(57)【要約】      （修正有）【課題】部分的又は全体的な遮光、汚れ、不均一な照射、太陽光集光及び曇り、壊れたセル又はコネクタのような内部モジュール欠陥等によって引き起こされる影響をなくすことができるダイナミック光起電力モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】ダイナミック光起電力モジュールは直列に接続する複数のセルスタック備え、複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続する複数の光起電力セルを備える。各セルスタックは、同じセル電圧及びセル電流を有する複数の同じ光起電力セルを備え、光起ダイナミック電力モジュール内の光起電力セルの数はダイナミック光起電力モジュールの電流とセル電流との商に等しく、複数のセルスタックの数はダイナミック光起電力モジュールの電圧とセル電圧との商に等しい。【選択図】図５
2016063212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール電圧及びモジュール電流を有し、直列に接続する複数のセルスタックを備えるダイナミック光起電力モジュールであって、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続する複数の光起電力セルを備え、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセル電圧及びセル電流を有し、
前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する同一の複数の光起電力セルを備え、
前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、
前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しいことを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項３】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
電流ミスマッチ効果を起こす前記複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックの間を接続する少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項４】
請求項３記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック間又は隣接するセルスタック群間で並列に接続するように、接続されることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項５】
請求項４記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードに並列に接続した少なくとも１つの冗長バイパスダイオードをさらに備える特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項６】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
各光起電力セルはセル幅及びセル長を有し、
１つのセルスタック中の光起電力セルの数は前記セル長と前記セル幅の商に等しいことを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項７】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記セル長と前記セル幅の比率は２以上の整数であることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項８】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記セル長と前記セル幅の比率は２〜２０であることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項９】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記モジュール電圧及び前記モジュール電流は、環境温度の影響及び前記ダイナミック光起電力モジュールの放射輝度を考慮した値に調整されることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項１０】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
同一のセルスタック内の光起電力セル間で並列接続可能に構成されたバス・バーをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項１１】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
異なるセルスタック間で直列接続可能に構成されたストリングラインをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項１２】
ダイナミック光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減するように構成された、モジュール電圧及びモジュール電流を有する前記ダイナミック光起電力モジュールの製造方法であって、
直列に接続する複数のセルスタックを形成する工程を備え、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続する複数の光起電力セルを有し、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセルスタック電圧及びセルスタック電流を有し、
前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する複数の同じ光起電力セルを備え、
前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、
前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しいことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、
ミスマッチ効果を起こす複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックの間に少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、前記１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック間又は隣接するセルスタックの群間で並列に接続するように、接続されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードに並列に接続した少なくとも１つの冗長バイパスダイオードをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の方法であって、
オリジナルセル電流、オリジナルセル電圧、オリジナルセル長、及び、オリジナルセル幅を有するオリジナル光起電力セルを準備する工程と、
前記セルスタックを形成するために用いられるセル長及びセル幅を有する前記光起電力セルを製造するために、前記オリジナル光起電力セルをカットする工程とをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
前記オリジナル光起電力セルはレーザーを用いてカットされることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、
前記セル電圧は前記オリジナルセル電圧と同一の値であり、
前記セル電流は前記オリジナルセル電流とスタックごとの前記光起電力セルの数との商に等しいことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、
前記セル長は前記オリジナルセル長と同一の長さであり、
前記セル幅は前記オリジナルセル幅とスタックごとの前記光起電力セルの数との商に等しいことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、
前記スタックごとの光起電力セルの数は２以上であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、
前記スタックごとの光起電力セルの数は２〜２０であることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、
前記光起電力セルの数はエネルギー効率とコスト評価に基づいて決定され、
前記スタックごとの光起電力セルの数の増加は、一方で前記光起電力モジュールを製造するコストを増加させ、また、他方で前記光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減することにより前記光起電力モジュールのエネルギー効率を増加させることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１３記載の方法であって、
モジュール電圧及びモジュール電流は、環境温度と前記光起電力モジュールの放射輝度とを考慮して調整された値であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１３記載の方法であって、
各セルスタック内の前記光起電力セル間の並列接続はバス・バーを用いて行われることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、
異なるセルスタック間の直列接続はストリングラインを用いて行われることを特徴とする方法。
【請求項２７】
並列接続又は直列接続した、請求項１記載の光起電力モジュールを少なくとも２つ備えるダイナミック光起電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光起電力モジュール、より具体的には、ダイナミック光起電力モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力（以下、「ＰＶ」という。）モジュールは、耐久性があり、安定したユニットを封入し、相互接続した多数のソーラーセルからなる。バルクシリコンＰＶモジュールは、単一のソーラーセルからの出力及び電圧を増加させるために、ほとんど常に直列に接続した、複数のソーラーセルからなる（図１参照）。
【０００３】
ＰＶモジュールの電圧がソーラーセルの数によって決定される一方、モジュールの電流は主に、ソーラーセルのサイズ及び効率によって決定される。
【０００４】
モジュール内の全てのソーラーセルが特有の電気的性質を有する場合、全てのソーラーセルは同一の絶縁性及び温度を有し、全てのセルが確実に同一の電流及び電圧で作動する。この場合、ＰＶモジュールのＩ−Ｖ曲線は、電圧及び電流が増加する場合を除き、個々のセルのＩ−Ｖ曲線と同一の形状になる。ＰＶアレイのＩ−Ｖ曲線は単一セルのＩ−Ｖ曲線の拡大となる（図２参照）。
【０００５】
ミスマッチ損失は、ＰＶモジュール及びＰＶアレイにおける重大な問題である。ミスマッチ損失は、特有の性質を有さない、又は、照明、温度等の互いに異なる状態になるソーラーセル又はモジュールの相互接続によって引き起こされる。
【０００６】
多くのＰＶモジュールは直列接続であり、直列ミスマッチ（series mismatches）は引き起こされる最も一般的なタイプのミスマッチである。概して、電流ミスマッチを有する直列接続構造において、劣化セルが正常セルの最大出力電流より小さな電流を生成する場合、そしてまた、組合せが短絡回路又は低電圧で作動される場合、激しい出力低下が起き、劣化セルの高電力消散が不可逆的損失をモジュールに引き起こし得る。
【０００７】
ＰＶモジュール内の１つの有名なタイプの電流ミスマッチは遮光である。モジュール内のたった１つのセルを遮光することにより、電力出力をゼロ“０”に低下させ得るので、遮光はＰＶモジュールにおける問題である。正常セルの高出力は、高温に起因して不可逆的損失を引き起こし得る遮光されたセルに消散する。木の枝、建物、又はモジュールダストによって遮光されたとき、セルの出力は低下する。モジュール内のセルが全て直列に接続しているので、出力は遮光量に比例して低下する。従って、単一セルを遮光することにより、遮光したセルのレベルに降下するセルのストリング（string）での電流を引き起こす。この場合はまた、同一のセルのストリングにおいて直列に接続した全てのＰＶモジュールで反射される。
【０００８】
ＭＰＰ−追跡がストリングベーシス（string basis）で実行されると、ストリングインバータ（string inverters）を装備した従来システムは、いくつかのモジュールはモジュール許容差及び受光状態の違いのために最大出力点以下で作動する。
【０００９】
ＰＶアレイのスケールで、アレイ全体のＰＶ曲線は、直列したモジュールの合計と並列したセルのストリングの合計として存在する。徐々に複数のモジュールの表面上を移動する影は、１つの滑らかなピークから、山脈のような多くのピークを有するＰＶ曲線に絶えず変化させる効果を有する。インバータ内のＰＶ曲線のピークが影から変化するので、最大出力点を追跡する電子機器は複雑化し、又は損害を受け、最適出力範囲外で長時間うまく作動することをインバータに選択させる。これにより、電力出力、ひいては年間エネルギー生産量の有意な低下を引き起こす。ＰＶアレイ出力を低減させ得るいくつかのカテゴリーの損失を図３に示す。
【００１０】
しかしながら、多くの最新パネルは、本質的に遮光されたセルの周りに電気を流すこと（flow around）を可能にすることによって、部分的に遮光されたＰＶパネルの効果を最小化するバイパスダイオードと呼ばれるデバイスを装備する。このバイパスはパネルにホットスポットを形成することを防止する。しかしながら、同一のバイパスダイオードによってカバーされる正常セルの出力は低下し、そして、受電電圧が起動電圧より小さい場合、電圧寄与がソーラーインバータにスイッチを切らせる全システム電圧から差し引かれる。
【発明の概要】
【００１１】
上記課題を解決するために、ダイナミックＰＶモジュール及びその製造方法を提供する。
【００１２】
提案したダイナミックＰＶモジュールのデザインは、電流ミスマッチに関するＰＶモジュールの従来デザインと関連する制限及び課題を解決し、緩和するように構成され、同一の材料及び製造設備を使用しながら、より高性能でかつ多様なアプリケーションを可能にする。
【００１３】
提案したダイナミックＰＶモジュールのデザインは、ソーラーＰＶモジュールの性能を向上するのと同時に、ミスマッチ効果の問題を緩和するように構成される。提案したダイナミックＰＶモジュールのコンセプトは、結晶膜、薄膜のような全てのＰＶ技術に適用可能である。
【００１４】
用語「ダイナミック（dynamic）」は、ＰＶモジュールが、部分的又は全体的な遮光、汚れ、不均一な照射、太陽光集光及び空を渡る雲等の異なる利用条件の下で適合可能であり、そして、壊れたセル又はコネクタのような内部モジュール欠陥の効果を消散するということを意味する。このような新規なモジュールは、標準試験条件の下、より大きな出力と、実際状態でより大きな出力を与え、同一のソーラーセルタイプを使用する。
【００１５】
デザインコンセプトの基本アイデアは、制限及び関連するミスマッチ問題を解消し、消散するために、ソーラーセルのサイズ及びそれらの接続構成を規定し、特徴付けた新規なソーラーセル接続アーキテクチャーを有する革新的なモジュールデザインによって、従来のソーラーセル直列連続接続デザインをＰＶモジュールに置き換えることである。提案したダイナミックＰＶモジュールは自然に、対象物、葉っぱ、雲、汚れによって引き起こされる部分的又は全体的な遮光、及び／又は、反射材料からの増加した光等の変化した照射条件に対して自己適応可能である。これにより、単一セルによって受ける太陽光の量の相違、又は、同一のストリングでのセル効率の偏差からもたらされる、電流ミスマッチの影響を吸収することができ、また、モジュール電流を通し、内部電力消散を回避する関連セル内の圧力を分散することができる。この場合、バイパス保護は、極限状態でのみ使用される。同一のモジュール領域及びセル効率に関して、直列抵抗出力損失を低減し、露出セル領域を増加する特定のデザインファクタに起因して、新規なダイナミックＰＶモジュールは標準試験条件（STC，standard test conditions）の下、高出力を生成する。実際の動作条件で、かなり大きなエネルギー（20%−30%）を生成し、モジュールが角度位置で固定したシートリフレクタと結合した場合、ダイナミックＰＶモジュールのユニークな利点として、太陽追跡なしで、エネルギーを２倍にすることができる。ダイナミックＰＶモジュールのデザインは対象とする位置及びアプリケーションにより最適化され得る。
【００１６】
本技術は、内部ソーラーセル構造を使用する新規なモジュールアーキテクチャーに基づく。ソーラーセルの新規なデザインが導入される。任意のサイズのソーラーセルは、スタックとして並列に接続されるいくつかの同一サイズのサブセルにカットされる。バランス用バス・バー（bus-bars）が導入され、スタック中の全てのサブセルで同一の電圧を維持する。全てのセルスタックが組み込まれ、直線状に直列に接続される。各サブセルは、ノーマルソーラーセルとして動作するが、程度の差はあるが光を受けた場合、同一スタック内の全てのサブセルは一致し、ストリング電流をサブセルに通過する要件を満たす同一の電圧を有する。ストリング電流は、固有のサブセル能力のＩ−Ｖ曲線のようにサブセル間で分配され、Ｉ−Ｖ曲線が高水準になればなるほど、より高い電流率でサブセルを通る。このことは、セブセル間のストリング電流の公平な分配を意味する。モジュール電流とセルスタック電流との間の電流ミスマッチの影響は、スタック電流をモジュール電流に一致させ、電流ミスマッチをなくす、（Ｉ−Ｖ曲線を介して）スタック電圧の変化をもたらす。要約すると、連続並列セル内部接続は、任意のミスマッチ、電力消散、及びホットスポット形成を回避するために任意の点でブロックする場合、通過するモジュール電流のパスをより多く作り出す。従って、理想的には、対象がモジュールの任意のパーツをブロックする場合、モジュール出力全体からブロックされたパーツの寄与分の出力低下に限定される結果をもたらすといえる。
【００１７】
ダイナミックＰＶモジュールのデザインコンセプトは、高エネルギー量を生成する利点を有する従来のＰＶモジュールを製造するために使用される材料及び製造ラインを使用できる。そして、当該デザインコンセプトは、積雪の溶解を加速させ、追加的な光反射又は散光由来の出力を増加させると同時に、かつ、（強弱のある、部分的な、又は全体的な）遮光、汚れ、ほこり、及び、葉っぱ等によって照射条件に対して自己適応可能であり、さらに、混合低グレードセル、壊れたセル又はコネクタのような製造欠陥の効果を消散する。
【００１８】
ダイナミックＰＶモジュールのコンセプトは、多くのＰＶ技術に利用され得る。ダイナミックＰＶモジュールは同一の製造ライン及び材料を用いて製造され、試験され、動的性能及び性能の利点を有するノーマルＰＶモジュールとして使用され得る。
【００１９】
新規なコンセプトの利点は非常に多い。製造において、同一の材料がダイナミックＰＶモジュールを製造するために使用され得る。同一の製造ラインが使用され、ストリンガーフィンガー（stringer fingers）がわずかに変動すれば小さなセルを処理する。しかしながら、追加的な段階は、バランス用バス・バーを追加するために要求されてもよい。製造のための追加コスト及び時間は小さい。提案したダイナミックＰＶモジュールは、同一のモジュール出力に関して、高電圧及び高電流、又はその逆の異なる電気仕様の設計段階で最適化され、さらにＰＶモジュールのダイナミック性能を向上させ得る。提案したダイナミックＰＶモジュールは、結晶膜、薄膜等の異なるＰＶ技術に使用され得る。提案したダイナミックＰＶモジュールは、ＰＶモジュールにおける、壊れたセル及びコネクタの欠陥、及び、セル効率又はセルグレードの相違を緩和し、露わに見せないように構成され、そして、ホットスポット形成を緩和し、除去する。
【００２０】
アプリケーションにおいて、提案したダイナミックＰＶモジュールは、ＳＴＣでより大きな出力（約10%）、及び実際の動作条件でより大きなエネルギー（20% − 30%）を生成する。ダイナミックＰＶモジュールは、部分的又は全体的な遮光、汚れ、不均一な照射、太陽光集光及び空を渡る雲等の異なる利用状態の下で自己適合可能である。ダイナミックＰＶモジュールは、わずかな光がモジュールの露出部分に到達し、電気エネルギー及び熱エネルギーを生み出すと、ダイナミックＰＶモジュールがエネルギーを生成し得るので、積雪の溶解を加速し得る。本コンセプトが、配置した小さなソーラーセル片（strips）を使用して、ダイナミックＰＶモジュールがグリーンハウス用ＰＶモジュールを埋め込む半透明ガラスに使用されると、ダイナミックＰＶモジュールはよりよい光浸透性及び光分配性を可能にする。
【００２１】
本発明の一態様として、モジュール電圧及びモジュール電流を有し、直列に接続する複数のセルスタックを備えるダイナミック光起電力モジュールであって、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続する複数の光起電力セルを備え、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセル電圧及びセル電流を有し、前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とするダイナミック光起電力モジュールを提供する。本態様によれば、各スタック中のセルの数は変えられ、セル電圧及びセル電流はモジュール内の総電圧及び総電流がそれぞれモジュール電圧及びモジュール電流に等しくなるように変えられる。
【００２２】
好ましくは、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する同一の複数の光起電力セルを備え、前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しい。ダイナミック光起電力モジュールは、電流ミスマッチ効果を起こす前記複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックの間を接続する少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることが好ましい。
【００２３】
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック間又は隣接するセルスタック群間で並列に接続するように、接続されることが好ましい。
【００２４】
ダイナミック光起電力モジュールは、前記少なくとも１つのバイパスダイオードに並列に接続した少なくとも１つの冗長バイパスダイオードをさらに備えることが好ましい。
【００２５】
各光起電力セルはセル幅及びセル長を有し、１つのセルスタック中の光起電力セルの数は前記セル長と前記セル幅の商に等しいことが好ましい。
【００２６】
前記セル長と前記セル幅の比率は２以上の整数であることが好ましい。前記セル長と前記セル幅の比率は２〜２０であることも好ましいが、より好ましくは、前記セル長と前記セル幅の比率は２０以上である。
【００２７】
前記モジュール電圧及び前記モジュール電流は、環境温度の影響及び前記ダイナミック光起電力モジュールの放射輝度を考慮した値に調整されてもよい。
【００２８】
ダイナミック光起電力モジュールは、同一のセルスタック内の光起電力セル間で並列接続可能に構成されたバス・バーをさらに備えることが好ましい。
【００２９】
ダイナミック光起電力モジュールは、異なるセルスタック間で直列接続可能に構成されたストリングライン（string lines）（又はリボン（ribbons））をさらに備えることが好ましい。
【００３０】
本発明の他の態様として、ダイナミック光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減するように構成された、モジュール電圧及びモジュール電流を有する前記ダイナミック光起電力モジュールの製造方法であって、直列に接続する複数のセルスタックを形成する工程を備え、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続する複数の光起電力セルを有し、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセルスタック電圧及びセルスタック電流を有し、前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とする方法を提供する。
【００３１】
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する複数の同じ光起電力セルを備え、前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しいことが好ましい。
【００３２】
ダイナミック光起電力モジュールの製造方法は、ミスマッチ効果を起こす複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックの間に少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることが好ましい。
【００３３】
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、前記１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック間又は隣接するセルスタックの群間で並列に接続するように、接続されることが好ましい。
【００３４】
前記ダイナミック光起電力モジュールは、前記少なくとも１つのバイパスダイオードに並列に接続した少なくとも１つの冗長バイパスダイオードをさらに備えることが好ましい。
【００３５】
ダイナミック光起電力モジュールの製造方法は、オリジナルセル電流、オリジナルセル電圧、オリジナルセル長、及び、オリジナルセル幅を有するオリジナル光起電力セルを準備する工程と、前記セルスタックを形成するために用いられるセル長及びセル幅を有する前記光起電力セルを製造するために、前記オリジナル光起電力セルをカットする工程とをさらに備えることが好ましい。
【００３６】
前記オリジナル光起電力セルはレーザーを用いてカットされることが好ましいが、他の任意の好適な手段を使用してもよい。
【００３７】
前記セル電圧は前記オリジナルセル電圧と同一の値であり、前記セル電流は前記オリジナルセル電流とスタックごとの前記光起電力セルの数との商に等しいことが好ましい。
【００３８】
前記セル長は前記オリジナルセル長と同一の長さであり、前記セル幅は前記オリジナルセル幅とスタックごとの前記光起電力セルの数との商に等しいことが好ましい。
【００３９】
前記スタックごとの光起電力セルの数は２以上であることが好ましい。前記スタックごとの光起電力セルの数は２〜２０であることも好ましいが、より好ましくは、（スタックごとのセルの数の増加は電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失の低下によってエネルギー効率を向上させるが、製造コストを増加させる効果を有するのでコストを考慮して）前記セル長と前記セル幅の比率は２０以上である。
【００４０】
前記光起電力セルの数はエネルギー効率とコスト評価に基づいて決定され、前記スタックごとの光起電力セルの数の増加は、一方で前記光起電力モジュールを製造するコストを増加させ、また、他方で前記光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減することにより前記光起電力モジュールのエネルギー効率を増加させることを特徴とすることが好ましい。
【００４１】
モジュール電圧及びモジュール電流は、環境温度と前記光起電力モジュールの放射輝度とを考慮して調整された値であることが好ましい。
【００４２】
各セルスタック内の前記光起電力セル間の並列接続はバス・バーを用いて行われることが好ましい。
【００４３】
異なるセルスタック間の直列接続はストリングライン（リボン）を用いて行われることが好ましい。
【００４４】
本発明のさらなる他の態様として、並列接続又は直列接続した、任意の態様の少なくとも２つの光起電力モジュールを備えるダイナミック光起電力システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は直列に接続した３６個のＰＶセルを有する従来のＰＶモジュールを示す図。
【図２】図２は単一セルのＩ−Ｖ曲線のスケールアップであるＰＶアレイのＩ−Ｖ曲線を示す図。
【図３】図３はＰＶアレイの出力を低減し得る様々なカテゴリーの損失を示す図。
【図４】図４は直列に接続した６個のＰＶセルを有する従来のＰＶモジュールを示す図。
【図５】図５は本発明の実施形態の２個のＰＶセル各々に３個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図６】図６は本発明の実施形態の２個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図７】図７は本発明の実施形態の３個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図８】図８は本発明の実施形態の４個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図９】図９は本発明の実施形態の５個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図１０】図１０は本発明の実施形態の６個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図１１】図１１は全てのスタックコンフィギュレーションが全て同じセル面領域サイズと同じ電気的パラメータを有することを示す図。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態の４個のセルを３個のスタック各々に有するダイナミックＰＶモジュールにおける、電流、電圧、及び電力を示す図。
【図１３】図１３ａ）〜図１３ｃ）は本発明の実施形態のＰＶモジュールの異なるコンフィギュレーションのＩ−Ｖ曲線を示す図。
【図１４】図１４は本発明の実施形態の４個のＰＶセル各々に３０個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域１４はセル幅の表示部である。
【図１５】図１５は本発明の実施形態の、２個のサブモジュールが各々並列に接続した、４個のセル各々に３０個のスタックを有する２個のサブモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域１５はセル幅の表示部である。
【図１６】図１６は本発明の実施形態の６個のセル各々に６０個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域１６はセル幅の表示部である。
【図１７】図１７は本発明の実施形態の８個のセル各々に６４個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域１７はセル幅の表示部である。
【図１８】図１８は本発明の実施形態の６個のセル各々に７２個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域１８はセル幅の表示部である。
【図１９】図１９は本発明の実施形態の１０個のセル各々に１００個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域１９はセル幅の表示部である。
【図２０】図２０は本発明の実施形態の、隣接するスタック間で並列に接続したバイパスダイオードを有する、６個のセル各々に６個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図２１】図２１は本発明の実施形態の、環境ファクタに起因したモジュール電流の減少を相殺するように調整された電流及び電圧を有する、６個のセル各々に７０個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域２１はセル幅の表示部である。
【図２２】図２２は本発明の実施形態の、環境ファクタに起因したモジュール電圧の減少を相殺するように調整された電流及び電圧を有する、６個のセル各々に７５個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域２２はセル幅の表示部である。
【図２３】図２３は本発明の実施形態の、環境ファクタに起因したモジュール電圧の減少及び／又はモジュール電流の減少を相殺するように大きさが調整された電流及び電圧を有する、６個のセル各々に複数のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示す図。
【図２４】図２４は本発明の実施形態の、セルスタックに並列に接続したバイパスダイオードに並列に接続した冗長バイパスダイオードを有する、６個のセル各々に６０個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示す図。ダイナミックＰＶモジュール内上段領域２４はセル幅の表示部である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明のソリューションはソーラーセル内部構造を用いる新規なモジュール構造に基づく。
【００４７】
任意のサイズのソーラーセルはサブセルと呼ばれるいくつかの同じサイズにカットされる。サブセルは互いにスタック（セルスタックという。）として並列に接続される。バランス用バス・バー（balancing bus-bars）は、スタック中の全てのサブセルをクロスさせ、同じ電圧に維持するように導入される。従って、全てのサブセルは、２つのバランス用バス・バー間で並列に接続される。セルスタックはオリジナルソーラーセルと同じ電気的性質を有するが、物理的寸法に関して異なる。露出領域を増加させ、一連のパワー損失及び電圧低下を低減する精密バス・バーを有する、より小さなサイズのセル、サブセルの使用により効率を改良している。全セルスタックは直列に、かつ直線状に接続される。全セルスタックは、ガラスとガラスの間、又はガラスとＥＶＡのバックシートの間で、ノーマルＰＶモジュールとして封入される。モジュール端子はジャンクションボックスに接続される。バイパスダイオードは保護及び動的性能を増加するために追加される。さらに並列バイパスダイオードは保護の冗長性のために追加され得る。
【００４８】
コンセプトは、あまり推奨されないが、並列に配置され、同じモジュール内で直列に接続した２以上の直線状セルスタック群を有する場合に、部分的に適用され得る。
【００４９】
ダイナミックＰＶモジュールは、電流ミスマッチ、エネルギー損失、電力消散、及びホットスポット形成を回避する任意の点でブロックする場合、パススルーへのモジュール電流に対するより多くのパスを形成するために、直列−並列セル（サブセル）相互接続を備える。
【００５０】
本発明のダイナミックＰＶモジュールを設計すると同時に、考慮された幾つかの態様がある。これらの態様各々は次の表１に詳述したように特定のファクタによって影響を受ける。
【００５１】
【表１】
2016063212.tif 000003
【００５２】
ダイナミックＰＶモジュールの設計方法は、ソーラーセルのタイプを選択する工程と、ディペンデンシー比率を決定する工程と、サブセル仕様を決定する工程と、セルスタック仕様を決定する工程と、モジュール表面積を決定する工程とを備える。これらの決定は表１に示した設計態様に基づく。
【００５３】
オリジナルソーラーセル（Original solar cell）：オリジナルソーラーセルは、モジュール製造に用いられるソーラーセルのタイプから構成される。使用されるソーラーセルタイプの電気的性質及び熱的性質は、モジュールの電気的性質及び熱的性質、また、順番にその性能に大きく寄与する。オリジナルソーラーセルは対称性を有するサブセルにカットされ、ダイナミックＰＶモジュールに用いられる。レーザー又は他の適当なカッティング技術がオリジナルソーラーセルをサブセルにカットするために使用され得る。薄膜セルは、同様のコンセプトに基づく異なるアプローチを有する。
【００５４】
ディペンデンシー比率（Dependency ratio）：ディペンデンシー比率は、セルスタックごとのサブセルの数、セルスタックごとのより大きなサブセル数、セルディペンデンシー比率に対するより少ないセル数、及びより大きな動的性能を規定することによって決定され得る。ＰＶモジュールの効率を向上させる目的のために、より大きなディペンデンシー比率の可能性を有することが有利である。
【００５５】
サブセル仕様（Sub-cell specification）：オリジナルソーラーセルは、対称性を有するサブセル（ストリップ形状（strip shape））にレーザーカットされる。オリジナルソーラーセル由来のサブセル数は、上述したように、選択されたディペンデンシー比率に基づいて決められる。例えば、ディペンデンシーのファクタが（1/6 = 16.7%）である場合、オリジナルソーラーセル6"x 6"はサイズ6"x1"（ストリップ，長さ6" & 幅1")の６個のサブセルにレーザーカットされる。この場合、オリジナルソーラーセルに関して、サブセルの電気的パラメータは、オリジナルソーラーセルの1/6の出力、同一電圧、1/6の電流である。
【００５６】
セルスタック仕様（Cell-stack specification）：オリジナルソーラーセルは複数のサブセルにレーザーカットされる。サブセルは垂直に配置され、セルスタックを形成するために２つのバランス用バス・バー間で並列に接続される。セルスタック長はサブセル数をサブセル長に乗算することによって得られる。セルスタック幅は、サブセル幅と同じである。この場合、セルスタックの電気的仕様は、出力、電流及び電圧に関して、オリジナルソーラーセルと等しくされるべきである。
【００５７】
モジュール出力（Module Power）：モジュール出力は、モジュール内のセルスタック数をセルスタック出力（オリジナルソーラーセル出力）に乗算することによって決定され得る。
【００５８】
モジュール表面積（Module surface area）：モジュール長はセルスタック長に枠（borders）を加えた長さと等しい。モジュール幅は、モジュール内のセルスタック数にセルスタック幅を乗算した幅に枠幅を加えた幅に等しい。
【００５９】
モジュール電圧（Module voltage）：モジュール電圧はモジュール内の一連のセルスタックの数をセルスタック電圧（オリジナルソーラーセル電圧）に乗算することにより得られる。
【００６０】
モジュール電流（Module current）：モジュール電流は、オリジナルソーラーセル電流と等しい、スタックごとのサブセルの数をサブセルの電流（並列電流合計）に乗算することにより得られる。
【００６１】
バイパスダイオード（Bypass Diodes）：複数のバイパスダイオードは、最大保護及び動的性能の向上のために、セルスタックに並列に加えられ得る。バイパスダイオードの最小数はモジュールごとに１であるが、好ましくは各セルスタックごとに最大１である。しかしながら、この点はコストに影響を与えるだろう。バイパスダイオードの最適数は一連のセルスタック群をカバーするように選択され得る。
【００６２】
冗長バイパスダイオードセット（Redundant bypass diode set）：付加的な少ない数のバイパスダイオードが、冗長保護を追加するために、提案されたメインバイパスダイオードに並列に加えられる。
【００６３】
空間的な許容差は寸法を特定すると同時に考慮されるべきである。Ｉ−Ｖ曲線のようなモジュールの全電気的性質はオリジナルソーラーセルの形状特性のように見えるはずである。ＳＴＣでの試験で、電流及び電圧のような電力成分の改良は、従来のセルストリング（cell string）接続を超える新規なセル構造接続により得られる。安定した（firm）モジュールの仕様及び寸法は、設計されたモジュールの最新ユニットの製造及び試験の後、わかる。
【００６４】
モジュール出力要素Ｖ＆Ｉの設計フレキシビリティ（Ｖ＆Ｉ変化）（Design flexibility for module power components V & I (V & I Transformation)）：ＤＣ出力値はＤＣ電流とＤＣ電圧の積である（P = V x I）ことが知られている。ＤＣ出力の値は同じ値のままで、ＤＣ出力の要素、ＤＣ電圧及びＤＣ電流の値が反対方向に（増加及び減少）互いに変化し得る。
【００６５】
同一のＰＶモジュールの表面積に関して、電力出力、動的性能ファクタ、２つの出力要素である電圧“Ｖ”及び“Ｉ”は、設計段階で変更され、又は調整され得る。ノーマルモジュールシステムでは、ソーラーインバータの電圧範囲に適合し、又は、インバータのピーク効率の電圧にマッチさせるために、電圧を増加させ、電流を減少させるニーズがある。解決策は6"x6"のセルに代えて5"x5"のセルを使用することであり、モジュールごとにソーラーセルの数を増加させ、順番にモジュール電圧を提供するセル電圧の合計を増加させる。
【００６６】
本発明のダイナミックＰＶモジュールは、同一のモジュール表面積及び出力に関して、モジュールの仕様を異なる使用用途及び対象位置に適合させるために、設計段階で、電圧を増加させ、かつ電流を減少させる態様を、又はその逆の態様を可能にする。これによれば、例えば、モジュール電圧及び電流に対する環境温度及び放射輝度（light radiance）の影響を考慮する。実際、（高いモジュール温度をもたらす）高い環境温度はモジュール電圧の減少をもたらし、（モジュールへの暴露である放射輝度をもたらす）高い環境的放射輝度（environmental light radiance）はモジュール電流の減少をもたらす。
【００６７】
解決策のアイデアは、基準ダイナミックＰＶモジュールで用いられる基準幅に関して、サブセルの幅を変化させることである。これにより、所定の表面積及び出力定格でモジュールに収容され得る、セルスタック幅及びセルスタック数を順番に変化させる。従って、モジュール電圧及びモジュール電流の変更が可能になる。言い換えれば、セルスタック内のサブセルの幅及びモジュールごとのセルスタック数は、特定領域のアプリケーションに対して、モジュール電圧及びモジュール電流に対する環境状態の効果（主に、温度及び放射輝度の強さ）を考慮しながらモジュール電圧及びモジュール電流を調整するために、決定されるべきである。
【００６８】
サブセル長が同一のまま、基準幅を超えてサブセル幅を増加させた場合、セルスタック幅及び面積は増加し、モジュール電流を表すより大きな電流を提供し得る。同時に、所定モジュール領域内に収容され得るセルスタックの数はより小さくなり、従って、モジュール電圧はより小さくなる。全出力及びモジュール面積は同一のままである（P= V x I）。逆に、サブセル長が同一のまま、基準幅以下にサブセル幅を小さくした場合、セルスタック幅及び面積は減少し、モジュール電流を表すより小さな電流を提供する。同時に、所定のモジュール領域内に収容され得るセルスタックの数はさらに増え、従って、モジュール電圧はさらに大きくなる。全ての場合、モジュール領域、電力出力、及び動的性能は同一のままである。
【００６９】
本コンセプトは、図２１，図２２，図２３を用いて、電圧電流により変更を示される。
【００７０】
［電圧フレキシビリティ特性の可能な用途及び対象位置（Possible applications and project locations of voltage flexibility feature）］
ソーラーインバータは、ＰＶモジュールから生成されたＤＣ出力を、グリッド（grid）に適合するＡＣ出力形式に変換するために使用される。ソーラーインバータは操作ＤＣ入力電圧範囲（VDCmin ……. VDCmax）を有し、当該範囲外で作動、スイッチを切ることができない。操作電圧範囲内で、ＭＰＰＴ入力ＤＣ電圧範囲（VMPPTmin ……. VMPPTmax）と呼ばれる他の狭い電圧範囲がある。ＭＰＰＴ“最大出力点追尾（Maximum Power Point Tracking）”入力ＤＣ電圧範囲でのみ、ソーラーインバータは最大変換効率で作動することができる。ソーラーＰＶシステムは、異なる操作状態の間、出力電圧がインバータのＭＰＰＴ ＤＣ入力電圧範囲内で変化できるように、設計されるべきである。これにより、最大エネルギー発電を保証し、同時にインバータの操作ＤＣ入力電圧範囲外の出力ＤＣ電圧を回避する。
【００７１】
一般に、ダイナミックＰＶモジュールは、外部影響の緩和を介してソーラーインバータに対して入力ＤＣ電圧を安定化させ、（直列抵抗を低減することによって）内部モジュール内のＤＣ電圧低下を低減するために、ソーラーＰＶシステムに役立つ。これにより、異なる操作状態で、ソーラーインバータのＭＰＰＴ入力ＤＣ電圧範囲内でソーラーＰＶシステムを作動させ続けることを促す。さらなる利点として、モジュール設計段階で、ダイナミックＰＶモジュールデザインは、所定の用途及び／又は異なる対象位置に適合する、（上述した）事前に特定された電圧及び電流のＤＣ出力を生成するように調整され得る。以上は、モジュール設計電圧フレキシビリティ特性と呼ばれる。
【００７２】
［ダイナミックＰＶモジュール電圧フレキシビリティ特性と対象位置状態の関係（Dynamic PV Module Voltage flexibility feature and project location conditions relation）］
ＰＶ科学分野で周知であるように、モジュール電流の強さは、モジュール電圧が太陽光の強さによって有意に影響を受けないまま、太陽光の強さに線形的に比例する。また、モジュール温度の上昇はモジュール電流の若干の増加をもたらし得るけれども、モジュール温度は逆に電圧低下をもたらすモジュール電圧に影響し得る。従って、環境的な光の強度及び温度は、ＰＶモジュールの性能（電流／電圧）に影響を有し得る。言い換えれば、強い光の強さへの露光はモジュール電流の増加をもたらし、高い温度はモジュール内の電圧低下をもたらす。
【００７３】
このような状態に照らして、ダイナミックＰＶモジュールデザインは、地理的領域の温度特性を考慮するために適合させ、ＰＶモジュールは電流及び／又は電圧の損失を相殺するように実装される。例えば、暑い国では、サブセルの幅は、温度上昇が引き起こす電圧損失を相殺するモジュール電圧の増加をもたらす、より多くのセルスタックを形成するために、低減され得る。また、低い輝度（光）を受ける寒い国では、サブセルの幅は、スタックセルの電流によって決定されるモジュール電流を増加させるために、増加され得る。
【００７４】
太陽光の強さ及び温度が平均的で（温暖で）ある中間の領域では、基準モジュール出力仕様が使用され得る。気温が低く、光の強さが通常より小さい寒冷領域の場合、適当な設計は、基準モジュール設計に関してより小さな電圧でより大きな電流を有するモジュールを備える。低いモジュール温度はモジュール電圧を増加させる傾向があり、弱い光の強さは定格よりもモジュール電流を低減することに留意されたい。これにより、モジュールの性能を向上させ、ソーラーインバータ入力ＤＣ電圧範囲とより適合させるのに役立つ。乾燥した領域等の暑い領域では、温度はあまりにも高過ぎ、太陽光の強さは上限に近づく。この場合、適当なモジュール設計は、同一の表面積及び定格出力を有する基準モジュール設計に関して、より高いモジュール電圧と、より小さなモジュール電流とを有するモジュールを備えることである。高いモジュール温度はモジュール電圧を低減する傾向があり、大きな光の強度はモジュール電流を増加させることに留意されたい。
【００７５】
［ダイナミックＰＶモジュール電圧フレキシビリティ特性及び用途タイプの関係（Dynamic PV Module Voltage flexibility feature and type of application relation）］
高効率ソーラーセル（With high efficient solar cells）：ソーラーセルの最新の改良は、高効率のセルを製造する方向に移行している。これらのセルは通常、基準試験条件でより大きな電流を生成する傾向がある。基準サイズの従来のＰＶモジュールの通常のプラクティスでは、電流の増加を管理し、インバータに適合する蓄積したモジュール電圧を提供するために、6”x6”のソーラーセルに代えて、5"x5"のソーラーセルを使用する。ダイナミックＰＶモジュールコンセプトの導入に伴って、この問題は、より狭い幅のサブセルを使用して管理され、同一のモジュール領域内でセルスタックの数を増加させ、順番に基準より大きなモジュール電圧に増加させる。同時に出力（P=VxI）を低減することなく、基準より小さなモジュール電流に低減する。このような電流低下はまた、ソーラーシステムがより小さな内部出力損失及び電圧低下を有することを可能にする。新規なモジュールはより効率的であり、電圧はソーラーインバータにより好適である。
【００７６】
ＰＶシステム上でのソーラー出力集中（With solar power concentration on PV system (CPV)）：ソーラー出力集中は狭いソーラー技術分野で太陽光を集光するために使用される。集光度はソーラーレシーバで集光された大量の太陽光で測定され得る。従来のソーラーセルは低い太陽光集光、すなわち太陽光の２０〜３０倍で作動し得る。太陽光集光で、生成された出力は標準的に（強い太陽光の強さに起因して）非常に大きな電流、又は、（温度上昇に起因して）低い電圧を有する。定格出力で、より高い電圧及び小さな電流のＰＶモジュールを有するために、ダイナミックＰＶモジュールの電圧フレキシビリティ特性は、ソーラー出力集中で効率的に作動するＰＶモジュールを可能にするソーラー出力集中に対して要求される、出力パラメータである電圧及び電流を設計段階で調整するのに役立つ。
【００７７】
半透明のダイナミックＰＶモジュール（Semi- Transparent Dynamic PV module）：通常境目なく、半透明のＰＶモジュールに埋め込まれるのはガラスである。半透明のＰＶモジュールは、グリーンハウスの屋根、他のアプリケーションとして使用される。ダイナミックＰＶモジュールのコンセプトはモジュールのセル構造に利用される。透明割合は２つのセルスタック間ごとの空間、変位に基づいて決定される。ソーラーＰＶグリーンハウスの場合、適切な透明割合は、グリーンハウス内での地理的位置（光の強さ）及びプランテーションタイプ（ベスト成長率）に基づいて異なる。半透明のダイナミックＰＶモジュールは、カーポート、天蓋、及び建物に統合された日陰のテラス等の他のアプリケーションに使用され得る。
【００７８】
ソーラーエネルギー捕捉コンセプト（Solar energy capturing concept）：太陽放射を十分に捕捉でき、かつ、太陽追跡を除く固定システムを使用して、捕捉したそれらを統合ソーラー技術に向ける。システムは、エネルギー生産量を最大化し、新規なアプリケーションを生み出すために、稼動パーツを用いることなく太陽光集光器として作動する。
【００７９】
ソーラーエネルギー捕捉コンセプトは、アルミニウム複合体シートリフレクタのようなソーラーリフレクタシートとダイナミックＰＶモジュールとを統合する。ダイナミックＰＶモジュール等はそれらの間でＶ状になる角度で接続される。ダイナミックＰＶモジュール及びソーラーリフレクタアレイは、東西方向に延びる。ダイナミックＰＶモジュール及びそのリフレクタの傾斜角は、用地の緯度と、最大生産量に対する年間好適時間とにより決定される。これらのアレイは、面を形成するために、耐陰性用の空間を設けることなく、取り付けられ得る。このような面は、取り付けられる地面、又はルーフトップソーラーシステムでもよいが、以下のアプリケーションで言及するような場合、ルーフ自身として使用されてもよい。
【００８０】
アプリケーション（Applications）：ソーラーパワー技術は、新規なコンセプトのシステムの要素との合体である。新規なソーラーコンセプトシステムは、土地を有効利用し、かつ、土地のコスト、土地のレベリング（leveling）及び建設コストに関するコスト低減をするために、現実のヒューマンプロジェクトと統合される。システムはルーフトップ又は地面に取り付けられた対象物として使用され得るけれども、用地の有効利用のために、建物に統合されたソリューションとして使用されるのがより建物のパーツを代用できるので好ましい。ソーラーシステムは特に、ソーラーＰＶグリーンハウス、家畜舎、倉庫、仕事場、シャワールーム、安価なソーラーカーパーキング、別荘等のようなタイプのプロジェクトで利用され得る。
【００８１】
［実施例］
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図５は２個のＰＶセル各々に３個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００８２】
【表２】
2016063212.tif 000004
【００８３】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図６は２個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００８４】
【表３】
2016063212.tif 000005
【００８５】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図７は３個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００８６】
【表４】
2016063212.tif 000006
【００８７】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図８は４個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００８８】
【表５】
2016063212.tif 000007
【００８９】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図９は５個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００９０】
【表６】
2016063212.tif 000008
【００９１】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１０は６個のＰＶセル各々に６個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００９２】
【表７】
2016063212.tif 000009
【００９３】
図１１は、図４及び図６〜図１０で上述した実施例の全スタックの構成がオリジナルソーラーセルから製造されていることを示している。オリジナルソーラーセル6"x6"は、いくつかの同一のストリップ（片）（サブセル）にカットされ、そして、全て同一のセル表面積サイズと、（例として、V=0.5 V，I=10 A，P=5Wの）同一の電気的パラメータとを有する、それぞれのセルスタックサイズに再組立された。全てのセルスタック構造の直列抵抗（Rs）及びシャント抵抗（Rsh）は、同一のままにされている。
【００９４】
図１２は、本発明の実施形態の、４個のＰＶセル各々に３個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールにおける、電流、電圧、出力を示している。モジュール電圧は個々のスタックの電圧の合計であり、モジュール電流はその出力でスタック電流に等しいことが示されている。
【００９５】
図１３ａ）〜図１３ｃ）は、本発明の実施形態の、同一のＰＶモジュール内で、異なる光の強さを受けるセルスタックの異なる性能のＩ−Ｖ曲線を示す。図１２及を参照すると、セルスタック番号１，２，３は、図１３ａ），図１３ｂ），図１３ｃ）それぞれに表された状態を仮定している。第１に、セルスタック１の全てのサブセルは、標準的であり、同一の光の強さを受け、最大出力点で標準電圧を通るモジュール電圧を満たす同一の電流を生成する（図１３ａ）参照）。第２に、セルスタック２の全てのサブセルは標準的であり、サブセルのうちの１つのサブセルが他のサブセルと比較して弱い光を受ける。サブセルは、最大出力点の動作点を、電流合計値がより低い電圧を通るモジュール電圧値を満たす他の動作点に変化させる（図１３ｂ）参照）。第３に、セルスタック３の全てのサブセルは標準的であり、サブセルのうちの１つのサブセルが他のサブセルと比較して強い光を受ける。サブセルは、最大出力点の動作点を、電流合計値がより高い電圧を通るモジュール電圧値を満たす他の動作点に変化させる（図１３ｃ）参照）。モジュール電流値は電流ミスマッチ損失なく、同一のままであり、モジュール電圧は全てのセルスタック電圧の合計値である。
【００９６】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１４は４個のセル各々に３０個のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００９７】
【表８】
2016063212.tif 000010
【００９８】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１５は２個のサブモジュールが各々並列に接続した、４個のセル各々に３０個のスタックを有する２個のサブモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【００９９】
【表９】
2016063212.tif 000011
【０１００】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１６は６個のセル各々に６０個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１０１】
【表１０】
2016063212.tif 000012
【０１０２】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１７は８個のセル各々に６４個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１０３】
【表１１】
2016063212.tif 000013
【０１０４】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１８は６個のセル各々に７２個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１０５】
【表１２】
2016063212.tif 000014
【０１０６】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図１９は１０個のセル各々に１００個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１０７】
【表１３】
2016063212.tif 000015
【０１０８】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図２０は、隣接するスタック間で並列に接続したバイパスダイオードを有する、６個のセル各々に６個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。冗長モジュール保護のために冗長バイパスダイオードが端子間に接続される。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１０９】
【表１４】
2016063212.tif 000016
【０１１０】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図２４は、隣接するスタック間で並列に接続したバイパスダイオードを有する、６個のセル各々に６０個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。冗長モジュール保護のために冗長バイパスダイオードがバイパスダイオード間に並列に接続される。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１１１】
【表１５】
2016063212.tif 000017
【０１１２】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図２１は、環境ファクタに起因したモジュール電流の減少を相殺するように調整された電流及び電圧を有する、６個のセル各々に７０個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１１３】
【表１６】
2016063212.tif 000018
【０１１４】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図２２は、環境ファクタに起因したモジュール電圧の減少を相殺するように調整された電流及び電圧を有する、６個のセル各々に７５個のスタックを有するモジュールを備えるダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１１５】
【表１７】
2016063212.tif 000019
【０１１６】
本発明の実施形態のダイナミックＰＶモジュールの実施例として、図２３は、環境ファクタに起因したモジュール電圧の減少及び／又はモジュール電流の減少を相殺するように大きさが調整された電流及び電圧を有する、６個のセル各々に複数のスタックを有するダイナミックＰＶモジュールを示している。ＰＶモジュールの仕様は以下の通りである。
【０１１７】
【表１８】
2016063212.tif 000020
【０１１８】
本発明は本発明の特定の実施形態を参照して詳細に述べたが、当業者であれば、様々な追加、削除、及び改変が本発明の本質及び範囲から逸脱することなく行うことができることは明らかである。
【符号の説明】
【０１１９】
１４，１５，１６，１７，１８，１９，２１，２２，２４…セル幅の表示部。
【図１】
2016063212.tif 000021
【図２】
2016063212.tif 000022
【図３】
2016063212.tif 000023
【図４】
2016063212.tif 000024
【図５】
2016063212.tif 000025
【図６】
2016063212.tif 000026
【図７】
2016063212.tif 000027
【図８】
2016063212.tif 000028
【図９】
2016063212.tif 000029
【図１０】
2016063212.tif 000030
【図１１】
2016063212.tif 000031
【図１２】
2016063212.tif 000032
【図１３】
2016063212.tif 000033
【図１４】
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【図１５】
2016063212.tif 000035
【図１６】
2016063212.tif 000036
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2016063212.tif 000039
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月26日(2015.11.26)
【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】
モジュール電圧及びモジュール電流を有し、直列に接続する複数のセルスタックを備えるダイナミック光起電力モジュールであって、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続された複数の光起電力セルにより形成され、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセルスタック電圧及びセルスタック電流を有し、
前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する同一の複数の光起電力セルを備え、
前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、
前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しいことを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項３】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
電流ミスマッチ効果を起こす前記複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックを並列に接続する少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項４】
請求項３記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック又は隣接するセルスタック群を並列に接続するように、接続されることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項５】
請求項４記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードに並列に接続した少なくとも１つの冗長バイパスダイオードをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項６】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
各光起電力セルは、セル幅及びセル長を有し、
１つのセルスタック中の光起電力セルの数は前記セル長と前記セル幅の商に等しいことを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項７】
請求項６記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記セル長と前記セル幅の比率は２以上の整数であることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項８】
請求項６記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記セル長と前記セル幅の比率は２〜２０であることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項９】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
前記モジュール電圧は、環境温度が低ければ低いほど小さい値に調整され、
前記モジュール電流は、前記ダイナミック光起電力モジュールへの放射輝度が小さければ小さいほど大きい値に調整されることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項１０】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
同一のセルスタック内の光起電力セル間で並列接続可能に構成されたバス・バーをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項１１】
請求項２記載のダイナミック光起電力モジュールであって、
異なるセルスタック間で直列接続可能に構成されたストリングラインをさらに備えることを特徴とするダイナミック光起電力モジュール。
【請求項１２】
ダイナミック光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減するように構成された、モジュール電圧及びモジュール電流を有する前記ダイナミック光起電力モジュールの製造方法であって、
直列に接続する複数のセルスタックを形成する工程を備え、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続された複数の光起電力セルにより形成され、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセルスタック電圧及びセルスタック電流を有し、
前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、
前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する複数の同じ光起電力セルを備え、
前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、
前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しいことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、
ミスマッチ効果を起こす複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックを並列に接続する少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、前記１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック又は隣接するセルスタックの群を並列に接続するように、接続されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記少なくとも１つのバイパスダイオードに並列に接続した少なくとも１つの冗長バイパスダイオードをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の方法であって、
オリジナルセル電流、オリジナルセル電圧、オリジナルセル長、及び、オリジナルセル幅を有するオリジナル光起電力セルを準備する工程と、
前記セルスタックを形成するために用いられるセル長及びセル幅を有する前記光起電力セルを製造するために、前記オリジナル光起電力セルをカットする工程とをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、
前記オリジナル光起電力セルはレーザーを用いてカットされることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、
前記セル電圧は前記オリジナルセル電圧と同一の値であり、
前記セル電流は前記オリジナルセル電流とスタックごとの前記光起電力セルの数との商に等しいことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、
前記セル長は前記オリジナルセル長と同一の長さであり、
前記セル幅は前記オリジナルセル幅とスタックごとの前記光起電力セルの数との商に等しいことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、
前記スタックごとの光起電力セルの数は２以上であることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、
前記スタックごとの光起電力セルの数は２〜２０であることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、
前記光起電力セルの数はエネルギー効率とコスト評価に基づいて決定され、
前記スタックごとの光起電力セルの数の増加は、一方で前記光起電力モジュールを製造するコストを増加させ、また、他方で前記光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減することにより前記光起電力モジュールのエネルギー効率を増加させることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１３記載の方法であって、
モジュール電圧及びモジュール電流は、環境温度と前記光起電力モジュールへの放射輝度とを考慮して調整された値であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１３記載の方法であって、
各セルスタック内の前記光起電力セル間の並列接続はバス・バーを用いて行われることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、
異なるセルスタック間の直列接続はストリングラインを用いて行われることを特徴とする方法。
【請求項２７】
並列接続又は直列接続した、請求項１記載の光起電力モジュールを少なくとも２つ備えるダイナミック光起電力システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の一態様として、モジュール電圧及びモジュール電流を有し、直列に接続する複数のセルスタックを備えるダイナミック光起電力モジュールであって、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続された複数の光起電力セルにより形成され、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセルスタック電圧及びセルスタック電流を有し、前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とするダイナミック光起電力モジュールを提供する。本態様によれば、各スタック中のセルの数は変えられ、セル電圧及びセル電流はモジュール内の総電圧及び総電流がそれぞれモジュール電圧及びモジュール電流に等しくなるように変えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
好ましくは、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは、同一のセル電圧及びセル電流を有する同一の複数の光起電力セルを備え、前記光起電力セルの数は前記モジュール電流と前記セル電流との商に等しく、前記複数のセルスタックの数は前記モジュール電圧と前記セル電圧との商に等しい。ダイナミック光起電力モジュールは、電流ミスマッチ効果を起こす前記複数のセルスタックの電流をバイパスするために、前記複数のセルスタックを並列に接続する少なくとも１つのバイパスダイオードをさらに備えることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
前記少なくとも１つのバイパスダイオードは、１つのバイパスダイオードが２つの隣接するセルスタック又は隣接するセルスタック群を並列に接続するように、接続されることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
前記モジュール電圧は、環境温度が低ければ低いほど小さい値に調整され、前記モジュール電流は、前記ダイナミック光起電力モジュールへの放射輝度が小さければ小さいほど大きい値に調整されてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明の他の態様として、ダイナミック光起電力モジュール内の電流ミスマッチによって引き起こされるエネルギー損失を低減するように構成された、モジュール電圧及びモジュール電流を有する前記ダイナミック光起電力モジュールの製造方法であって、直列に接続する複数のセルスタックを形成する工程を備え、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックは並列に接続された複数の光起電力セルにより形成され、前記複数のセルスタックにおける各セルスタックはセルスタック電圧及びセルスタック電流を有し、前記複数の光起電力セルにおける各光起電力セルは、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電圧が前記モジュール電圧と等しく、かつ、前記ダイナミック光起電力モジュール内の総電流が前記モジュール電流と等しくなるように、セル電圧及びセル電流を有することを特徴とする方法を提供する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
モジュール電圧及びモジュール電流は、環境温度と前記光起電力モジュールへの放射輝度とを考慮して調整された値であることが好ましい。