(57)【要約】  方法及びシステムは、複数の太陽電池セル及び複数の電圧コントローラを含む。複数の太陽電池セルはそれぞれ、複数の電圧コントローラのうちの専用の電圧コントローラに直接結合されて、太陽電池セルと電圧コントローラの独自の対を形成する。複数のパネルはそれぞれ、複数の独自の対を含む。【選択図】  図４
2011503901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルと、
複数の電圧コントローラであって、前記複数の太陽電池セルがそれぞれ、該複数の電圧コントローラのうちの専用の電圧コントローラに直接結合されて、太陽電池セルと電圧コントローラの独自の対を形成する、該複数の電圧コントローラと、
各々が複数の独自の対を含む複数のパネルと、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記コントローラの少なくとも２つの出力が共通のノードに接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のコントローラの少なくとも１つが、前記複数のセルのうちの２つ以上に接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のコントローラの１つが、前記複数のセルのうちの１つのセルに結合されたチップ調整器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記チップ調整器が、整流器を介して前記複数のセルのうちの前記１つのセルに結合されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記整流器が、前記チップ調整器を介してダイオードと直列に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記ダイオードがショットキーダイオードである、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記チップ調整器及びコンデンサが並列に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
前記複数のコントローラの１つが、
第１のトランジスタと、
第２のトランジスタと、
第１の駆動接続及び第２の駆動接続を有するコントローラチップであって、該第１の駆動接続が前記第１のトランジスタに結合され、該第２の駆動接続が前記第２のトランジスタに結合されている、該コントローラと、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタにダイオードが結合されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ダイオードがショットキーダイオードである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラチップと前記複数のセルの１つの間に整流器が結合されている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラチップが、前記第２のトランジスタに結合された感知ピンを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラチップに第１のコンデンサが結合されている、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラチップが、前記第１のトランジスタ及び前記ダイオードに結合されたフィードバックピンを含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラチップに第２のコンデンサが結合されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
複数のセルと、
各々が前記複数のセルの少なくとも１つに接続された複数のコントローラと、
各々が前記複数のセル及び前記複数のコントローラの一部分を含む複数のパネルと、
を備える太陽電池アレイシステム。
【請求項１８】
前記複数のコントローラの少なくとも１つが、
電圧を切り換えるように構成されたチップ調整器と、
前記チップ調整器と前記セルの間に結合された整流器と、
コンデンサと、
逆流電流を阻止するように構成され、前記コンデンサ及び前記チップ調整器に結合されたショットキーダイオードと、
を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数のコントローラの少なくとも１つが、
第１のゲートを有する第１のトランジスタと、
第２のゲートを有する第２のトランジスタと、
ショットキーダイオードと、
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、及び前記ショットキーダイオードに結合されており、整流及びバッキングを制御するコントローラチップであって、前記第１のゲートを駆動する第１の駆動ピン及び前記第２のゲートを駆動する第２の駆動ピンを有する、該コントローラチップと、
を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
太陽電池パネルを接続する方法であって、
パネルに対して複数の太陽電池セルを提供するステップと、
前記パネルに対して複数の電圧コントローラを提供するステップと、
前記複数の太陽電池セルのそれぞれを前記複数の電圧コントローラのうちの専用の電圧コントローラに結合するステップと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記複数の電圧コントローラを直列に接続するステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の電圧コントローラを並列に接続するステップを更に含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
[0001]本出願は、２００７年１１月１４日に出願の米国特許仮出願第６１／００３，０９１号及び２００８年１０月１７日出願の米国特許出願第１２／２５３，８６８号に対する優先権を主張する。これら米国出願の開示を、参照することによって本明細書に援用する。
【背景】
【０００２】
[0002]通常、太陽電池パネルは、直列に接続されたセルのストリングを有し得る。図１に示すように、パネル１００は、直列に接続されたセル１０１ａｂ〜１０１ｎｎのストリングを有する。図示のように、パネル１００は、９×４の一連のセル又はスライスである。２つのリード１０２ａ、ｂが、全てのセルの直列電圧を共に伝達する。これらのセルの１つが欠陥をもち、日陰にあり、汚れており、又は別の形で劣化している場合には、パネル全体の出力性能を低減させる可能性がある。
【０００３】
[0003]図２は、直列パネルＰ１１〜Ｐｎｎの複数の並列ストリングが使用される太陽電池アレイシステム２０１の典型的な構成を示している。線２０３ａ．．．ｎで描くように、これらのパネルのうちの幾つかが日陰の領域にある場合には、アレイ２０２ａｂ〜２０２ｎｎ全体の性能に望ましくない影響を与える可能性がある。これらのストリングは、線２０４によって並列に接続される。線２０４は通常、インバータに接続され得る。
【０００４】
[0004]図３は、パネル３０２ａ．．ｎを有する太陽電池アレイシステム３０１を示している。各パネルには、管理ユニット３０４ａ〜ｎが取り付けられている。各パネル３０２ａ．．ｎ及びそれに付随する管理ユニット３０４ａ〜ｎは、並列に接続されている。管理ユニット３０４ａ〜ｎはそれぞれ、対応のパネルの電圧を、バス上に伝送するための高い電圧に変換する。特定のパネルが日陰にある場合、又は特定のパネルの性能が何らかの他の要因によって劣化している場合には、この手法は、影響を受ける特定のパネルへの望ましくない影響を制限するのに役立つことができる。影響を受けたパネルがその一部であるストリングの性能の劣化を、ある程度低減させることができる。
【０００５】
[0005]単独で、並びにより大きな群で、パネルの効率の改善が必要とされる。
【概要】
【０００６】
[0006]本発明の多くの実施形態の１つでは、方法及びシステムが、複数の太陽電池セル及び複数の電圧コントローラを含む。複数の太陽電池セルはそれぞれ、複数の電圧コントローラのうちの専用の電圧コントローラに直接結合されて、太陽電池セルと電圧コントローラの独自の対を形成する。複数のパネルはそれぞれ、複数の独自の対を含む。
【０００７】
[0007]本発明の他の特徴及び実施形態は、添付の図面及び以下の詳細な説明から明らかになる。
【０００８】
[0008]本開示を例として示すが、本開示は添付の図面の図に限定されるものではない。添付の図面では、同じ参照符号が類似の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術による従来のパネルの図である。
【図２】従来技術による従来の太陽電池アレイの図である。
【図３】従来技術による管理ユニットがパネルに付随する従来の太陽電池アレイの図である。
【図４】本発明の一実施形態によるパネルの図である。
【図５ａ】本発明の一実施形態による電圧コントローラ／変換器の図である。
【図５ｂ】本発明の別の実施形態による電圧コントローラ／変換器の図である。
【詳細な説明】
【００１０】
[0015]以下の説明では、当該説明の完全な理解を可能とするために、説明の目的で、多数の特有の詳細について述べる。しかし、これらの特有の詳細がなくても本開示の実施形態を実施できることが、当業者には明らかであろう。場合によっては、記載を曖昧にしないために、構造及びデバイスをブロック図の形式で示す。
【００１１】
[0016]本明細書中の「一（ｏｎｅ）実施形態」、「一（ａｎ）実施形態」、「他の実施形態」等への言及は、その実施形態に関連して記載する特定の特徴、構造、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。例えば、本明細書中の様々な箇所に現れる「一実施形態では」という語句は、必ずしも全て同じ実施形態について言及しているわけではなく、また別個の実施形態又は代替実施形態が他の実施形態を互いに含まないというわけでもない。さらに、幾つかの実施形態によって提示できるが他の実施形態では提示できない様々な特徴について説明する。同様に、幾つかの実施形態では要件となりうるが他の実施形態では要件にならない様々な要件についても説明する。
【００１２】
[0017]図４は、本発明の一実施形態による例示的なパネル４００を示している。パネル４００は、太陽電池セル又はスライス４０１ａ．．ｎの４×９のアレイである。各セル又はスライス４０１ａ．．ｎは、直流電圧を供給するためにそれ自体の電圧コントローラ／変換器（ＶＣＣ）４０２ａ．．ｎを有する。したがってセルはそれぞれ、パネル全体にわたる電力を有する。一実施形態では、電圧コントローラ／変換器（ＶＣＣ）４０２ａ．．ｎの出力は、電流源として提供され得る。別の実施形態では、電圧コントローラ／変換器（ＶＣＣ）４０２ａ．．ｎの出力は、電圧源として提供され得る。電流源出力の場合には、パネル全てが同じ電流を供給することになるが、電圧は、各パネルで利用可能な太陽電池電力に従って変動することになる。電圧源出力の場合には、パネル全てが同じ電圧を供給することになるが、電流源は、利用可能なエネルギーに依存することになる。幾つかの実施形態では、単一のセルではなく、２つ、４つ、又は任意の他の適切な少数のセルを共に１つの電圧コントローラ／変換器（ＶＣＣ）４０２ａ．．ｎに接続することができる。セルとＶＣＣの比は、コスト、変換の効率、及びパネルの効率の間のトレードオフである。異なるスライス（セル）及び異なるＶＣＣにより、セルとＶＣＣの比の最適な数値は異なり得る。
【００１３】
[0018]図５ａ及び５ｂは、図４の電圧コントローラ／変換器（ＶＣＣ）４０２ａ〜ｎの２つの例示的な実施形態を、それぞれコントローラ４０２ｘ及びコントローラ４０２ｙとして示している。図５ａに示すように、コントローラ４０２ｘは、セル又はスライス５０１に結合されている。コントローラ４０２ｘは、外部整流器５０２、単一チップ調整器５０３、コンデンサ５０４、及びショットキーダイオード５０５を含んでいる。電圧は、外部整流器５０２及びコンデンサ５０４を使用して、単一チップ調整器５０３によって切り換えられる。ショットキーダイオード５０５は、逆流電流を阻止する。一実施形態では、ショットキーダイオード５０５を使用して効率を改善しているが、他の実施形態では、ショットキーダイオード５０５を使用しない。下記で論じる単一チップ調整器５０３及びコントローラチップ５０８は、Ｍａｘｉｍ、Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、ＡｎａｌｏｇｉｃＴｅｃｈ、及び適切な構成要素を製造する他の業者等の会社から入手可能な一体型チップとして実施し得る。
【００１４】
[0019]図５ｂに示すように、コントローラ４０２ｙは、セル又はスライス５１１に接続される。コントローラ４０２ｙは、整流器５１３、トランジスタ５１０、コントローラチップ５０８、コンデンサ５０９、トランジスタ５０７、ショットキーダイオード５０６、コンデンサ５１５、抵抗５１７、及び抵抗５１９を含んでいる。一実施形態では、トランジスタ５０７及びトランジスタ５１０は、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴである。コントローラ４０２ｙは、トランジスタ５０７及び５１０のそれぞれ並びにショットキーダイオード５０６により同期整流及びバッキング（バック変換器の切換え）を使用する。コントローラチップ５０８は、インダクタ５０２での回路の入力側に接続された感知ピンＳを有し、感知ピンＳがトランジスタ５１０の「オン」位相中にどれだけの電流が伝達されるかを感知することを可能とし、したがって最適なタイミングを計算することを可能とする。コンデンサ５０９は、非常に低い電圧で開始されたときに、出力電圧が利用可能になり且つ安定するまで、チップをブートするために使用される。フィードバックピンＦＢは、出力側から電流を調達することができる。フィードバックピンＦＢを使用して、出力電圧、及び場合によっては同期整流を測定することもできる。抵抗５１７及び５１９は、分圧器として働いて公称出力電圧を設定する。
【００１５】
[0020]ゲート制御線Ｇ１及びＧ２は、それぞれトランジスタ５１０のゲート及びトランジスタ５０７のゲートを制御する。ゲート制御線Ｇ１及びＧ２を使用して、（トランジスタ５１０の）同期バッキングゲート及び整流器ゲート制御を駆動する。出力コンデンサ５１５を使用して、バッキング中に電圧を安定した状態に保つ。一実施形態では、電圧コントローラ／変換器（ＶＣＣ）４０２ａ．．ｎは全て固定電圧を推進することができ、また電流源は利用可能な各太陽電池セルの電流に依存し得る。
【００１６】
[0021]現在、単一チップ調整器５０３は、一体型チップとして、数百ミリアンペア単位で測定される非常に低い電流に対して利用可能である。しかしながら、単一チップ調整器５０３は、個人用電子装置だけでなく、発電用の太陽電池パネルにも使用することができる。同様に、一実施形態では、コントローラチップ５０８の動作について説明したもの等の手法をフルチップ内に組み込むことができ、このチップ内には、チョッピング及び同期整流トランジスタも同様に組み込まれる。
【００１７】
[0022]一実施形態では、並列の配線システムではなく、変換器又はコントローラを使用して、事前に設定された所与の電流を発生し得る。また、変換器又はコントローラは全て、電圧源ではなく電流源を作り出すように直列に配線される。各セル又はセル群の最大出力電力に基づいて、低い負荷での暴走電圧を阻止するように、開放負荷電圧限界を適用することができる。
【００１８】
[0023]一実施形態では、ブートストラップ電荷ポンプを使用して、起動動作中の初期電圧を増大させることができる。ブートストラップ電圧の安定化を待ってから主バック変換器の向きを変えることによって、起動中の逆流電流を阻止するための幾つかの予防策を講じることができる。一実施形態では、変換器に対してプッシュプルスイッチング又は他の有用なトポロジを使用することができる。
【００１９】
[0024]本発明の様々な実施形態では、ハードワイヤード回路をソフトウェア命令と組み合わせて使用して、これらの技法を実施することができる。したがって、これらの技法は、ハードウェア回路とソフトウェアの特有の組合せにも、データ処理システムによって実行される命令に対する特定の源にも、何ら限定されるものではない。
【００２０】
[0025]上記の明細書では、本発明について、その特有の例示的な実施形態を参照して説明した。本発明の開示の精神から逸脱することなく、当業者であればこれらの実施形態の多くの修正及び変更を加えることができることが明らかであろう。これらの修正及び変更は、本発明のより広い精神及び範囲から逸脱することはなく、また本明細書に引用した例は、限定的な意味ではなく例示的な意味で見なされるべきである。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
2011503901.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月26日(2010.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルと、
複数の電圧コントローラであって、前記複数の太陽電池セルがそれぞれ、該複数の電圧コントローラのうちの専用の電圧コントローラに直接結合されている、該複数の電圧コントローラと、
各々が前記複数のコントローラのうちの二つ以上を含む複数のパネルと
を備えるシステム。
【請求項２】
前記コントローラの少なくとも２つの出力が共通のノードに接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数のコントローラの少なくとも１つが、前記複数のパネルの各々において前記複数のセルのうちの２つ以上に直接接続されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数のコントローラの１つが、前記複数のセルのうちの１つのセルに結合されたチップ調整器を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記チップ調整器が、整流器を介して前記複数のセルのうちの前記１つのセルに結合されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記整流器が、前記チップ調整器を介してダイオードと直列に接続されており、前記ダイオードがショットキーダイオードである、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記チップ調整器及びコンデンサが並列に接続されている、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数のコントローラの１つが、
第１のトランジスタと、
第２のトランジスタと、
第１の駆動接続及び第２の駆動接続を有するコントローラチップであって、該第１の駆動接続が前記第１のトランジスタに結合され、該第２の駆動接続が前記第２のトランジスタに結合されている、該コントローラと、
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタにダイオードが結合されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラチップと前記複数のセルの１つの間に整流器が結合されており、
前記コントローラチップが、前記第２のトランジスタに結合された感知ピンを含み、
前記コントローラチップに第１のコンデンサが結合されており、
前記コントローラチップが、前記第１のトランジスタ及び前記ダイオードに結合されたフィードバックピンを含み、
前記コントローラチップに第２のコンデンサが結合されている、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
複数のセルと、
各々が前記複数のセルの少なくとも１つに接続された複数のコントローラと、
各々が前記複数のコントローラのうち二つ以上を含む複数のパネルと、
を備える太陽電池アレイシステム。
【請求項１２】
前記複数のコントローラの少なくとも１つが、
電圧を切り換えるように構成されたチップ調整器と、
前記チップ調整器と前記セルの間に結合された整流器と、
コンデンサと、
逆流電流を阻止するように構成され、前記コンデンサ及び前記チップ調整器に結合されたショットキーダイオードと、
を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のコントローラの少なくとも１つが、
第１のゲートを有する第１のトランジスタと、
第２のゲートを有する第２のトランジスタと、
ショットキーダイオードと、
前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、及び前記ショットキーダイオードに結合されており、整流及びバッキングを制御するコントローラチップであって、前記第１のゲートを駆動する第１の駆動ピン及び前記第２のゲートを駆動する第２の駆動ピンを有する、該コントローラチップと、
を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
太陽電池パネルを接続する方法であって、
パネルに対して複数の太陽電池セルを提供するステップと、
前記パネルに対して複数の電圧コントローラを提供するステップと、
前記複数の太陽電池セルのそれぞれを前記複数の電圧コントローラのうちの専用の電圧コントローラに結合するステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
前記複数の電圧コントローラを直列に又は並列に接続するステップを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2011503901.tif 000009
2011503901.tif 000010