(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（４００，８００，１０００，１３００，１４００，１５００，１７００）を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（４００，８００，１０００，１３００，１４００，１５００，１７００）は、
ａ）Ｎ×Ｍマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル（１１０）と、
ｂ）ソーラーセル（１１０）のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）、を備え、
予め設定された数（Ｍ）の前記ソーラーセル（１１０）は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数（Ｎ）の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル（１１０）のアレイを形成し、前記ソーラーセル（１１０）の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの１つから選択されたソーラーセル（１１０）の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル（１１０）と並列で電気的に接続して、ソーラーセル（１１０）の電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル（１１０）の前記電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル（１１０）のうちの少なくとも２つは、ソーラーセル（１１０）の前記物理的Ｎ×Ｍマトリックス構成における各ソーラーセル（１１０）とオーバーラップせず、
前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
Ｎ＝Ｍ×２であって、ソーラーセル（１１０）の前記Ｎ×Ｍ物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを２つのＮ／２×Ｍマトリックス、左マトリックス（３４２）及び右マトリックス（３４０）に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル（１１０）は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス（３４２）の前記ソーラーセル（１１０）は、前記左マトリックス（３４２）の前記ソーラーセル（１１０）が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して反時計回りに９０度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記右マトリックス（３４０）の前記ソーラーセル（１１０）は、前記右マトリックス（３４０）の前記ソーラーセル（１１０）が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して時計回りに９０度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記ソーラーセル（１１０）は、前記新規ストリングの各々の「＋」極が前記ＤＣ／ＤＣ電力パワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「＋」入力に電気的に接続し、前記ソーラーセル（１１０）の各々の「−」極が前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「−」入力に接続するように相互に接続する、ソーラー発電システム。
【請求項２】
所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（４００，８００，１０００，１３００，１４００，１５００，１７００）を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（４００，８００，１０００，１３００，１４００，１５００，１７００）は、
ａ）Ｎ×Ｍマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル（１１０）と、
ｂ）ソーラーセル（１１０）のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）、を備え、
予め設定された数（Ｍ）の前記ソーラーセル（１１０）は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数（Ｎ）の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル（１１０）のアレイを形成し、前記ソーラーセル（１１０）の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの１つから選択されたソーラーセル（１１０）の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル（１１０）と並列で電気的に接続して、ソーラーセル（１１０）の電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル（１１０）の前記電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル（１１０）のうちの少なくとも２つは、ソーラーセル（１１０）の前記物理的Ｎ×Ｍマトリックス構成における各ソーラーセル（１１０）とオーバーラップせず、
前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
Ｎ＝Ｍ×２であって、ソーラーセル（１１０）の前記Ｎ×Ｍ物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを２つのＮ／２×Ｍマトリックス、左マトリックス（３４２）及び右マトリックス（３４０）に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル（１１０）は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス（３４２）の前記ソーラーセル（１１０）は、前記左マトリックス（３４２）の前記ソーラーセル（１１０）が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して時計回りに９０度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記右マトリックス（３４０）の前記ソーラーセル（１１０）は、前記右マトリックス（３４０）の前記ソーラーセル（１１０）が前記プレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して反時計回りに９０度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、前記垂直ストリングは水平ストリングになり、
前記ソーラーセル（１１０）は、前記新規ストリングの各々の「＋」極が前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「＋」入力に電気的に接続し、前記ソーラーセル（１１０）の各々の「−」極が前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（４５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「−」入力に接続するように相互に接続する、ソーラー発電システム。
【請求項３】
所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（６００，１３００，１４００，１５００，１７００）を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（６００，１３００，１４００，１５００，１７００）は、
ａ）Ｎ×Ｍマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル（１１０）と、
ｂ）ソーラーセル（１１０）のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）、を備え、
予め設定された数（Ｍ）の前記ソーラーセル（１１０）は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数（Ｎ）の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル（１１０）のアレイを形成し、前記ソーラーセル（１１０）の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの１つから選択されたソーラーセル（１１０）の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル（１１０）と並列で電気的に接続して、ソーラーセル（１１０）の電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル（１１０）の前記電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル（１１０）のうちの少なくとも２つは、ソーラーセル（１１０）の前記物理的Ｎ×Ｍマトリックス構成における各ソーラーセル（１１０）とオーバーラップせず、
前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
ソーラーセル（１１０）の前記Ｎ×Ｍ物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを２つの略均等なマトリックス、左マトリックス（６０２）及び右マトリックス（６０４）に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル（１１０）は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス（６０２）の前記ソーラーセル（１１０）は、個々に、時計回りに９０度回転しており、
前記回転したソーラーセル（１１０）の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記右マトリックス（６０４）の前記ソーラーセル（１１０）は、個々に、反時計回りに９０度回転しており、
前記回転したソーラーセル（１１０）の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記ソーラーセル（１１０）は、前記新規ストリングの各々の「＋」極が前記ＤＣ／ＤＣ電力変換器（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「＋」入力に電気的に接続し、前記ソーラーセル（１１０）の各々の「−」極が前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「−」入力に接続するように相互に接続することによって、前記ソーラーセル（１１０）の少なくとも一つの行の大部分に対する光障害によって被る電力低下を最小化する前記物理的セル位置構成を形成する、ソーラー発電システム。
【請求項４】
所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、前記システムは、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（６００，１３００，１４００，１５００，１７００）を備え、
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（６００，１３００，１４００，１５００，１７００）は、
ａ）Ｎ×Ｍマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセル（１１０）と、
ｂ）ソーラーセル（１１０）のクリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）、を備え、
予め設定された数（Ｍ）の前記ソーラーセル（１１０）は、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、前記シリアルユニットの前記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にし、
予め設定された数（Ｎ）の前記シリアルユニットの前記ストリングは、並列で電気的に接続して前記ソーラーセル（１１０）のアレイを形成し、前記ソーラーセル（１１０）の前記アレイは、第一出力電力レベルの発生を容易にし、
シリアルユニットの前記ストリングの各々において、複数ある前記シリアルユニットの前記ストリングのうちの１つから選択されたソーラーセル（１１０）の少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセル（１１０）と並列で電気的に接続して、ソーラーセル（１１０）の電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成し、
前記電気的に相互に接続した、ソーラーセル（１１０）の前記電気的クリスクロスＮ×Ｍマトリックスアレイにおける前記ソーラーセル（１１０）のうちの少なくとも２つは、ソーラーセル（１１０）の前記物理的Ｎ×Ｍマトリックス構成における各ソーラーセル（１１０）とオーバーラップせず、
前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）は、前記第一出力電圧レベルを前記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、
前記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分であり、
ソーラーセル（１１０）の前記Ｎ×Ｍ物理的マトリックス構成は、前記物理的マトリックスを２つの略均等なマトリックス、左マトリックス（６０２）及び右マトリックス（６０４）に分割することによって再配置され、
前記ソーラーセル（１１０）は、垂直ストリングとして配置され、
前記左マトリックス（６０２）の前記ソーラーセル（１１０）は、個々に、反時計回りに９０度回転しており、
前記回転したソーラーセル（１１０）の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記右マトリックス（６０４）の前記ソーラーセル（１１０）は、個々に、時計回りに９０度回転しており、
前記回転したソーラーセル（１１０）の各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、
前記ソーラーセル（１１０）は、前記新規ストリングの各々の「＋」極が前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「＋」ラインに電気的に接続し、前記ソーラーセル（１１０）の各々の「−」極が前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（６５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）の「−」ラインに接続するように相互に接続することによって、前記ソーラーセル（１１０）の少なくとも一つの行の大部分に対する光障害によって被る電力低下を最小化する前記物理的セル位置構成を形成する、ソーラー発電システム。
【請求項５】
前記パワーコンバーター（４５０，６５０，８５０，１０５０，１３５０，１４５０，１５５０，１７５０）は、少なくとも一つのＤＣ／ＤＣパワーコンバーター、少なくとも一つのＤＣ／ＤＣ変圧器、少なくとも一つのＤＣ／ＤＣ変圧器と統合された少なくとも一つのパワーコンバーター又はそれらの組み合わせから基本的にはなる群より選択される、請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載のソーラー発電システム。
【請求項６】
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（１０００）は、多数の高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（１０５０）であって、出力が並列で相互に接続され、電力がソーラーセル（１１０）の前記クリスクロスマトリックスアレイに接続されているものを更に備え、
前記少なくとも２つの高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（１０５０）の各々は、所望のより顕著に高いシステム出力電圧を提供するように構成される、請求項５に記載のモジュラーソーラーシステム。
【請求項７】
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュール（１０００）は、ｋ個の高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（１０５０）であって、出力が並列で相互に接続され、電力がソーラーセル（１１０）の前記クリスクロスマトリックスアレイに接続されているものを更に備え、
前記ｋ個の高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（１０５０）の各々の動作周期は、Ｔ／ｋであり、
Ｔは、前記ｋ個の高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（１０５０）の各々のスイッチング周期であり、
前記ｋ個の高効率ＤＣ／ＤＣパワーコンバーター（１０５０）の各々によって発生する電流パルスは、各周期の範囲内でタイムリーに順次伝わり、ＤＣ入力電流が実質的に発生するように統合される、請求項５に記載のソーラー発電システム。
【請求項８】
前記電流パルスは、ある程度オーバーラップし、前記オーバーラップは、ゼロ又はゼロ超である、請求項７に記載のソーラー発電システム。
【請求項９】
前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュールは、調節されたソーラーアレイモジュール（１５００）であり、制御可能な出力電圧を有する追加のＤＣ／ＤＣコンバーター（１５６０）と、モジュールプロセッサー（１５９０）を具備するモジュール調節サブシステムと、前記少なくとも一つのソーラーアレイモジュールの出力電力レベルをモニターするための電圧モニター（１５８０）と、を更に備え、
前記追加のＤＣ／ＤＣコンバーター（１５６０）は、コントローラー（１５６２）を備え、
前記モジュールプロセッサー（１５９０）は、電圧モニターとの通信フロー下にあることによって、現在の出力パワーレベルを取得し、
前記モジュールプロセッサー（１５９０）は、前記コントローラー（１５６２）との通信フロー下にあることによって、前記現在の出力パワーレベルに基づいて前記出力パワーレベルを制御し、
前記追加のＤＣ／ＤＣコンバーター（１５６０）を、前記少なくとも一つの高効率ＤＣ／ＤＣ電力変圧器／コンバーターと組合せることによって、種々の光、温度及び他の条件下におけるソーラーモジュールの最大電力出力を提供して、ソーラーモジュール発電を最大にする、請求項５に記載のソーラー発電システム。
【請求項１０】
プロセッサー（１５９０）と、前記一定レベルの出力電圧をモニターするための電圧計（１５８０）と、を更に備え、
前記追加のＤＣ／ＤＣコンバーター（１５６０）は、コントローラー（１５６２）を備え、
前記プロセッサー（１５９０）は、前記電圧計（１５８０）との通信フロー下にあることによって、出力電圧の現在のパワーレベルを取得し、
前記モジュールプロセッサー（１５９０）は、前記コントローラー（１５６２）との通信フロー下にあることによって、出力電圧の前記現在のパワーレベルに基づいて出力電圧の一定レベルを制御する、請求項９に記載のソーラー発電システム。
【請求項１１】
前記ソーラー発電システムは、調節されたソーラー発電システム（１８００）であり、中央コントローラー（１８７０）を具備する中央コントロールシステム（１８９０）を更に備え、
前記調節されたソーラー発電システムは、調節されたソーラーアレイモジュール（１７００）の少なくとも一つのストリングに配置されている複数ソーラーアレイモジュールを備え、
前記中央コントローラー（１８７０）は、前記モジュールプロセッサー（１５９０）を動作可能に制御してモジュール（１７００）の各ソーラーストリングの最大電力出力を制御し、
前記中央コントロールシステムの前記中央コントローラー（１８７０）は、調節されたソーラーアレイモジュール（１７００）の前記少なくとも一つのストリングの各々の出力電圧をモニターして制御することによって、種々の光、温度及び他の条件における調節されたソーラーアレイモジュール（１７００）の前記少なくとも一つのストリングの最大電力出力を提供する、請求項１０に記載のソーラー発電システム。
【請求項１２】
予め設定された数の前記調節されたソーラーアレイモジュール（１７００）は、ソーラーアレイモジュールのストリングを形成するために、直列で電気的に接続し、ソーラーアレイモジュールの前記アレイは、第三出力電圧レベルを発生させる、請求項１１に記載のソーラー発電システム。
【請求項１３】
前記第三出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすのに実質的に十分である、請求項１２に記載のソーラー発電システム。
【請求項１４】
ソーラーアレイモジュールの予め設定された数の前記ストリングは、ソーラーアレイモジュールのアレイを形成するために電気的に並列に接続し、ソーラーアレイモジュールの前記アレイは、第四出力電力レベルを発生させる、請求項１２に記載のソーラー発電システム。
【請求項１５】
前記第四出力電力レベルは、所望の用途で作動電力レベル要件を満たすのに実質的に十分である、請求項１４に記載のソーラー発電システム。
【請求項１６】
前記ＤＣ／ＤＣパワーコンバーターは、高速ＭＯＳＦＥＴトランジスター又は他の適切なタイプの高速スイッチングトランジスターを備える、請求項５に記載のソーラー発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電力を発生させるソーラーアレイモジュールシステムに関する。より詳しくは、本発明は、光障害を低減する構成のソーラーモジュールによる発電の最大化、及び、マトリックス構成として相互に接続している複数のソーラーセルによる発電の最大化を容易にするソーラーアレイモジュールシステムに関する。
【０００２】
発明の背景
光起電性セルは、様々な用途で広く使われ、簡便に電気を発生させている。一般的に、単一のソーラーセルは、約0.5Vの出力電圧を発生させる。複数セルは、一般的にシリコンを基礎とするものであり、通常、直列接続してより高い電圧レベルを発生させる。セルは、典型的には、ソーラーアレイとして相互に接続している(本願と同じ発明者により2011年1月23日に出願したPCT公開WO/2011/089607号に説明している。その全体は参照により本明細書に組み込まれている)。
【０００３】
ソーラーアレイは、クリスクロスネットワーク構成を有しており、一般的に単一のソーラーモジュールで具体化されている。各ソーラーアレイモジュールは、多数のソーラーセルを備える。ソーラーモジュールは、一般的に太陽の方へと傾いており、一般的に太陽の経路に沿っている。しかしながら、夜明け及び夕暮れ時は、太陽の角度が非常に低く、あるモジュールによって、隣接モジュールの一部に、一般的にはソーラーアレイモジュールのセルのより下の行に、影が掛かる可能性がある。光は、塵又は降雪により、一般的にはソーラーアレイモジュールのより下のセル付近で遮断又は妨害される可能性もある。このことにより、光障害は、モジュールの生産性を実質的に低下させる。
【０００４】
ソーラーアレイモジュールは、多くの場合、アレイ構成として配置される多数のソーラーアレイモジュールを備えるソーラーシステムである。ここで、図1を参照する。図1は、角度βの傾きでソーラーモジュールが傾いたソーラーアレイモジュール100の先行技術のジオメトリーを示している。この例では、ソーラーアレイモジュール100a及び100bは、略水平面に配置され、ソーラーアレイモジュール100aは、太陽に対して、ソーラーアレイモジュール100bよりも前に配置されている。太陽が地平線より上のピッチ角αにある場合、長さがlのソーラーアレイモジュール100aにより変位度dの影が地面に掛かり、ソーラーアレイモジュール100b上には影が掛からない。しかし、太陽がαより低いピッチ角(即ちα2)にある場合、ソーラーアレイモジュール100aによって、ソーラーアレイモジュール100bのより低い区画にも影が掛かる。この例では、ソーラーアレイモジュール100aによって、ソーラーアレイモジュール100bのP0とP2との間の区切られた領域には影が掛かる一方で、P2とP1との間に配置されるソーラーセルだけは電力が発生する。
【０００５】
また、図2を参照する。図2は、ソーラーセル110のクリスクロスネットワークを含む、水平配置のソーラーアレイモジュール100の例を概略的に示している。この例において、ソーラーアレイモジュール100は、10列(「ストリング」1-10)130及び5行(a-e)120として配置されている50個のソーラーセル110を備える。各列は、5つのソーラーセル110を備え、それらを相互接続132で接続し、行120を形成している。例えば、50個のソーラーセル110全てが照らされている場合、ソーラーアレイモジュール100は、複合電流I(Imax(A))により負荷Rに180W発生させる。残念なことに、この配置のクリスクロスネットワークは、光障害の問題を解決しない。特定のセル行にあるソーラーセル110に雲が掛かる、或いは影が掛かり電気的にアクティブでない場合、そのセル行にある各セルは、ソーラーセル110のそれぞれの列(セルのストリング)120での送電が現実的に遮断されてしまう。これによって、生産可能なエネルギー量が減少する。
【０００６】
「クリスクロス」実装は、同じ発明者によって先に述べた発明(PCT公開WO/2011/089607号にて公開されており、本願明細書に完全に記載されているかのように参照により本願明細書に組み込まれている)に関する。「クリスクロス」実装は、セル間の電気的相互接続が全ての隣接セルと相互に接続する標準的なグリッドパターンに従って決定される電気的配線構成である。対照的に、本特許請求の範囲にかか発明は、標準的なグリッドパターンに従って決定される必要がない電気的相互接続に関する。
【０００７】
しかしながら、先に述べた発明にかかる配置のクリスクロスネットワークは、光障害の問題を解決しない。特定のセル行にあるソーラーセル110に雲が掛かる、或いは影が掛かり電気的にアクティブでない場合、そのセル行にある各セルは、ソーラーセル110のそれぞれの列(セルのストリング)120での送電が現時的に遮断されてしまう。これによって、生産可能なエネルギー量が減少する。
【０００８】
例えば、図3aに示すように、例示したソーラーアレイモジュール100の行122(例えば下端の行122e)のソーラーセル110の全てが、単なる例ではあるが、影が完全に掛かっている(即ち、行122eのソーラーセル110への光の到達を妨げられている)場合、完全な電気回路を形成することができないためセル110の各ストリングの電流は0Aである。クリスクロス構成は、各ソーラーセル110が近接ストリングのそれぞれのソーラーセル110と並列接続していることを意味するが、行122eのそれぞれのソーラーセル110が電気回路を遮断するため、照らされた各ソーラーセル110によって発生する電流は負荷Rへの経路がない。図3bは、ソーラーアレイモジュール100のバリエーションを概略的に示すものであり、ソーラーアレイモジュール100は、障害なく作動する。電流Iは、ソーラーセル110のストリング112を通じて流れる。しかしながら、行122(例えば下端の行122e)のソーラーセル110が完全に影に掛かる場合、図3cに示すように、影に隠れたセル110は電流Iの流れを止める。
【０００９】
発明の概要
従って、クリスクロスネットワーク構成を有するソーラーアレイモジュールにおけるソーラーセル110間での相互接続の構成を1又は複数個有することは、需要があり有利である。かかる構成は、ソーラーアレイモジュールにおけるソーラーセルの1又は複数の行が故障しているソーラーアレイモジュールにより発生する電力を容易に最大化させる。上記ソーラーアレイモジュールは水平配置である。かかる機能低下は、1又は複数の行でのソーラーセルの故障に起因するもの、及び/又は、ソーラーセルの1又は複数の行への光の到達の妨害に起因するものであってもよい。
【００１０】
少なくとも本発明のある実施形態によれば、所望の用途に動作電力を提供するための、及び、略水平の光障害によって被る電力低下を最小化するためのソーラー発電システムであって、略水平に物理的に配置された少なくとも一つのソーラーアレイモジュールを具備するシステムを備えるソーラーアレイモジュールが提供される。
【００１１】
上記少なくとも一つのソーラーアレイモジュールは、N X Mマトリックス構成として物理的に配置された多数のソーラーセルと、ソーラーセルの上記クリスクロスマトリックスアレイに電気的に接続した少なくとも一つの高効率DC/DC電力変圧器と、を備え、上記DC/DC電力変圧器は、第一出力電圧レベルを上記第一出力電圧レベルよりも高い第二出力電圧レベルに高めるように構成され、上記第一出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすには不十分である。
【００１２】
予め設定された数(M)のソーラーセルは、直列で電気的に接続してシリアルユニットのストリングを形成し、上記シリアルユニットの上記ストリングは、第一出力電圧レベルの生産を容易にする。予め設定された数(N)のシリアルユニットのストリングは、並列で電気的に接続してソーラーセルのアレイを形成し、ソーラーセルのアレイは第一出力電力レベルの発生を容易にする。
【００１３】
シリアルユニットのストリングの各々において、複数ある上記シリアルユニットの上記ストリングのうちの1つから選択されたソーラーセルの少なくとも一つは、シリアルユニットの他の全てのストリングの各ソーラーセルと並列で電気的に接続して、ソーラーセルの電気的クリスクロスNXMマトリックスアレイを電気的に相互に接続したプレーンを形成する。
【００１４】
本発明の態様は、ソーラーシステムを提供することであって、電気的に相互に接続した、ソーラーセルの電気的クリスクロスNXMマトリックスアレイにおけるソーラーセルのうちの少なくとも2つは、ソーラーセルの物理的NXMマトリックス構成における各ソーラーセルとオーバーラップしない。
【００１５】
少なくとも本発明のある実施形態によれば、物理的セル位置構成は、ソーラーセルのうちの少なくとも1つを、シリアルユニットの他のストリングに且つ物理的マトリックスの異なる行に位置している他のソーラーセルへ、少なくとも一つ再配置交換を含み、全てのセルは、交換されたソーラーセルの両方を備え、電気的クリスクロスマトリックス接続を維持することにより、ソーラーセルのNXM電気的クリスクロスマトリックスアレイはソーラーセルのNXM物理的マトリックス構成を有する各ソーラーセルとオーバーラップしない。
【００１６】
少なくとも本発明のある実施形態によれば、N = M*2の場合、ソーラーセルのNXM物理的マトリックス構成は、物理的マトリックスを2つのN/2のX Mマトリックス、左マトリックス及び右マトリックスに分割することによって再配置され、ソーラーセルは、垂直ストリングとして配置される。左マトリックスのソーラーセルは、左マトリックスのソーラーセルがプレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して反時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、垂直ストリングは水平ストリングになる。右マトリックスの前記ソーラーセルは、右マトリックスの前記ソーラーセルがプレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、垂直ストリングは水平ストリングになる。ソーラーセルは、新規ストリングの各々の「+」極がDC/DC電力変圧器の「+」入力に電気的に接続し、上記ソーラーセルの各々の「-」極がDC/DC電力変圧器の「-」入力に接続するように相互に接続する。
【００１７】
本発明のある他の実施形態によれば、N = M*2の場合、ソーラーセルのNXM物理的マトリックス構成は、物理的マトリックスを2つのN/2のX Mマトリックスである左マトリックス及び右マトリックスに分割することによって再配置され、ソーラーセルは、垂直ストリングとして配置される。左マトリックスのソーラーセルは、左マトリックスのソーラーセルがプレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、垂直ストリングは水平ストリングになる。右マトリックスのソーラーセルは、右マトリックスのソーラーセルがプレーン電気的クリスクロスマトリックスアレイに関して反時計回りに90度回転しているマトリックスを形成するように配置されることにより、物理的に、垂直ストリングは水平ストリングになる。ソーラーセルは、新規ストリングの各々の「+」極がDC/DC電力変圧器の「+」入力に電気的に接続し、上記ソーラーセルの各々の「-」極がDC/DC電力変圧器の「-」入力に接続するように相互に接続する。
【００１８】
少なくとも本発明のある実施形態によれば、ソーラーセルのNXM物理的マトリックス構成は、物理的マトリックスを2つの略均等なマトリックス、左マトリックス及び右マトリックスに分割することによって再配置され、ソーラーセルは、垂直ストリングとして配置される。左マトリックスのソーラーセルは、個々に、時計回りに90度回転しており、回転したソーラーセルの各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、右マトリックスのソーラーセルは、個々に、反時計回りに90度回転しており、回転したソーラーセルの各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続する。ソーラーセルは、新規ストリングの各々の「+」極がDC/DC電力変圧器の「+」入力に電気的に接続し、上記ソーラーセルの各々の「-」極がDC/DC電力変圧器の「-」入力に接続するように相互に接続することによって、ソーラーセルの少なくとも一つの行の大部分に対する光障害によって被る電力低下を最小化する物理的セル位置構成を形成する。
【００１９】
本発明のある他の実施形態によれば、ソーラーセルのNXM物理的マトリックス構成は、物理的マトリックスを2つの略均等なマトリックス、左マトリックス及び右マトリックスに分割することによって再配置され、ソーラーセルは、垂直ストリングとして配置される。左マトリックスのソーラーセルは、個々に、反時計回りに90度回転しており、回転したソーラーセルの各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続し、右マトリックスのソーラーセルは、個々に、時計回りに90度回転しており、回転したソーラーセルの各行は、新規の水平ストリングに電気的に相互に接続する。ソーラーセルは、新規ストリングの各々の「+」極がDC/DC電力変圧器の「+」ラインに電気的に接続し、上記ソーラーセルの各々の「-」極がDC/DC電力変圧器の「-」ラインに接続するように相互に接続することによって、ソーラーセルの少なくとも一つの行の大部分に対する光障害によって被る電力低下を最小化する物理的セル位置構成を形成する。
【００２０】
電力変圧器は、少なくとも一つのDC/DCパワーコンバーター、少なくとも一つのDC/DC変圧器、少なくとも一つのDC/DC変圧器と統合された少なくとも一つのパワーコンバーター又はそれらの組み合わせから基本的にはなる群より選択される。
【００２１】
少なくとも一つのソーラーアレイモジュールは、多数の高効率DC/DC変圧器及び/又はDC/DCパワーコンバーター及び/又はその組合せであって出力が並列で相互に接続して電力がソーラーセルのクリスクロスマトリックスアレイ又はソーラーセルの任意の他のタイプのクリスクロスマトリックスアレイに接続しているものを更に備え、少なくとも2つの高効率DC/DC変圧器及び/又はDC/DCパワーコンバーターの各々は、所望の著しくより高いシステム出力電圧を提供するように構成される。
【００２２】
少なくとも一つのソーラーアレイモジュールは、k高効率DC/DCパワーコンバーターであって出力が並列で相互に接続して電力がソーラーセルのクリスクロスマトリックスアレイ又はソーラーセルの任意の他のタイプのクリスクロスマトリックスアレイに接続しているものを更に備え、k高効率DC/DCパワーコンバーターの各々の動作周期は、T/kであり、Tは、k高効率DC/DCパワーコンバーターの各々のスイッチング周期であり、k高効率DC/DCパワーコンバーターの各々によって発生する電流パルスは、各周期の範囲内でタイムリーに順次伝わり、DC入力電流が実質的に発生するように統合される。
【００２３】
任意に、及び、好ましくは、電流パルスは、ある程度オーバーラップし、オーバーラップは、ゼロ又はゼロ超である。かかるオーバーラップは、コンバーターの高効率を容易に、コストを削減する。任意に、オーバーラップがなくても、そして電流パルス間にスリップギャップ(slip gap)があっても作動可能である。
【００２４】
少なくとも一つのソーラーアレイモジュールは、調節されたソーラーアレイモジュールであり、制御可能な出力電圧を有する追加のDC/DCコンバーターと、モジュールプロセッサーを具備するモジュール調節サブシステムと、少なくとも一つのソーラーアレイモジュールの出力電力レベルをモニターするための電圧モニターと、を更に備え、上記追加のDC/DCコンバーターは、コントローラーを備える。
【００２５】
モジュールプロセッサーは、電圧モニターとの通信フロー下にあることによって、現在の出力パワーレベルを取得し、モジュールプロセッサーは、コントローラーとの通信フロー下にあることによって、現在の出力パワーレベルに基づいて出力パワーレベルを制御する。追加のDC/DCコンバーターを、少なくとも一つの高効率DC/DC電力変圧器/コンバーターと組合せることによって、種々の光、温度及び他の条件下におけるソーラーモジュールの最大電力出力を提供して、ソーラーモジュール発電を最大にする。
【００２６】
ソーラー発電システムは、プロセッサーと、一定レベルの出力電圧をモニターするための電圧計と、を更に備え、上記追加のDC/DCコンバーターは、コントローラーを備えてもよい。プロセッサーは、電圧計との通信フロー下にあることによって、出力電圧の現在の電力レベルを取得する。そして、モジュールプロセッサーは、コントローラーとの通信フロー下にあることによって、出力電圧の現在の電力レベルに基づいて出力電圧の一定レベルを制御する。
【００２７】
ソーラー発電システムは、調節されたソーラー発電システムであり、中央コントローラーを具備する中央コントロールシステムを更に備える。調節されたソーラー発電システムは、調節されたソーラーアレイモジュールの少なくとも一つのストリングに配置されている複数ソーラーアレイモジュールを備える。中央コントローラーは、モジュールプロセッサーを動作可能に制御してモジュールの各ソーラーストリングの最大電力出力を制御する。中央コントロールシステムの中央コントローラーは、調節されたソーラーアレイモジュールの少なくとも一つのストリングの各々の出力電圧をモニターして制御することによって、種々の光、温度及び他の条件における調節されたソーラーアレイモジュールの少なくとも一つのストリングの最大電力出力を提供する。
【００２８】
予め設定された数の調節されたソーラーアレイモジュールは、ソーラーアレイモジュールのストリングを形成するために、直列で電気的に接続してもよく、ソーラーアレイモジュールのアレイは、第三出力電圧レベルを発生させる。
【００２９】
第三出力電圧レベルは、所望の用途での作動電圧レベル要件を満たすのに実質的に十分である。
【００３０】
ソーラーアレイモジュールの予め設定された数のストリングは、ソーラーアレイモジュールのアレイを形成するために電気的に並列に接続し、ソーラーアレイモジュールのアレイは、第四出力電力レベルを発生させる。
【００３１】
第四出力電力レベルは、所望の用途で作動電力レベル要件を満たすのに実質的に十分である。
【００３２】
DC/DC電力変圧器/コンバーターは、高速MOSFETトランジスター又は他の適切なタイプの高速スイッチングトランジスターを備える。
【００３３】
本発明の態様は、ソーラーアレイモジュールを、その最大出力点(MPP)で動作させて最大発電をもたらすシステム及び方法を提供することである。
【００３４】
本発明の態様は、ソーラーシステムであって多数のソーラーアレイモジュールを備え、システムのMPPで働くソーラーシステムであり、ソーラーシステムの各ストリングは、最大発電と同じ電圧を有する技術を提供することである。
【００３５】
本開示の全体にわたって、本発明は本文及び関連図面を使用して記載されている点に留意する必要がある。式は、当業者を補助する可能性があるものとしてのみ含まれており、いかなる形であれ本発明を制限するものと考えるべきではない。他の様々な式は、当業者によって用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本発明は、本願明細書の以下に記載されている詳細な説明及び添付の図面から充分に理解されるであろうが、それは図説と例とを挙げているだけのものであり、いかなる形であれ限定するものではない。
【図１】図1(先行技術)は、角度βで傾いているソーラーシステムのソーラーアレイモジュールのジオメトリーを模式的に図示したものであり、第一ソーラーアレイモジュールにより第二ソーラーアレイモジュールの一部に影が掛かっている。
【図２】図2(先行技術)は、ソーラーセルのクリスクロスネットワークを含む例示的ソーラーアレイモジュールを示している模式的な図である。
【図３ａ】図3a(先行技術)は、図2に示されるソーラーアレイモジュールを示す模式図である。より下の行のセルにおけるソーラーセルは、それらに減弱光が届く又は光が届かないように妨げられている。
【図３ｂ】図3b(先行技術)は、図2に示すソーラーアレイモジュールのバリエーションを示す模式図である。
【図３ｃ】図3c(先行技術)は、図3bに示す模式図である。より下の行のセルにおけるソーラーセルは、それらに減弱光が届く又は光が届かないように妨げられていることによって、ソーラーアレイモジュールシステムの発電が実質的に低下する。
【図４】図4は、ソーラーアレイモジュールの模式的な図である。ソーラーセルは照らされているが、図3に示すように部分的に曇っている。ソーラーセルは、本発明の実施形態による構成において電気的に相互に接続され、故障しているソーラーセルを電流が迂回することができる。
【図５】図5(先行技術)は、5X10ソーラーセルマトリックスにおける、ソーラーセルのクリスクロスネットワークを含む例示的ソーラーアレイモジュールを示す模式的な図である。
【図６】図6は、ソーラーアレイモジュールの模式的な図である。セルは、図5に示す例示的なクリスクロスマトリックス構成に電気的に等しいが、ソーラーセルは、本発明の実施形態によれば回転する構成として配置される。
【図７】図7(先行技術)は、6X12ソーラーセルマトリックスにおけるソーラーセルのクリスクロスネットワークを含む例示的ソーラーアレイモジュールを示す模式的な図である。
【図８】図8は、ソーラーアレイモジュールの模式的な図である。セルは、図7に示す例示的なクリスクロスマトリックス構成に電気的に等しいが、ソーラーセルは、本発明の実施形態によれば回転する構成として配置される。
【図９】図9(先行技術)は、6X10ソーラーセルマトリックスにおけるソーラーセルのクリスクロスネットワークを含む例示的ソーラーアレイモジュールを示す模式的な図である。
【図１０】図10は、ソーラーアレイモジュールの模式的な図である。セルは、図9に示す例示的なクリスクロスマトリックス構成に電気的に等しいが、ソーラーセルは、本発明の実施形態によれば回転する構成として配置される。
【図１１】図11(先行技術)は、クリスクロスネットワークのソーラーセル、及び、ソーラーセルのアレイの出口において接続するコンバーターを含む、例示的ソーラーアレイモジュールを示す模式的な図である。
【図１２】図12は、本発明のバリエーションによれば、クリスクロスネットワークのソーラーセル、及び、ソーラーセルのアレイの出口において接続するn個のコンバーター及び/又はn個のDC/DC変圧器を含む例示的ソーラーアレイモジュールを示す模式的な図である。コンバーターは、入力電圧レベルを著しく高い出力電圧レベルに変換する。
【図１３】図13(先行技術)は、ソーラーアレイモジュールと接続して、使用中一定且つ50%/50%を僅かに下回る動作周期で稼働しているパワーコンバーター又はDC/DC変圧器の切替時間の線図である。
【図１４】図14は、本発明の実施形態による、ソーラーアレイモジュールと接続して、25%/75%の動作周期で稼働している4つのパワーコンバーター又は4つのDC/DC変圧器の切替時間の線図である。
【図１５】図15(先行技術)は、最大出力位置調節ゾーンの電圧範囲を含む様々なソーラーセル温度及び様々な照射量での典型的なソーラーアレイモジュール電圧電流特性である。
【図１６】図16(先行技術)は、例示的ソーラーアレイシステムを示す模式的な図である。例示的ソーラーアレイシステムは、複数個のモジュールを備え、各々が、ソーラーセルのクリスクロスネットワークと、ソーラーセルアレイの出口で接続されたn個のコンバーター及び/又はn個のDC/DC変圧器と、を備える。上記システムは、DC/ACインバーターを備える。
【図１７】図17は、ソーラーアレイモジュールの第一実施例を示す模式的な図である。上記ソーラーアレイモジュールは、クリスクロスネットワークのソーラーセルのアレイ並びにソーラーセルアレイの出口で接続した主DC/DC変圧器若しくは複数の主DC/DC変圧器（不図示）又は主コンバーター若しくは複数の主コンバーター（不図示）及び追加のコンバーター又は追加の複数のコンバーター（不図示）を備える。入力は、主DC/DC変圧器又はコンバーターの出力から与えられる。追加のコンバーターの出力は、１又は複数の主DC/DC変圧器又は１又は複数のコンバーターの出力と直列で接続している。
【図１８】図18は、ソーラーアレイモジュールの第二実施例を示す模式的な図である。上記ソーラーアレイモジュールは、クリスクロスネットワークのソーラーセルのアレイ並びに主DC/DC変圧器若しくは複数の主DC/DC変圧器（不図示）又は主コンバーター若しくは複数の主コンバーター（不図示）及び追加のコンバーター又は追加の複数のコンバーター（不図示）を備える。入力は、ソーラーセルのアレイの出口で接続し、出力は１又は複数の主DC/DC変圧器又は１又は複数の主コンバーターの出力と直列で接続している。
【図１９】図19は、ソーラーアレイモジュールの実施例を示す模式的な図である。上記ソーラーアレイモジュールは、クリスクロスネットワークのソーラーセルのアレイ並びに１若しくは複数の主DC/DC変圧器又は１若しくは複数の主コンバーター及び１又は複数の追加のコンバーター、コンバーター出力電圧/電流計、ソーラーアレイモジュールMPPを得るために追加のコンバーター基準電源のコントローラーによってモジュール出力電圧を変えるマイクロプロセッサを備える。
【図２０】図20(先行技術)は、ソーラーアレイモジュールのいくつかのストリングを有する例示的ソーラーアレイシステムを示す模式的な図である。各ストリングは、種々の電圧(Vm＝Vn)を有する。
【図２１】図21は、ソーラーアレイモジュールの実施例を示す模式的な図である。上記ソーラーアレイモジュールは、クリスクロスネットワークのソーラーセルのアレイ並びに１若しくは複数の主DC/DC変圧器又は１若しくは複数の主コンバーター並びに１又は複数の追加のコンバーター、コンバーター出力電圧/電流計、マイクロプロセッサ並びにソーラーアレイモジュールから一般的なシステム中央コントローラー(CC)に測定データを転送して出力電圧調節のためにCC命令を各ソーラーアレイモジュールから転送するための送信機及び受信機を備える。
【図２２】図22は、ソーラーアレイモジュールのいくつかのストリングを備える例示的ソーラーアレイシステムを示す模式的な図である。(クリスクロスネットワークに接続しているソーラーセルのアレイを有する)ソーラーアレイモジュールの各々は、MPP/電圧調節内部システムを備える。各ストリングは、同じ電圧(Vm=Vn)を有する。中央システムコントローラー(CC)は、受信機によって、各ソーラーアレイモジュール電圧、電流、出力電力に関するデータを受信し、CCは、送信機によって、命令を出力電圧調節のために各ソーラーアレイモジュールに転送する。
【図２３】図23は、ソーラーアレイモジュールの実施例を示す模式的な図である。上記ソーラーアレイモジュールは、直列で接続しているソーラーセルのアレイ及びコンバーターを備える。その入力がソーラーセルのアレイの出口で接続され、その出力がモジュール出力の出力と直列で接続することによってモジュール出力電圧がソーラーセルのアレイ及びコンバーター電圧の合計となる。更に、コンバーター及びソーラーアレイモジュール出力電圧/電流計、マイクロプロセッサ、並びに、一般的なシステム中央コントローラー(CC)に測定データを転送し、出力電圧調節のためにCC命令を各ソーラーアレイモジュールから転送するための送信機及び受信機を開示している。
【図２４】図24は、ソーラーアレイモジュールのいくつかのストリングを備える例示的な標準的ソーラーアレイモジュール(直列で接続されたソーラーセルアレイを含む)システムを示す模式的な図である。各ソーラーアレイモジュールは、MPP/電圧調節内部システムを備える。各ストリングは、同じ電圧(Vm＝Vn)を有する。中央システムコントローラー(CC)は、受信機によって、各ソーラーアレイモジュール電圧、電流、出力電力に関するデータを受信し、CCは、送信機によって、命令を出力電圧調節のために各ソーラーアレイモジュールに転送する。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
発明の詳細な説明
以下において、添付の図面を参照しながら本発明をより詳細に説明して本発明の好ましい実施形態を示す。様々なタイプの電気的接続、コンバーター、変圧器、ソーラーセル等は、完全な実施に必要な程度に開示している、先に述べたPCT出願WO/2011/089607号の教示に任意に基づくことができる点に留意すべきである。しかしながら、本発明は、多くの種々の形態で具体化することができ、本願明細書に記載の実施形態に限定するような解釈をすべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、この開示が詳細且つ完全なものであり、本発明の範囲を当業者に充分に伝えるように提供されている。
【００３８】
別途規定されない限り、本願明細書において用いられる全ての技術的及び科学的な用語は、本発明が帰属する当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。本願明細書において提供される方法及び例は、説明のためだけにあり、限定を意図するものではない。
【００３９】
以下で、図4を参照する。例示的ソーラーアレイモジュール200が概略的に示されている。本発明のバリエーションによれば、全てのソーラーセルは、クリスクロスマトリックス構成として電気的に相互接続し、故障しているソーラーセルを電流が迂回することができる。ソーラーセルの列及び行を相互に接続することは、従来技術として公知であるが、図4に示すソーラーアレイモジュール200の例示的な実施形態は、複数のソーラーセルであって、あるソーラーセルと物理的位置を交換して、クリスクロスマトリックス構成を有する電気配線を変更することなく少なくとも一つの列又は少なくとも一つの行及び好ましくはそれらの組み合わせをスキップしているソーラーセルを少なくとも一つ有する複数のソーラーセルを特徴とする。言い換えると、ソーラーアレイモジュール200は、少なくとも一つの第二ソーラーセルに電気的に接続している少なくとも一つの第一ソーラーセルを備え、少なくとも一つの第一及び第二セルは、クリスクロスマトリックス相互接続構成を変えることなく、近接行又は近接列に物理的には配置されない、好ましくは近接行及び近接列に配置されない。
【００４０】
本発明によれば、図4は、ソーラーセル110の複数の行(ここでは、非制限的な例としてa-eと表記)及びソーラーセル110の複数の列又はストリング(ここでは、非制限的な例としてストリング1-10と表記)を特徴とする、アレイとして配置されている複数のソーラーセル110を備えるソーラーアレイモジュール200を示す。図4に示す実施例において、ソーラーアレイモジュール200は、ソーラーセル110の行222a-dは照らされている一方で、行222eは完全に曇が掛かっている。しかしながら、ソーラーセル110は、本発明の実施形態による構成として電気的に相互接続しており、例えば、エネルギーが発生していないソーラーセル110(例えば行222e)を電流が迂回することができる。行222eのソーラーセル110は、任意に、遮られているか曇が掛かっているものであってもよく、及び/又は、任意に、そうでなければ故障しているものであってもよい。ソーラーセル110の1又は複数の行222eに雲が掛かっている場合、クリスクロスマトリックス相互接続構成を変更することなく、ソーラーセル110の行222eの1又は複数がシャッフルされるため、影が掛かった又はそうでなければ故障しているソーラーセル110の物理的行は電気回路が断たれることはない。
【００４１】
図4に示される非制限的な実施例において、ソーラーセル110のアレイの5個の物理的行("a"、"b"..."e"と表記)及び10個の物理的列又はストリング("1"、"2"..."10"と表記)は、以下の順序で電気的に相互接続されている:
ストリング1:1a、1b、1c、1d及び2b。
ストリング2:2a、1e、2c、2d及び2e。
ストリング3:3a、3b、3e、3d及び3c。
ストリング4:4a、4b、4c、4d及び4e。
ストリング5:5a、5b、5c、5d及び7c。
ストリング6:6a、6b、6c、6d及び6e。
ストリング7:7a、7b、5e、7d及び7e。
ストリング8:8a、8b、8c、8d及び8e。
ストリング9:9a、9b、9e、9d及び9c。
ストリング10:10a、10b、10c、10d及び10e。
それ故、故障している(又は、陰になる)ソーラーセル1eは、ソーラーセル1b及びソーラーセル3b-10bを介して迂回され、故障しているソーラーセル2eは、ソーラーセル2b及びソーラーセル3c、7c、9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル3eは、ソーラーセル1c、2c及び/又はソーラーセル4c、5c、6c、8c、10cを介して迂回され、故障しているソーラーセル4eは、ソーラーセル2b、3c及びソーラーセル7c、9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル5eは、ソーラーセル1c、2c、4c、5c、6c及びソーラーセル8c、10cを介して迂回され、故障しているソーラーセル6eは、ソーラーセル2b、3c及びソーラーセル7c、9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル7eは、ソーラーセル2b、3c、7c及びソーラーセル9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル8eは、ソーラーセル2b、3c、7c及びソーラーセル9cを介して迂回され、故障しているソーラーセル9eは、ソーラーセル1c、2c、4c、5c、6c、8c、10cを介して迂回され、そして、故障しているソーラーセル10eは、ソーラーセル2b、3c、7c、9cを介して迂回される。また、故障は、１又は複数の特定のソーラーセル110への光が遮断され、それ故に、１又は複数のセル110は電流を発生させることができないという事実を指す。
【００４２】
明確化のため、故障は、１又は複数の特定のソーラーセル110への光が遮断され、それ故に、１又は複数のセル110は電流を発生させることができないという事実を任意に、及び、好ましくは指す。
【００４３】
従って、少なくともある実施形態によれば、各行及び/又は各列の少なくとも一つのソーラーセルは、クリスクロスマトリックス相互接続のベース構成を任意の変更することなく、少なくとも一つの近接行及び/又は列におけるセルに相互接続している。好ましくは、各行及び各列におけるソーラーセルの少なくとも1つは、非常に相互に接続されている。より好ましくは、各行及び/又は各列における複数のソーラーセルは、非常に相互に接続されている。最も好ましくは、各行及び各列の複数のソーラーセルは、非常に相互に接続されている。例えば、セル110の少なくとも20%が相互接続され、好ましくは少なくとも50%が相互接続されていてもよい。
【００４４】
図4の実施例によれば、行a-dのソーラーセル110によって生産される電力が顕著な部分は、回収される。理由は、ソーラーセル2b、3c、7c及び9cは、クリスクロスマトリックス相互接続を変えることなく、充分に照らされている行であり光が遮断された下端の行122eから離れるように物理的に配置されるためである。これにより、電気回路が電流Iの流れを維持しつつ動作を継続することが可能になる。ソーラーセル1e、3e、5e及び9eは、光が遮断された下端の行122eに物理的に配置されているため、電気エネルギー及び電流を生産することができない。しかしながら、バイパス電気的相互接続により、残りの電気回路が電流Iの流れを維持しつつ動作を継続することが可能になる。理由は、セルクリスクロスマトリックス相互接続に変更が生じないためである。
【００４５】
照らされたソーラーセル及び上記バイパス電気的相互接続に起因する負荷Rを通じて流れる電流は、最大の電流より少ないが、0Aより大きく、迂回して機能するソーラーセル110の数次第である点に留意する必要がある。迂回されるにもかかわらず、迂回して機能するソーラーセル110の数が多ければ多いほど、ソーラーアレイモジュール200によって生産される電力の量も多くなる。
【００４６】
従って、ソーラーセル110の本来の物理的5X10アレイ及びアレイ100の電気的クリスクロス構成は、ソーラーアレイモジュール200で維持される。
【００４７】
図4は、本発明による実施形態にかかる複数の態様の任意の組合せを示すものであり、これは、物理的に直接隣接(又は、近接)したセル110間の少なくとも一つの電気的相互接続を特徴とし、セル110が物理的に直接隣接(又は、近接)していないセル110間の少なくとも一つの電気的相互接続も特徴とする。しかしながら、ソーラーアレイモジュールの電気的クリスクロス構成は、維持される。
【００４８】
本発明の態様は、ソーラーアレイモジュールのソーラーセル110に関する他の物理的セル-位置構成を提供することである。ここで参照する図5は、典型的な5X10セルマトリックスとして構成され、セルストリング1-10及び行322a-eを有するソーラーセル110のクリスクロスネットワークを有する、例示的ソーラーアレイモジュール300を示す模式的な図を示している。この例では、列の数は、行の数の倍である。各セル110は、近接行にも近接列にも存在するセルと接続している。ここで参照する図6は、少なくとも本発明のある実施形態によるソーラーアレイモジュール400の模式的な図を示すものであり、ソーラーセル110の相互接続は、図5に示す例示的なクリスクロスマトリックス構成と電気的に等しいが、本発明の実施形態によれば、ソーラーセル110のストリングは、回転する構成として配置される。回転する構成とは、ソーラーセル110のストリングのブロックが、維持された物理的マトリックスにおける新規の論理的位置に実質的に枢動されることを意味する。その結果、論理的位置の少なくとも一部、単なる非制限的な例であるが、例えば、ソーラーセル110の少なくとも50%は変化する。しかしながら、それらの電気的構成は、変化するのではなくてむしろ維持される。
【００４９】
ソーラーセル110のストリングの回転する構成に関して、示している通り、ソーラーアレイモジュール300の物理的マトリックスが、仮想ライン348に沿って2つの略対称形の切片、第一切片340(ソーラーセル6-10のストリングを含むもの)及び第二切片342(ソーラーセルのストリング1-5を含むもの)に細分されていること想像する。ソーラーアレイモジュール300のエッジ346及び34が近接配置になるまで、第一切片340を方向341に90度、仮想軸345周りに回転し、第二切片342を方向343に90度、仮想軸345周りに回転することを想像すべきである。図5にて示している技術である第一切片340及び第二切片342に関する記載の仮想回転は、図6に示する通り、ソーラーアレイモジュール400として具体化されており、本発明の少なくともいくつかの態様を具体化している。図5に示す、垂直配向のソーラーセルのストリング1-5は、図6では、水平配向として示されている。図5に示す、垂直配向のソーラーセルのストリング6-10は、図6では、水平配向として示されている。
【００５０】
図6は、仮想軸周りの上記操作後の物理的アレイに配置された複数のソーラーセル110を含むソーラーアレイモジュール400を示す。仮想軸は、図5の軸345として示しており、物理的アレイの第一構成を表している。図6に示す物理的アレイの第二構成は、仮想軸345周りのセル110の各行の一部(この非制限的な例においては、50%又は半分)を対称的に実質的に枢動することによって決定されるが、セル110間における複数の電気的相互接続436(その一部だけを明確性のために示している)は変更されない。この複数の電気的相互接続436は、示した上記ソーラーセル110の各々に対して(以前、物理的に)隣接していた複数のセル110への接続を複数備えている。任意に、以前、物理的に隣接していたセル110の全ては、先に述べたクリスクロス実装において非常に相互に接続されている。
【００５１】
従って、ソーラーセル110の本来の物理的5X10アレイの寸法とアレイ300の電気的クリスクロス構成とは、ソーラーアレイモジュール400で維持されている。しかしながら、電気的クリスクロス構成は、アレイ300と比較すると、2つの部分に再構成されており、各々は、以下のソーラーセル110のクリスクロスマトリックスを含む。
【数１】
0006294300.tif 000002
【００５２】
ソーラーモジュールの電気的極性("+"及び"-")は、ソーラーアレイモジュール300のエッジ346及び347が近接配置されるまで、第一切片340が逆になるように(垂直線348の上側に設置される)軸345周りを方向341に180度回転し、第二切片342が逆になるように(垂直線348の上側に設置される)軸345周りを方向343に180度回転する場合に、反転させてもよい点に留意すべきである。
【００５３】
モジュールは、限定するものではないが、水平配置又は垂直配置のいずれかで取り付けることができるが、好ましくは、セルのストリング1-5及び6-10は、より多くの電力出力を得るために、図6に示すように水平配置として配置される点に更に留意すべきである。
【００５４】
図6のモジュール400は、コンバーター450を備える。上記コンバーター450は、図5に示す通り公知技術の構成(コンバーター350だけが特徴的)とは対照的に効率がより高いため、50%/50%の一定の動作周期を有する１又は複数のDC-DC変圧器(図示)として好ましくは提供される。或いは、１又は複数のDC-DC変圧器と１又は複数のコンバーターとの組合せを用いてもよい。
【００５５】
図7及び図8は他の構成ペアを示す。図7は公知の技術構成を表している一方で、図8は、セル110の論理的構成を変化させることによって得られた本発明の一実施形態を表している。
【００５６】
同様に、図7は、6X12セルマトリックスとして構成され、セルのストリング1-12及び行a-fを有する、クリスクロスネットワークのソーラーセル110を備える例示的ソーラーアレイモジュール700を示す模式的な図である。この例では、列の数は、行の数の倍である。図8は、ソーラーアレイモジュール800の模式的な図である。ソーラーセル110の相互接続は、図7に示す例示的なクリスクロスマトリックス構成に電気的に等しいが、本発明の実施形態のバリエーションによれば、ソーラーセル110のストリングは、論理的に回転する構成として配置される。図7及び8は、それぞれの図5及び6に関して上記したものと類似の原理を図示する。また、図8のソーラーアレイモジュール800は、コンバーター850を特徴とするものであり、上記コンバーター850は、限定するものではないが、公知の技術構成(コンバーターだけが特徴的)とは対照的に、好ましくは１又は複数のDC-DC変圧器であってもよい。或いは、１又は複数のDC-DC変圧器と１又は複数のコンバーターとの組合せを用いてもよい。
【００５７】
モジュールは、限定するものではないが、水平配置又は垂直配置のいずれかで取り付けることができるが、水平モジュール配置において、ストリング1-6及び7-12は、より多くの電力出力を得るために、図8に示すように水平配置として配置される点に更に留意すべきである。
【００５８】
従って、ソーラーセル110の本来の物理的5X10アレイの寸法とアレイ700の電気的クリスクロス構成とは、ソーラーアレイモジュール800で維持されている。しかしながら、電気的クリスクロス構成に、アレイは、以下の2つの部分のセルマトリックスに再構成される。
【数２】
0006294300.tif 000003
【００５９】
ソーラーモジュールの電気的極性("+"及び"-")は、反転させてもよい点に留意すべきである。
【００６０】
図9は、6X10セルマトリックスとして構成され、セルのストリング1-10及び行522a-fを有する、クリスクロスネットワークのソーラーセル110を備える例示的ソーラーアレイモジュール500を示す模式的な図である。また、図5及び7に関しては、それぞれのソーラーセル110は、クリスクロスマトリックス構成において近接行及び近接列におけるセルに電気的接続するように配置される。
【００６１】
図10は、ソーラーアレイモジュール600の模式的な図である。ソーラーセル110の相互接続は、図9に示す例示的なクリスクロスマトリックス構成に電気的に等しいが、本発明にかかる更に別の実施形態のバリエーションによれば、ソーラーセル110のストリングは、論理的に回転する構成として配置される。
【００６２】
図9に示す模式的な図において、ソーラーセル110のアレイは、N X Mソーラーセル110を備え、Nは列の数であり、Mは行の数である。アレイ(500)は、N軸に沿って、2つの対称形の部分に再分割される。図10に示す例示的実施形態において、N=10及びM=6であり、この例のアレイのソーラーセル110のN X Mアレイの数が60であることを意味する。
【００６３】
アレイ(500)は、以下の通り、2つの対称形の部分に再分割され、
【数３】
0006294300.tif 000004
図9及び10の特定の実施例においては、以下の通りである。
【数４】
0006294300.tif 000005
【００６４】
それ故、電気構成は、各々30個のソーラーセル110の2つのマトリックス(2*(5*6))を含み、マトリックス602は、列1-5及び行a-fを含み、マトリックス604は、列6-10及び行a-fを含む。そして、個々ソーラーセル110は、各ソーラーセル110の(+)極はコンバーター650の(+)ラインに接続され、各ソーラーセル110の(-)極はコンバーター650の(-)ラインに接続されるように、(図9のセル位置に相対して)90度回転する。
【００６５】
従って、アレイ500の本来の物理的6X10アレイ構成の寸法は、ソーラーアレイモジュール600で維持されるが、電気構成は再構成され、ソーラーセル110のクリスクロスマトリックス相互接続構成も維持される。
【００６６】
また、ソーラーセル110は、電気的相互接続636(明確化のために少数だけ表示)を通じて好ましくは接続している。さらにまた、好ましくは、電気的相互接続636は、セル110の少なくとも一部(この例では半分)で物理的な位置が変化したとしても、図9と同じである。また、ソーラーアレイモジュール600は、コンバーター650を特徴とするものであり、上記コンバーター650は、公知の技術構成(コンバーターだけが特徴的)とは対照的に、好ましくは１又は複数のDC-DC変圧器であってもよい。
【００６７】
パネルの電気的極性("+"及び"-")は、反転させてもよく、個々のソーラーセル110の極性は、また、180度のセルの移動によって変更される点に留意すべきである。
【００６８】
2つのマトリックス602及び604の各々の中の行又は列を変更してもよい点に更に留意すべきである。
【００６９】
一般的に、ソーラーアレイモジュールの構成は、電気的出力のニーズ、地形、土地解剖学的形状、地理的位置、ソーラーアレイモジュールの傾斜角、経済的考慮点及び他の考慮点に対する適応性に従って選択される。モジュールの傾斜角は、地面に対するパネルの角度に関する。
【００７０】
図6、8及び10に示すモジュールは、一例として示しているだけであり、限定するものではない。しかしながら、本発明のモジュールにおける全てのソーラーセル110は、クリスクロスネットワーク構成として構成されている。
【００７１】
ソーラーアレイモジュール400及び800は、水平配置として示され、ソーラーアレイモジュールの１又は複数の下端の行に雲が掛かっている場合、曇がかかったソーラーセル110は如何なる電力をも生産しない点に留意すべきである。しかしながら、残りのソーラーセル110は、電力を生産し、その電力を、接続されている１又は複数の変圧器又は１又は複数のコンバーターの入力に供給し続ける。例えば、ソーラーアレイモジュール600の１又は複数の下端の行に雲が掛かっている場合、曇が掛かっているソーラーセル110(即ち、セル-ストリング1及び10(図6)並びにセル-ストリング6及び7(図8))だけが如何なる電力をも生産しない。それ故、図6の10個のセル-ストリング中8個及び図8の12個中10個は、機能し続け、ソーラーアレイモジュール全容量の約80%を生産する
【００７２】
ソーラーアレイモジュール600は、水平配置として示され、ソーラーアレイモジュールの１又は複数の下端の行に雲が掛かっている場合、曇がかかったソーラーセル110は如何なる電力をも生産しない点に留意すべきである。しかしながら、残りのソーラーセル110は、電力を生産し、その電力を、接続されている１又は複数の変圧器又は１又は複数のコンバーターの入力に供給し続ける。例えば、ソーラーアレイモジュール600の１又は複数の下端の行に雲が掛かっている場合、曇が掛かっているソーラーセル110(即ち、セル-行f)だけが如何なる電力をも生産しない。それ故、6個のセル-行中5個は、機能し続け、ソーラーアレイモジュール全容量の約80%を生産する
【００７３】
少なくとも本発明のある実施形態によれば、ソーラーセル-アレイは、(クリスクロスネットワーク構成を有する)入力ソーラーセルアレイの電圧レベルをより顕著に高い出力電圧レベルに変換する、1又は複数のコンバーター(例えばDC/DCコンバーター(アップコンバーター))、1又は複数の変圧器(例えばDC/DC変圧器)、先に述べたいくつかの図に示す組み合わせコンバーター/DC-DC変圧器、ブーストコンバーター、ステップアップ-コンバーター(図11及び12を参照)又は任意の他のコンバーター形態の入力に任意に接続される。これは、出力電力が高いので、より高い効率のために、多くのコンバーター及び/又は変圧器が必要であってもよい。
【００７４】
図11(上述したPCT出願WO/2011/089607号で示す先行技術)は、クリスクロスネットワークのソーラーセル110とコンバーター950を備える例示的ソーラーアレイモジュール900を示す模式的な図であり、上記コンバーター950は、ソーラーセル110のアレイの出口で接続しており、上記コンバーター950は、入力電圧レベルをより顕著に高い出力電圧レベルに変換する(例えば、3Vから30ボルト)。図12は、クリスクロスネットワークのソーラーセル110及びn個のDC/DC変圧器又はn個のコンバーター1050を備える例示的ソーラーアレイモジュール1000を示す模式的な図であり、上記n個のDC/DC変圧器又はn個のコンバーター1050は、ソーラーセル110のアレイの出口で接続され、コンバーター1050は、入力電圧レベルをより顕著に高い出力電圧レベルに変換する。ソーラーセル110の電気的接続は、前述したように本発明にかかる複数のアレイのうちの1つとして配置される。
【００７５】
図13は、本願明細書に記載のソーラーアレイモジュールと連動して作動するパワーコンバーターの切替時間の線図を示す。かかるパワーコンバーターは、上述のPCT出願WO/2011/089607号に示す通り、任意に作動させることができる。ソーラーアレイは、クリスクロス構成として接続されたソーラーセルを備える。一定の周波数において作動するスイッチングDC/DC変圧器の使用中の動作周期は、一定であり、任意に及び好ましくは50%を僅かに下回る(ほぼ50%、単なる例えであるが、例えば、48%又は49%又は49.9%(又は、48%から50%までの他の値、又は、49%から50%までの他の値、又は最高で49.9%から50%までの他の値及びそれを超える%等)のいずれか)。同様に、スイッチングDC/DC変圧器はプッシュ/プル形態に基づくものであるため、各ショルダーは、一定で、且つ、ほぼ50%の動作周期のスイッチング期間で稼働し、50%/50%の動作周期であるパルスを共に形成する。
【００７６】
本発明のバリエーションにおいて、ソーラーアレイ(図6、8、10)及び他のネットワークと接続して、図13は、MOSFETトランジスター(又は、他のタイプのトランジスター)に関する制御電圧対時間735を示す、パワーコンバーターの切替時間を詳述する。パワーコンバーターは、50%/50%の動作周期で作動する、１又は複数のスイッチングDC/DC変圧器、１又は複数のブーストコンバーター又は他のタイプの任意のパワーコンバーター形態であってもよい。図13のMOSFETトランジスター(又は、任意の他の適切なトランジスター)のON時間741は、50%を僅かに下回り、単なる例ではあるが、48%又は49%又は49.9%又はそれを超える%のいずれかである。図13のMOSFETトランジスターのOFF時間742も、ほぼ50%である。それ故、MOSFETトランジスターの使用中の動作周期は、一定であり、50%未満(ほぼ50%、例えば、前述したように、48%又は49%又は49.9%及それを超える%のいずれか)であり、動作周期は、以下の通りに規定される。
【数５】
0006294300.tif 000006
【００７７】
1つのMOSFETトランジスターのONからOFFへの切替時間と他のMOSFETトランジスターのOFFからONへの切替時間との間の「デッド」時間743は、両MOSFETトランジスターの同時実施を防止するための、ON及びOFF期間にある極めて短い時間である。単なる非制限的な例として、デッド時間743は、任意に、0%から2%まで、好ましくは0.01%から1%までの任意の値であってもよい。同様の考え方が「デッド」時間744に当てはまり、デッド時間743の上記の値を任意に有することができる。変圧器を通じた電流の流れは、非常に短い「デッド」時間間隔743及び744においてだけ中断する。このパワーコンバーターは、低い入力電圧と高い出力電圧(単なる例示であるが、3Vの入力電圧と36Vの出力電圧)を有するDC/DC変圧器である。現在の切替時間は100%に非常に近いため(単なる例であるが、ton=49.9%及びtoff=49.9%)、「デッド」時間間隔743及び744の間で発生する電流遮断が非常に短いため、パワーコンバーターの入出力回路のリップルが非常に低減される。言い換えると、各スイッチング期間中の電流は、ほぼDC電流と特徴づけることができるため、リップルが非常に抑制される。
【００７８】
本発明のバリエーションにおいて、多数のDC/DC変圧器又はブーストコンバーター又はそれらの組み合わせ又は任意の他のタイプの電力変換形態を使用して、実質的に50%/50%未満の動作周期で作動させている。しかしながら、共に作動させることによって、50%を僅かに下回る可能性がある動作周期又は50%を超える可能性がある動作周期も達成され得るが、オーバーラップは小さく、言うなれば、単なる例ではあるが、50kHzの作動周波数では、パルス間で0.1-1マイクロ秒である。例えば、前述したように、少なくとも25%/75%の動作周期を有する、4つのプッシュ-プルコンバーターを任意に提供することができる。任意に、コンバーターのパルス間にある程度のオーバーラップを有してもよい。他の単なる非制限的な例として、変圧器又はコンバーターは、任意に、各々が少なくとも33.4%/66.6%の動作周期を有する3つのプッシュプルコンバーターを備えることができる。また、任意に、3つのコンバーターのパルス間にある程度のオーバーラップがあってもよい。
【００７９】
同様に、任意の数のプッシュ-プルコンバーターを使用することができる。しかしながら、全ての場合に、コンバーター回路は、ある位相シフトを有する同期のタイミングに従って作動する。図14は、オーバーラップなく、25%/75%の動作周期で作動して、ソーラーアレイモジュールと連動する、4つのパワーコンバーターの例示的な切替時間の線図である。
【００８０】
ソーラーアレイシステムによって生産される電力は、典型的な先行技術アレイに関する図15に示すように、セル温度、システムへの負荷及び照射量によって影響を受ける。図15は、ソーラーモジュールの2つのグラフ:様々なセル温度での電流電圧特性に関するグラフ1110と、様々な照射量での電流電圧特性に関するグラフ1120を表す。各グラフにおいて、電圧が増加するにつれて電流は一般的に安定したままであるが、ある種の電圧レベルで鋭く低下し、膝形の曲率を形成する。膝の変曲点は、最大出力点(MPP)である。例えば、1000W/m2の照射レベルにおいて、MPPは、位置1122(およそ28V)にて記録され、25℃の温度で、MPPは、位置1112(およそ25V)にて記録される。それ故、照射量及び/又は温度が変化すると、MPPは変化し、出力電力は変化する。照射量及び/又は温度がより低い最適値に変化すると、出力電力は減少する。
【００８１】
照射量(即ち、光に対するソーラーセルのアクセス)及び/又は温度条件の変更に起因するMPPの変化の結果による電力消失の問題に対処するために、図16に示すように、MPP-トレーサーを備えるDC/ACインバーターが用いられる。図16は、例えばn * kソーラーアレイモジュール900を備える例示的ソーラーアレイシステム1200を示す模式的な図であり、上記モジュールの各々は、近接行又は列のセルに接続するセルと(周知の通りに)構成されるクリスクロスネットワークのソーラーセル110を備え、上記システムは、DC/ACインバーター1250を備える。しかしながら、この解決策は、ソーラーシステムレベルで作動するものであり、ソーラーアレイモジュールレベルでは作動しない。従って、この解決策によっては、各ソーラーアレイモジュールが、システム全体に及ぶより大きな効率を提供するそのMPPで作動することができない。
【００８２】
本発明の態様は、各ソーラーアレイモジュールがその最も効果的なMPPで作動することを可能にするシステム及び方法を提供することである。ここで参照する図17及び18は、例示的ソーラーアレイモジュール1300及び1400の模式的な図を示すものであり、それぞれ、クリスクロスネットワークのソーラーセルのアレイ(それぞれ1310及び1410)を備える。前述したように、各ソーラーアレイモジュール(1300及び1400)は、図3の公知技術のクリスクロス電気構成、図4の追加及び/又は代わりの電気的相互接続234、図6の物理的に回転する構成(又は、本願明細書で示す任意の関連構成)又はそれらの組み合わせに従って任意に特徴づけることができる。
【００８３】
ソーラーアレイモジュール1300は、また、本発明のバリエーションによれば、ソーラーセルのアレイの出口で接続した一対のDC/DC変圧器/コンバーター(それぞれ、1350及び1360並びに1450及び1460)を備え、実質的に出力電力をソーラーセル(それぞれ、1310及び1410)のアレイのMPPに維持すると共に、コンバーター(それぞれ、1350及び1360並びに1450及び1460)は入力電圧レベルをより顕著に高い出力電圧レベルに変換する。アレイ1310及び1410は、任意に、それぞれ、個別に、図3の公知技術のクリスクロス電気構成、図4、6、8若しくは10の回転したセルの物理的位置に関する追加又は代わりのクリスクロス電気構成(又は、本願明細書で示す任意の関連構成)又はそれらの組み合わせに従って特徴づけることができる。誤解を避けるため、アレイ1310及び1410は、同一でなくてもよい。
【００８４】
ソーラーアレイモジュール1300は、入力電圧レベルをより顕著に高い出力電圧レベルに変換する非常に高効率のDC/DC変圧器又はコンバーター1350を備える。複数のDC/DC変圧器又はコンバーター（不図示）であってもよい。電圧変換は、効率的に実行され、且つ、入力点において電流レベルが高く電圧レベルが低いことからローコストで実行される。(図13によれば)出力電圧の調節はないため、MPPを追跡することは不可能である。ソーラーアレイモジュールの出力MPPの検出を容易にするために、予め設定されたソーラーセル全体の電圧レベルを得るためにソーラーアレイモジュールの出力電圧を変化させて、それによって、MPPを達成する必要がある。例えば、1平方メートル当たり1000ワットから1平方メートル当たり800ワットまで照射条件を変化(即ち、光へのアクセス性の低下)させることによって、パネルのMPPへの電圧を下げる(例えば、28ボルト)のに必要な、パネルによって生産される電流も低下する。こうした状況では、DC/DC変圧器よりもむしろ電圧調節器を備えるコンバーターを使用することは、実質的に効率を下げてコストを上昇させる可能性がある。
【００８５】
ソーラーアレイモジュール1300によって生じる出力電圧をある程度変えることができるにもかかわらず、主DC/DC変圧器/コンバーター1350の一定の出力電圧と組み合せて所望の出力電圧をサポートする、出力電圧を変更可能な他のコンバーター1360を加えることは、ソーラーアレイモジュール1300が実質的にMPPで作動できるのを容易にする。効率不足を最小化するために、主DC/DC変圧器/コンバーター1350は、ソーラーアレイモジュール1300の出力電力を多く提供するように予め設定し、そして、第二コンバーター1360は、ソーラーアレイモジュール1300の出力電力をより小さく提供するように予め設定されている。
【実施例】
【００８６】
・ソーラーアレイモジュール1410の出力電力は、300ワットである;
・主DC/DC変圧器/コンバーター1450の出力電圧は、30ボルト(U4)である;
・第二コンバーター1460の出力電圧は、3ボルト(U3)である
・主DC/DC変圧器/コンバーター1450の効率は、96%に値する;
・第二コンバーター1460の効率は、わずか85%に値する。
それ故、ソーラーアレイモジュール1300の出力電圧は、U4 + U3である:即ち、33V。合計出力電力は、以下の通り計算される。
【数６】
0006294300.tif 000007
ソーラーアレイモジュール1400の効率は、以下の通り計算される。
【数７】
0006294300.tif 000008
【００８７】
記載の実施例において、電圧調節は、0-10%の範囲で容易である。例証した25℃から75℃の温度変動の影響に関する図15をもう一度参照すると、3つのグラフの屈曲点は、24Vと28Vの間にある。温度50℃で、屈曲点は、26V間にある。照射チャートにおいて、5つのグラフは、26Vから29Vにある。それ故、調節範囲は、±5%である。それ故、調節範囲は、この例では、±10%であり、照射及び温度変化の全範囲をカバーする。
【００８８】
第二コンバーター1360又は1460は、それぞれ、図17に示すように主DC/DC変圧器/コンバーター1350の出力電圧から、又は、図18に示すようにソーラーアレイモジュール1410の出力電圧から直接、供給することができる点に留意すべきである。
【００８９】
電圧調節が0-10%の範囲に限定されず、上記範囲は0-100%であってもよい点に更に留意すべきである。
【００９０】
調節は、2つの追加のコンバーター又は実際に任意の適切な数のコンバーターで具体化することができる点に更に留意すべきである。
【００９１】
システムレベルでの調節をDC/ACインバーター(図16を参照)によっても更に実行することができる点に更に留意すべきである。
【００９２】
ここで参照する図19は、ソーラーアレイモジュール1500の実施例を示す模式的な図である。ソーラーアレイモジュール1500は、クリスクロスネットワークのソーラーセル1510のアレイを含む。前述したように、各ソーラーアレイモジュール1500は、図3の公知技術のクリスクロス電気構成、図4の追加及び/又は代わりの電気的相互接続234、図6の物理的に回転する構成(又は、本願明細書で示す任意の関連構成)又はそれらの組み合わせに従って任意に特徴づけることができる。
【００９３】
ソーラーアレイモジュール1500は、また、主DC/DC変圧器又は主コンバーター1550、追加のコンバーター1560、コンバーター出力電圧/電流計1580を備える。マイクロプロセッサ1590は、モジュールMPPを得るために、追加のコンバーター1560基準電源のコントローラー1562によってソーラーアレイモジュール1510の出力電圧を変える。前述したように、各ソーラーアレイモジュール1500は、図3の公知技術のクリスクロス電気構成、図4の追加及び/又は代わりの電気的相互接続234、図6の物理的に回転する構成(又は、本願明細書で示す任意の関連構成)又はそれらの組み合わせに従って任意に特徴づけることができる。
【００９４】
各ソーラーアレイモジュール1500は、ソーラーアレイモジュール1500の出力電流及び電圧を測定するための回路1580を備える。結果として生じる測定値は、モジュールの電力を継続的に計算するマイクロプロセッサ1590によって得られる。マイクロプロセッサ1590は、ソーラーアレイモジュール1500のMPPを得るために、追加のコンバーター1560のコントローラー1562に動作可能に接続することによって、コントローラー1562の基準電圧を変化させることができ、このことによって追加のコンバーター1560及びソーラーアレイモジュール1500の出力電圧も変化させることができる。
【００９５】
図20(先行技術)は、ソーラーアレイモジュール900のいくつかのストリングを有するソーラーアレイシステム1600の実施例を示す模式的な図である。一般的に、ソーラーアレイモジュール900の各ストリングは、個々のソーラーアレイモジュール900の累積電圧による種々の出力電圧(Vm...Vn)を有する。ソーラーアレイモジュール900のストリングの並列電気接続は、システム電力の損失をもたらす。
【００９６】
図21は、前述したように任意に特徴づけられることができるクリスクロスネットワークのソーラーセル1710のアレイと、主DC/DC変圧器又は主コンバーター1750と、追加のコンバーター1760と、出力電圧/電流計1780と、マイクロプロセッサ1790と、を備えたソーラーアレイモジュール1700の実施例を示す模式的な図である。これは、ソーラーアレイモジュール1500の各構成部品と類似している。しかしながら、ソーラーアレイモジュール1700は、個々のソーラーアレイモジュール1700の制御に介入することができる一般的なソーラー中央コントロールシステム189との通信を容易にし、ソーラーアレイモジュール1700の出力電圧を変更することができる構成部品を備える。個々のソーラーアレイモジュール1700は、出力電圧/電流計1780から中央コントロールシステム1890の中央コントローラー1870へ測定データを転送するための送信機1782及び中央コントローラー1870から制御命令を受信するための受信機1772を備える。
【００９７】
また、ここで参照する図22は、複数のソーラーアレイモジュール1700(各々は、前述したように任意に特徴づけることができるクリスクロスネットワークに接続したソーラーセルのアレイを有する)のいくつかのストリング1840を有するソーラーアレイシステム1800の実施例を示す模式的な図である。各ソーラーアレイモジュール1700は、MPP/電圧調節内部コントロールサブシステムを備える。CC 1870を備える中央コントロールシステム1890は、ソーラーアレイモジュール1700の各ストリング1840の電圧に関する測定データと、各ソーラーアレイモジュール1700の電圧、電流及び出力電力を受信した。受信機1874を通じてソーラーアレイモジュール1700からデータを受信し、必要な計算を実行することによって調節命令が生じた後、CC 1870は、所望の出力電圧について、上記調節命令を送信機1872を通じて各ソーラーアレイモジュール1700に送る。この電圧調節の結果として、ソーラーアレイモジュール1700の各ストリングは、同じ出力電圧(Vm=Vn)を有する。
【００９８】
中央コントロールシステム1890は、ワイヤレス又はワイヤー通信手段を通じて各ソーラーアレイモジュール1700と通信することもできる点に留意すべきである。
【００９９】
システムレベルの調節は、DC/ACインバーター（不図示）によって、又は、上述した実施形態のいずれかによって、更に実行することができる点に更に留意すべきである。
【０１００】
図23は、直列で接続したソーラーセル1910のアレイと、追加のコンバーター1960と、出力電圧/電流計1980と、マイクロプロセッサ1990と、を備えるソーラーアレイモジュール1900の実施例を示す模式的な図である。ソーラーアレイモジュール1900は、個々のソーラーアレイモジュール1900の制御に介入することができる一般的な中央ソーラーコントロールシステム2090との通信を容易にし、ソーラーアレイモジュール1900の出力電圧を変更することができる構成部品を備える。個々のソーラーアレイモジュール1900は、出力電圧/電流計1980から中央コントロールシステム2090の中央コントローラー2070へ測定データを転送するための送信機1982及び中央コントローラー2070から制御命令を受信するための受信機1972を備える。
【０１０１】
また、ここで参照する図24は、複数のソーラーアレイモジュール1900(各々は、直列で接続したソーラーセルのアレイ(不図示)を有する)のいくつかのストリング2040を備えるソーラーアレイシステム2000の実施例を示す模式的な図である。各ソーラーアレイモジュール1900は、MPP/電圧調節内部コントロールサブシステムを備える。CC 2070を備える中央コントロールシステム2090は、ソーラーアレイモジュール1900の各ストリング2040の電圧に関する測定データと、各ソーラーアレイモジュール1900の電圧、電流及び出力電力を受信した。受信機2074を通じてソーラーアレイモジュール1900からデータを受信し、必要な計算を実行することによって調節命令が生じた後、CC 2070は、所望の出力電圧について、送信機2072を通じて上記調節命令を各ソーラーアレイモジュール1900に送る。この電圧調節の結果として、ソーラーアレイモジュール1900の各ストリングは、同じ出力電圧(Vm=Vn)を有する。
【０１０２】
中央コントロールシステム2090は、ワイヤレス又はワイヤー通信手段を通じて各ソーラーアレイモジュール1900と通信することもできる点に留意すべきである。
【０１０３】
システムレベルの調節は、DC/ACインバーター（不図示）によって、又は、上述した実施形態のいずれかによって、更に実行することができる点に更に留意すべきである。
【０１０４】
従って、本発明は、いくつかの実施形態及び実施例に関して記載しており、同じことがさまざまな方法で変えることができることは周知である。かかるバリエーションは、本発明の趣旨及び範囲からの逸脱とは考えられないことであり、当業者にとって明らかであるかかる修正形態は考慮される。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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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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