導体２０のレイアウトを用いるソーラーセルアレイ２２では、再構成可能アレイ２２を実施するためのコストが劇的に変化する。
【００５７】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ及び図１４Ｄは、ソーラーセル１４と電気的接続との間の電流流路を変更するために使用されるスイッチ５４を示す。これらの図において、スイッチ５４は、対で共にパッケージングされた単極単投（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ  ｓｉｎｇｌｅ−ｔｈｒｏｗ（ＳＰＳＴ））スイッチ５４であるが、他のスイッチ５４が使用されてもよく、スイッチ５４が単独で、対で、又は必要に応じてパッケージされてもよい。
【００５８】
一対のＳＰＳＴスイッチ５４のそれぞれは、一又は複数の制御信号（図示せず）を使用して、独立して又は共に制御されうる。図１４Ａは、両方が開いた一対のＳＰＳＴスイッチ５４を示し、図１４Ｂは、左側が開き、右側が閉じた一対のＳＰＳＴスイッチ５４を示し、図１４Ｃは、両方が閉じた一対のＳＰＳＴスイッチ５４を示し、図１４Ｄは、左側が閉じ、右側が開いた一対のＳＰＳＴスイッチ５４を示す。
【００５９】
図１５は、スイッチ５４がコーナー領域２６内に配置されるレイアウトを示す。コーナー領域２６の上部中央にある一対のＳＰＳＴスイッチ５４は、左上のソーラーセル１４の背面接点３４をストリング出力線５６又はバイパスダイオード４４への直列接続のどちらか一方及び左下の次のソーラーセル１４に接続する。光電流は、左上のソーラーセル１４の背面接点３４から左下のソーラーセル１４の前面接点３２に流れる。コーナー領域２６の左側の一対のＳＰＳＴスイッチ５４は、左下のソーラーセル１４の前面接点３２を、左上のソーラーセル１４の背面接点３４と直列接続可能とし、左下のソーラーセル１４の前面接点３２をストリング出力線５６に接続可能にする。
【００６０】
これらのスイッチ５４は、ソーラーセル１４が別のソーラーセル１４への直列接続を有するか、又は埋設されたＶ＋若しくはＶ−ストリング出力線５６に終端するかのどちらかを可能にする。更に、スイッチ５４により、ソーラーセル１４が、複数の接続経路で終端可能になる。同様に、スイッチ５４はまた、幾つかの接続経路を有することもでき、これらの接続経路はすべて本明細書に記載された論理に従う。
【００６１】
コーナー領域２６の右側のソーラーセル１４間の接続は、コーナー領域２６の左側のソーラーセル１４間の接続の１８０度の鏡映である。しかし、左側のＳＰＳＴスイッチ５４の構成は、逆になっている。この左側では、電流は、右下のソーラーセル１４の背面接点３４からストリング終点の埋設されたＶ＋ストリング出力線５６に流れる。右上のソーラーセル１４の前面接点３２は、Ｖ−ストリング出力ライン５６に接続されている。
【００６２】
コーナー領域２６で行われる電気的接続は、それらが直列接続又は回路出力を有するかどうかにかかわらず、ソーラーセル１４の共通レイアウトを使用する。バスバー又は配線は不要で、労力とパネル１０ａの面積が節約できる。更に、コーナー領域２６における電気的接続のレイアウトは、基板１２にパターン化された配線を含む能力を利用する。多かれ少なかれ複雑な基板１２の配線レイアウトは、コスト増がないか、又は最小限である。スイッチ５４によって必要とされる追加の配線は、わずかな追加労力で簡単に構築される。この特性の組み合わせは、理想的には、再構成可能なソーラーセルアレイ２２に適している。
【００６３】
一対のＳＰＳＴスイッチ５４は、他のＳＰＳＴスイッチ５４が開いているときに、１つのＳＰＳＴスイッチ５４が閉じられるように動作しうるが、これは２極単投（ＤＰＳＴ）スイッチ５４を使用して実施することができるだろう。更に、一対のＳＰＳＴスイッチ５４又はＤＰＳＴスイッチ５４は、一又は複数の制御信号で実施することができるだろう。これらのＳＰＳＴスイッチ又はＤＰＳＴスイッチ５４は、固体導体が機械的に曲げられて導電路を形成し破壊する電気機械リレー又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）リレーとすることができるだろう。電界効果トランジスタデバイスは、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）から構築された利用可能な別のスイッチ５４である。
【００６４】
図１６は、１から１５のラベルを付けられたソーラーセル１４のグループ５８を示す。このグループ５８は、２つのストリングに分割することができる。１１とラベル付けされたソーラーセル１４と１５とラベル付けされたソーラーセル１４との間に、２つのストリングの各々の長さを制御する直列の８個のスイッチ５４があり、１５とラベル付けされたソーラーセル１４と出力Ｖ１＋及びＶ２＋との間に結合された第９のスイッチ５４が存在する。スイッチ５４は、１１から１５のソーラーセル１４の間の第１のストリングの長さ、及び０から４のソーラーセル１４の間の第２のストリングの長さを作ることができる。４つの固定出力ラインが存在し、第１のストリングの出力は、Ｖ１−及びＶ１＋であり、第２のストリングの出力は、Ｖ２−及びＶ２＋である。
【００６５】
Ｖ１−は常に、１と表示されたソーラーセル１４の前のストリングの始めから設定される。Ｖ１＋は、１１とラベル付けされたソーラーセル１４の後から１５とラベル付けされたソーラーセル１４の後までの任意のポイントにあり、ソーラーセル１４の電圧が低下したときの寿命の終わり（ＥＯＬ）における構成でありうる。描かれているように、Ｖ１＋は、１３とラベル付けされたソーラーセル１４の後に終端し、Ｖ２＋は、常に、１５とラベル付けされたソーラーセル１４の後に終端する。描かれているように、Ｖ２−は、１４とラベル付けされたソーラーセル１４の前で終端する。
【００６６】
このソーラーセルアレイ２２は、第１のストリングが、必要なストリング長を有して動作電圧を最適化するために再構成できることを可能にする。第２のストリングは、より低い電圧出力を有するだろう。他のグループ５８を使用する第２のストリングの複数のコピーは、負荷電圧に達するように直列に接続する必要がありうる。
【００６７】
図１７は、所望の電圧出力のためにストリングをどのように組み合わせるかを示すレイアウトであり、ソーラーセル１４の１４個のグループ５８を示している。各グループ５８は、図１６に示すソーラーセル１４とスイッチ５４とから成る。各グループ５８内のソーラーセル１４の第１のストリングは、出力Ｖ１、Ｖ２、．．．、Ｖ１４に接続される１１〜１５個のソーラーセル１４から所望の電圧を生成する。各グループ５８内のソーラーセル１４の第２のストリングは、出力Ｖａ、Ｖｂ、．．．、Ｖｎに接続される０〜４個のソーラーセル１４から所望の電圧を生成する。
【００６８】
図１７のレイアウトは、追加のスイッチ５４がグループ５８の各々から第２のストリングを接続するための段の間にある、グループ５８の２つの段を示す。この例では、ストリング出力Ｖａ−は、Ｖ１５−に直接終端する。Ｖａ＋は、二対のスイッチ５４を介してＶｂ−に接続されている。Ｖｂ＋とＶｃ−との間で同じことが起こり、グループ５８にわたって継続する。図示のように、スイッチ５４により、ＶａからＶｇへの直列接続が可能になる。この例では、各グループ５８の第１のストリングは、１３個のソーラーセル１４の長さであり、第２のストリングは、２個のソーラーセル１４の長さである。ＶａをＶｇに出力するセグメントの組み合わせは、ストリングの１４個のソーラーセル１４の長さである。これらは、１４個のソーラーセル１４の長さであり、システムによって利用されるのに十分な電圧を生成する出力Ｖ１５のために組み合わせる。
【００６９】
Ｖｇ＋とＶｈ−との間では、出力は、スイッチ５４ａで終端する。これら終端スイッチ５４ａは、スイッチ素子５４の状態の変化を示す。終端スイッチ５４は、Ｖｇ＋をＶ１５＋に、Ｖｈ−をＶ１６−に終端する。次に、Ｖｈ〜Ｖｎが直列接続され、１４個のソーラーセル１４の別のストリングを生成する。Ｖｎ＋は、Ｖ１６＋に接続される。
【００７０】
結果として、図１６は、所望の電圧出力を有する長い第１のストリングと、所望の電圧の一部分である短い第２のストリングとの間でどのようにソーラーセル１４のグループ５８を再構成することができるかを示しているのに対し、図１７は、所望の電圧を生成するために、これらの短い第２のストリングをどのように組み合わせることができるかを示している。
【００７１】
ストリングの長さとレイアウトは、必要に応じて変更することができる。本開示は、スイッチングトポロジに焦点が当てられる。この配線を実施し、従来のソーラーセルアレイのスイッチをオンにするためには、大規模な手作業による努力を要するだろう。本開示のソーラーセルアレイ２２は、埋設されたトレースが基板１２内にパターン化されているので、最小の余力で複雑な配線を収容することができ、再構成可能なソーラーセルアレイ２２の複雑性を達成することができる。
【００７２】
ソーラーセル１４を切り替えてストリングの長さを変えることができるであろう多くの構成が存在する。図１６は、１５個のソーラーセル１４から成るグループ５８を示しており、ストリング長は、単一のソーラーセル１４によって変更可能である。ソーラーセル１４の特定のグループ５８を切り替えることが有利でありうる。
【００７３】
図１８はそのような組み合わせの１つを示している。図１８は、４段６列に配置された２４個のソーラーセル１４を有するソーラーセルアレイ２２を示す。ソーラーセル１４は、１〜２４としてラベル付けされ、ソーラーセル１４の側面（及び頂部）に沿って、線６０によって直列接続される。
【００７４】
フレックス回路基板１２の左右に延びるトレース６２もある。これらのトレース６２は、ソーラーセル１４の下に埋設され、ソーラーセル１４から電気的に絶縁され、ストリング終端出力と企図される。トレース６２は、ソーラーセル１４間のコーナー領域２６でアクセス可能であり、任意のソーラーセル１４が出力線５６に容易にアクセスできるようにする。
【００７５】
埋設されたトレース６２のうちの２つは、Ａ及びＢとしてラベル付けされる。これらのトレース６２は、３、４、５、６、１１、１２、１３、１４、１９、２０、２１、２２としてラベル付けされたソーラーセル１４によってアクセス可能であろう。これは、コーナー領域２６に接続されたソーラーセル１４からなるソーラーセルアレイ２２について説明した典型的な構成である。これは、再構成可能なソーラーセルアレイ２２にとって有益である。
【００７６】
図１９は、これが再構成可能なソーラーセルアレイ２２でどのように使用できるかを示す。ここでは、２４個のソーラーセル１４がより小さく示され、配線及びスイッチング接続の図を描くためのスペースがより大きくなっている。示された幾何形状は、コーナー領域２６における電気的接続の使用によく適している。１１−１２、１３−１４、１９−２０、２１−２２としてラベル付けされたソーラーセル１４と、２４としてラベル付けされたソーラーセル１４との間には、図１６のスイッチと類似のスイッチ５４がある。これらのスイッチ５４は、同じ列位置のソーラーセル１４間に位置する、図１５のようなコーナー領域２６に実装することができるだろう。図１６に示すように、２つのストリング出力、すなわち第１ストリングのＶ１と第２ストリングのＶ２が存在する。Ｖ２−及びＶ１＋は、各スイッチ５４によってアクセスされる。このスイッチングを可能にするために、ソーラーセル１４の下を走るＶ１＋及びＶ２−のための単一のトレース６２のみが必要とされる。
【００７７】
トレース６４を基板１２の表面上に堆積させ、Ｖ１＋及びＶ２−のトレース６２は、表面トレース６４の下を通過するように埋設される。垂直複合線６６は、スイッチ５４を埋設トレース６２に接続する相互接続子を示し、スイッチ５４は、第１のストリングが１３個のソーラーセル１４の長さであり、第２のストリングが１１個のソーラーセル１４の長さであるように設定される。
【００７８】
Ｖ１ストリングは、１１、１３、１９、２１、又は２４個のソーラーセル１４の長さを有することができる。これは、段３及び４のソーラーセル１４の間を走る埋設トレース６２によって達成される。出力ラインへのこれらの接続は、段２及び３のソーラーセルの間にあるように段を上に移動させることができるだろう。これにより、１０、１４、１８、２２、又は２４のストリング長をもたらすだろう。これらの異なる組合せは、４段のソーラーセルアレイ２２から生じ、出力ラインは２つの段の間を通っている。他の段の間に追加の出力ラインを追加して、より多くのスイッチングポイントとストリング長のより多くの制御を可能にすることができるだろう。しかしながら、この複雑さのため、埋設トレース６２を横切ることになり、追加の努力が必要となる。
【００７９】
このレイアウトは、同じ層の上に互いにトレースが交差しない、すなわち、交差する実線トレース又は交差する破線トレースがないため、容易に製造される。これらのトレースが交差する場合は、別の金属層とビアが必要になり、宇宙環境の寿命に関する懸念が生じる。コーナー接続ソーラーセルアレイ２２が基板１２内に埋設トレース６２を有するこの構成により、非常に簡単な接続経路が可能になる。
【００８０】
図１６及び図１７の構成は、全電圧の第１のストリングと部分電圧の第２のストリングに分割されたソーラーセル１４のグループ５８に基づいていた。次に、グループ５８の第２のストリングが共に接続されて、必要な電圧を構築する。
【００８１】
関連する手法を図２０Ａ及び図２０Ｂに示す。図２０Ａは、図１６及び図１７に示す構成と同じの構成を各々が有している、ソーラーセル１４の複数のグループ５８を含む。各グループ５８は、第１及び第２のストリング６８ａ、６８ｂを含み、第１のストリング６８ａは、全電圧ストリングであり、第２ストリング６８ｂは、部分電圧ストリングであり、複数のグループ５８にわたる複数の部分電圧の第２のストリング６８ｂは、必要なストリング長及び出力電圧を供給するために共に接続される。
【００８２】
図２０Ｂは、各グループ５８が、異なる長さの２つのストリング６８ａ、６８ｂに分割され、各グループ５８からの第１及び第２のストリング６８ａ、６８ｂが、必要なストリング長を提供するために共に接続されることを示す。具体的には、第１グループ５８の第１のストリング６８ａは、全電圧のストリングであり、第１グループ５８の第２のストリング６８ｂは、全電圧のストリングを生成するために、第２グループ５８の第１のストリング６８ａと組み合わせている部分電圧のストリングであり、第２グループ５８の第２のストリング６８ｂは、全電圧ストリングを形成するために、第３グループ５８の第１のストリング６８ａと組み合わせた部分電圧のストリングであり、第３グループ５８の第２のストリング６８ｂは、全電圧のストリングである。
【００８３】
示されている例は２つのストリング６８ａ、６８ｂのみを有するが、これらのグループ５８は、より大きい又はより小さい数のストリングを含むことができるだろう。具体的には、グループ５８は、１、２、３、４等の全電圧ストリングと、０、１又は場合によっては複数の部分電圧ストリングで構成することができるだろう。
【００８４】
図１６〜２０は、出力電圧を制御するために少数のソーラーセル１４によってストリング長を変更することによって再構成に焦点を当てた。これは、宇宙放射線の曝露及び動作温度の変化に起因して、個々のソーラーセル１４の電圧がミッション中に変化することになるので、有益である。
【００８５】
図２１及び図２２は、再構成可能性をストリング長のより大きな変化に適用する。これは、出力電圧に大きな変化が所望される用途に対するものであろう。
【００８６】
例えば、人工衛星動作中に、ソーラーセルアレイ２２は、一般に、一組のバッテリを充電しており、負荷電圧は１００Ｖ以下でありうる。しかし、ミッション段階の間、人工衛星は、その軌道位置を変えるために電気推進を使用し、負荷電圧は、１６０Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ又はその他でありうる。ソーラーセルアレイ２２が異なる動作のために所望の電圧を出力することが望ましいことがあるだろう。
【００８７】
別の構成は、惑星間のミッションによるものであり、太陽までの距離が変化するにつれて、ソーラーセルアレイ２２が非常に熱くなったり非常に冷たくなったりする可能性がある。代替的には、ソーラーセルアレイ２２の温度は、小惑星又は他の物体若しくは惑星に着陸した場合など、移動体環境が変化した場合に、劇的に変化する可能性があるだろう。これらの温度の変化は、ソーラーセル１４によって生成される電圧、及びストリングの必要な長さを変化させ、それは劇的でありうる。
【００８８】
図２１は、３枚のフレックスシート基板１２、１２ｂ、１２ｃから成るソーラーセル１４のレイアウトを示す。各基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、３（水平）×２７（垂直）のソーラーセル１４のグリッドを有する。各基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃの下部１２ｄは、１００Ｖを生成する５８個のソーラーセル１４を有する。各基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃの上部１２ｅは、それぞれ１９個、１９個及び２０個のソーラーセル１４、合計５８個のソーラーセル１４を有する。斜線で占められた長方形の要素７０によって図示されたように、ソーラーセル１４が含まれていない幾つかのソーラーセル１４の位置が存在する。曲がりくねった線７２は、概して、各基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各部分１２ｄ、１２ｅ内のソーラーセル１４がどのようにしてストリング内で直列に接続されているかを示している。三角形で示される８対のＳＰＳＴスイッチ５４があり、下側部分１２ｄの各々が単一のストリングであり、各基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃの上側部分１２ｅが、単一のストリング内に共に直列接続されるように、スイッチ５４を再構成することができる。この構成では、すべてのソーラーセル１４が、５８個のソーラーセル１４を有する直列接続されたストリング内にある。これは、１０年間の放射線が電圧損失を引き起こした後に、典型的な地球同期（ＧＥＯ）近地球環境に対して１００Ｖを生成する構成である。
【００８９】
図２２は、スイッチ５４を使用して図２１のレイアウトをどのように再構成できるかを示している。直列に接続された場合、各基板１２ａ、１２ｂ、１２ｃの下側部分１２ｄ及び上側部分１２ｅは、それぞれ７７（５８＋１９）個、７７（５８＋１９）個及び７８（５８＋２０）個のソーラーセル１４の長さであるストリングを含む。ストリングは、ＧＥＯ条件下でそれぞれ１３２Ｖ、１３２Ｖ及び１３４Ｖを生成するだろう。或いは、高温環境では、１００Ｖの出力を維持することができる。
【００９０】
結論として、この説明は、再構成可能な機能を達成するためにスイッチ５４及び配線をソーラーセルアレイ２２に追加することを含む。従来のソーラーセルアレイへのスイッチ及び配線の適用は、極めて複雑かつ高価なものとなるだろう。再構成可能なソーラーセルアレイ２２を現在可能にするのは、従来のワイヤの代わりに基板１２内に配線トレースを使用することである。再構成可能性は、多くの又はすべてのソーラーセル１４に並列に配線することを必要とするが、従来の配線は開始及び終了接続のみを有する。基板１２のトレースは、トレースの長さ下方まで（ｄｏｗｎ  ｔｈｅ  ｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｒａｃｅ）任意のポイントでそれらに行われる多くの接続を有することができる。従って、トレースは、ソーラーセル１４の下をルーティングすることができ、全てのソーラーセル１４のための回路出力線を非常に容易に提供する。更に、ソーラーセル１４の前面接点３２及び背面接点３４は、コーナー領域２６において利用可能である。パネル１０ａの面積を消費することなく再構成可能性を達成するために、スイッチ５４を追加することができる。図及び説明は、再構成可能性が、ソーラーセル１４のレベルで、どのようにストリング内のソーラーセル１４の数及びその結果生じる出力電圧を変更するかを示す。代替的には、再構成可能性は、ストリングを共に接続して電圧をより大きなブロックに構築することができる。
【００９１】
従来のソーラーセルアレイでは、スイッチの追加には、エンドタブ、配線、スイッチ、及び回路配線が必要となるだろう。これらの構成要素は、再構成することができる任意の２つのソーラーセルの間になければならないだろう。労力に加え、これらの構成要素は、かなりのパネル面積をとり、それによって電力生成が低下するだろう。
【００９２】
製造
本開示の実施例は、図２３に示すステップ７６〜８８を含む、ソーラーセル１４、ソーラーセルパネル１０ａ、及び／又は人工衛星の製造方法７４に照らして説明され、結果として得られた、ソーラーセル１４からなるソーラーセルパネル１０ａを有する人工衛星９０が図２４で示される。
【００９３】
図２３に示すように、製造前段階では、例示的方法７４は、ソーラーセル１４、ソーラーセルパネル１０ａ、及び／又は人工衛星９０の仕様及び設計７６、並びにこれらの材料の調達７８を含みうる。製造段階では、ソーラーセル１４、ソーラーセルパネル１０ａ、及び／又は人工衛星９０のコンポーネント及びサブアセンブリの製造８０、並びにシステムインテグレーション８２が行われるが、これらは、ソーラーセル１４、ソーラーセルパネル１０ａ、及び／又は人工衛星９０の製造を含む。その後、ソーラーセル１４、ソーラーセルパネル１０ａ、及び／又は人工衛星９０は、運航８６に供されるために認可及び納品８４を経てもよい。ソーラーセル１４、ソーラーセルパネル１０ａ、及び／又は人工衛星９０はまた、打ち上げ前に、（改造、再構成、改装などを含む）整備及び保守８８が予定されうる。
【００９４】
方法７４の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の目的に関しては、システムインテグレータは、限定しないが、ソーラーセル、ソーラーセルパネル、人工衛星または宇宙船の、任意の数の製造業者及び主要システムの下請業者を含んでいてよく、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者及びサプライヤーを含んでいてよく、またオペレータは、衛星通信会社、軍事団体、サービス機関などであってよい。
【００９５】
図２４に示すように、例示的方法７４によって製造される人工衛星９０は、システム９２、本体９４、ソーラーセル１４からなるソーラーセルパネル１０ａ、及び一又は複数のアンテナ９６を含みうる。人工衛星９０に含まれるシステム９２の実施例は、限定しないが、推進システム９８、電気システム１００、通信システム１０２、及び電力システム１０４のうちの一又は複数を含む。また、任意の数の他のシステム９２が含まれてもよい。
【００９６】
図２５は、１つの実施例による、機能ブロック図の形態のソーラーセルパネル１０ａの図である。ソーラーセルパネル１０ａは、基板１２に個別に取り付けられたソーラーセル１４のうちの一又は複数からなる、ソーラーセルアレイ２２からなる。各ソーラーセル１４は、光源１０８からの光１０６を吸収し、それに応答して電気出力１１０を生成する。
【００９７】
ソーラーセル１４のうちの少なくとも１つは、コーナー領域２６を画定する少なくとも１つの刈り込まれたコーナー部２４を有し、それによって、基板１２のエリア２８は、ソーラーセル１４が基板１２に取り付けられたときにも露出したままである。複数のソーラーセル１４が基板１２に取り付けられているときには、ソーラーセル１４のうちの隣接するもののコーナー領域２６同士が位置合わせされており、それによって基板１２のエリア２８が露出する。
【００９８】
基板１２の露出したままのエリア２８は、基板１２に取り付けられたか、基板１２上にプリントされたか、基板１２に組み込まれたかしている一又は複数のコーナー導体２０を含んでおり、ソーラーセル１４とコーナー導体２０との間の一又は複数の電気的接続が、ソーラーセル１４のうちの少なくとも１つの刈り込まれたコーナー部２４によってできたコーナー領域２６内でなされている。
【００９９】
刈り込まれたコーナー部２４によってできたコーナー領域２６は、コーナー導体２０とソーラーセル１４との間の電気的接続をなすため、少なくとも１つの接点、例えば、ソーラーセル１４の前面上の前面接点３２、及び／又は、ソーラーセル１４の背面上の背面接点３４を含む。電気的接続は、ソーラーセル１４を通る電力の流れを決定する上方向／下方向及び／又は左方向／右方向の直列接続を含み、一又は複数のバイパスダイオード４４を含みうる。
【０１００】
基板１２の露出したままである領域２８は、ソーラーセル１４と電気的接続との間の電流流路を変更するための、ソーラーセル１４に隣接する刈り込まれたコーナー２４によって画定されたコーナー領域２６内に位置する少なくとも１つのスイッチ５４を含む。基板１２は、ソーラーセル１４間の電気的接続を行うために、スイッチ５４に接続された一又は複数のトレースを含む。
【０１０１】
スイッチ５４は、制御信号に応答してソーラーセル１４間の電気的接続のためのストリング長を再構成する。スイッチ５４はまた、ストリング間の接続を再構成し、ストリング間の直列接続及び出力の再構成可能性を許容する。スイッチ５４は、単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチであっても双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチであってもよく、単独で、対で、又は必要に応じてパッケージされてもよい。
【０１０２】
実験結果
アレイのストリング長の再構成を実証するために、コーナー導体設計に基づき、フレックス回路基板を使用したソーラーセルアレイを構築した。
【０１０３】
図２６Ａは、各段に４個のソーラーセルを有する、３段に配置された１２個のソーラーセルからなるデモンストレーション用のソーラーセルアレイの画像である。直列接続又はストリング終端のいずれかを提供するために、電気的接続がコーナー領域内で行われる。電流の流れ又は導電経路は、金属箔ジャンパを所定位置に溶接することによって選択された。金属ジャンパの代わりに、ソーラーセルアレイの周囲を越えて延在する対のワイヤが、幾つかの場所に追加された。
【０１０４】
図２６Ｂは、前面接点、背面接点、バイパスダイオード、及びソーラーセルの間の電気的接続を示すコーナー領域のうちの１つの拡大図を示す画像である。
【０１０５】
図２６Ｃは、導電経路上に描かれた暗い線によって示された左上のソーラーセルと左下のソーラーセルとの間の電気的接続を有する、図２６Ｂのバージョンである。１つの導電経路は、左上のソーラーセルの背面接点を左下のソーラーセルの前面接点に接続し、電流が下向きに流れるようにする。別の導電経路は、バイパスダイオードを通って左下のソーラーセルの背面接点を接続する。
【０１０６】
右上のソーラーセルと右下のソーラーセルとの間の電気的接続は、左上のソーラーセルと左下のソーラーセルとの間の電気的接続と比較すると、１８０度回転したものであり、その結果、電流は、右下のソーラーセルから右上のソーラーセルに流れる。
【０１０７】
ジャンパは、直列接続用に配置されている。ジャンパの位置を変更することにより、電流の流れを埋設トレース内で終端させることができる。
【０１０８】
図２６Ｄは、ジャンパの代わりにワイヤが追加された別のコーナー領域の画像である。複数のワイヤを共に短絡させて、ジャンパのように機能させるか、又はワイヤを分離させて、ジャンパがないように機能させることができるだろう。
【０１０９】
このデモンストレーションでは、ジャンパ又はワイヤを使用して、１２個のソーラーセルを備えたソーラーセルアレイの構成を、６個のソーラーセルを備えた２つのストリングから、４個のソーラーセルを備えた３つのストリングに変更することができる。
【０１１０】
図２６Ｅは、ＡＭ０（ゼロ大気に対する空気質量係数）照明下でのソーラーセルアレイの光電流−電圧（ＬＩＶ）測定のグラフであり、測定は、６個のソーラーセルを有する２つのストリング、及び４個のソーラーセルを有する３つのストリングの構成で行われた。電圧の変化は、ストリング長の変化を確認する。
【０１１１】
更に、本開示は、以下の条項による実施例を含む。
条項１．    基板に取り付けられた一又は複数のソーラーセルを含み、基板が、ソーラーセルへの一又は複数の電気的接続を含み、基板が、ソーラーセルのうちの一又は複数と電気的接続のうちの一又は複数との間で電流流路を変更することによって、ソーラーセルの一又は複数のストリング長を変更するための一又は複数のスイッチを含む、ソーラーセルアレイ。
条項２．  一又は複数の刈り込まれたコーナーを有するソーラーセルのうちの少なくとも１つが、基板に取り付けられるとき、基板のエリアが露出されたままであり、基板の露出されたままであるエリアが、スイッチのうちの少なくとも１つを含む、条項１に記載のソーラーセルアレイ。
条項３．  ソーラーセルのうちの少なくとも１つの隣接するものの刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域が位置合わせされ、それにより基板のエリアを露出するように、ソーラーセルのうちの少なくとも１つが基板に取り付けられる、条項２に記載のソーラーセルアレイ。
条項４．  スイッチのうちの少なくとも１つが、ソーラーセルのうちの少なくとも１つに隣接した刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域内に位置する、条項１から３の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項５．  スイッチが、一又は複数の制御信号に応じて、ソーラーセルのうちの一又は複数のストリング長を変更する、条項１から４の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項６．  スイッチが、複数のストリング間の直列接続及び出力の再構成可能性を許容するために、ストリング長を変更する、条項１から５の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項７．  スイッチが、一又は複数の制御信号に応じて、所望の電圧出力のためのソーラーセルの２以上のストリングを組み合わせる、条項１から６の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項８．  スイッチが、単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチである、条項１から７の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項９．  スイッチが、双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチである、条項１から８の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項１０．  基板が、ソーラーセル間の電気的接続を行うためのスイッチに接続された一又は複数のトレースを含む、条項１から９の何れか一項に記載のソーラーセルアレイ。
条項１１．  一又は複数のソーラーセルを基板に取り付けることを含み、基板が、ソーラーセルへの一又は複数の電気的接続を含み、基板が、ソーラーセルのうちの一又は複数と電気的接続のうちの一又は複数との間で電流流路を変更することによって、ソーラーセルの一又は複数のストリング長を変更するための一又は複数のスイッチを含む、ソーラーセルアレイを製造するための方法。
条項１２．  一又は複数の刈り込まれたコーナーを有するソーラーセルのうちの少なくとも１つが、基板に取り付けられるとき、基板のエリアが露出されたままであり、基板の露出されたままであるエリアが、スイッチのうちの少なくとも１つを含む、条項１１に記載の方法。
条項１３．  ソーラーセルのうちの少なくとも１つの隣接するものの刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域が位置合わせされ、それにより基板のエリアを露出するように、ソーラーセルのうちの少なくとも１つが基板に取り付けられる、条項１２に記載の方法。
条項１４．  スイッチのうちの少なくとも１つが、ソーラーセルのうちの少なくとも１つに隣接した刈り込まれたコーナーによって画定されたコーナー領域内に位置する、条項１１から１３の何れか一項に記載の方法。
条項１５．  スイッチが、一又は複数の制御信号に応じて、ソーラーセルのうちの一又は複数のストリング長を変更する、条項１１から１４の何れか一項に記載の方法。
条項１６．  スイッチが、複数のストリング間の直列接続及び出力の再構成可能性を許容するために、ストリング長を変更する、条項１１から１５の何れか一項に記載の方法。
条項１７．  スイッチが、一又は複数の制御信号に応じて、所望の電圧出力のためのソーラーセルの２以上のストリングを組み合わせる、条項１１から１６の何れか一項に記載の方法。
条項１８．  スイッチが、単極単投（ＳＰＳＴ）スイッチである、条項１１から１７の何れか一項に記載の方法。
条項１９．  スイッチが、双極単投（ＤＰＳＴ）スイッチである、条項１１から１８の何れか一項に記載の方法。
条項２０．  基板が、ソーラーセル間の電気的接続を行うためのスイッチに接続された一又は複数のトレースを含む、条項１１から１９の何れか一項に記載の方法。
条項２１．  ソーラーセルのうちの一又は複数と、電気的接続のうちの一又は複数との間の電流流路を変更することによって、ソーラーセルのうちの一又は複数のストリング長を変更するための、一又は複数のソーラーセルへの一又は複数の電気的接続において、一又は複数のスイッチを作動させることを含む方法。
【０１１２】
結論
上記の実施例の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、網羅的であること、又は記載された実施例に限定することを意図しているのではない。上記の特定の要素の代わりに、多数の代替形態、修正形態、及び変形形態が用いられてもよい。
【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１９】
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【図２０】
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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２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２６Ｅ】
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【外国語明細書】
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